Control de la humedad de los granos de trigo para la producción de harina. [Ciencia - Ingeniería].
En esta ocasión les hablare sobre un trabajo investigativo que se estuvo realizando para una reconocida empresa a nivel nacional, dedicada a la producción de harina de trigo. Siendo el objetivo de esta investigación el determinar las humedades óptimas de los granos de trigo para la producción de harinas de este cereal. Todos los datos y resultados son experimentales y el trabajo aquí presentado es de mi completa autoría presentado para optar al título de Ingeniero en Procesos Químicos.
El nombre de la empresa ha sido removido por confidencialidad.
CONTROL DEL PROCESO DE ACONDICIONAMIENTO DE LOS GRANOS DE TRIGO, EMPLEADOS EN LA OBTENCIÓN DE HARINA EN LA EMPRESA…
Autor: Franco, B.
RESUMEN
Esta investigación está enfocada hacia el control del proceso de acondicionamiento de los granos de trigo, empleados en la obtención de harina de la empresa... con la finalidad de solventar la avería en el sistema automatizado de control de variables ubicado en el área de acondicionamiento de granos de trigo. En primer lugar, se elaboró un diagrama 3D para describir de manera más organizada el proceso antes mencionado utilizando el programa Autodesk Inventor Professional 2017. Asimismo, se identificaron los factores que influyen en la humedad de los granos de trigo mediante un diagrama de causa – efecto, observando que las variedades del trigo, la humedad inicial del mismo y la variación del flujo de agua son los agentes más influyentes. A través de un balance de materia se determinaron los flujos desconocidos en el humidificador intensivo, obteniendo un flujo de agua clorada
de 350,72Kg/h y un flujo de trigo húmedo de 11850,72Kg/h. Posteriormente se determinó analítica y gráficamente el flujo requerido de agua en la entrada del humidificador respecto a la humedad óptima de molienda en los granos de trigo, observando que LA EMPRESA opera con un margen de error en el flujo de agua superior al 30%. Adicionalmente, se elaboró una estrategia de verificación al sistema de acondicionamiento de los granos de trigo constituida por dos procedimientos, uno que involucra el control de humedad y tiempo de reposo para los granos de trigo y el segundo que implica las acciones correctivas para la humedad final del trigo. Lo antes expuesto se realizó con el propósito de proporcionarle a la empresa herramientas para el control de las variables involucradas en el proceso, y de esta forma lograr que se trabaje con la humedad de molienda adecuada, establecida por la escuela latinoamericana de molinería.
A nivel mundial los cereales juegan componen gran parte de la alimentación normal de un individuo, productos derivados del maíz, el arroz y el trigo son los más consumidos a nivel mundial y además poseen múltiples derivados, vale la pena resaltar que el trigo representa el cereal más importantes de los anteriormente mencionados debido a que puede cultivarse en la mayor parte del mundo, además de este se obtiene la harina para la producción del pan, uno de los derivados más antiguos de este cereal.
Para la producción de harina de trigo el grano debe pasar por una serie de procesos antes de la obtención del producto final, estos comprenden la humidificación del grano de trigo (aumentó en su humedad) y posteriormente la molienda, ambos procesos requieren de verificaciones y parámetros determinados como medidas específicas de control, donde el proceso más importante es la humidificación, pues el mismo representa un punto crítico pues trabaja con la humedad del grano, parámetro de vital importancia para el producto final, la harina.
Diagrama 3D del proceso de acondicionamiento, programa Autodesk Inventor Professional 2017.
El proceso de acondicionamiento que se menciona, no es más que añadir agua al trigo y dejar reposar durante un periodo de tiempo para que este absorba agua y la distribuya en toda la configuración interna del grano. Esto permite que el salvado del trigo de resista a ser dividido en pequeños trozos durante la molienda ya su vez ablanda en endospermo del trigo facilitando su molturación.
Este acondicionamiento no solo influye en el rendimiento de la molienda, el mismo también ofrece mejoras en la calidad de la harina obtenida. Para ello, es necesario conocer el contenido de humedad de la muestra, la cual se determina siguiendo el procedimiento descrito en la norma COVENIN 1553.
Este acondicionamiento no solo influye en el rendimiento de la molienda, el mismo también ofrece mejoras en la calidad de la harina obtenida. Para ello, es necesario conocer el contenido de humedad de la muestra, la cual se determina siguiendo el procedimiento descrito en la norma COVENIN 1553.
De acuerdo con lo planteado, esta investigación está enfocada hacia el control del proceso de acondicionamiento de los granos de trigo, empleados en la obtención de harina de la empresa... y de esta forma lograr que los procesos se realicen bajo los mismos parámetros, y asimismo, mantener la conformidad de los requisitos en el producto final que posteriormente será entregado a los clientes.
Dentro de la empresa se pudo observar una falta de control en el proceso de humidificación del grano de trigo, lo que posiblemente podría ocasionar inestabilidad en el porcentaje de cenizas, color de la harina, disminución de extracción, menor rendimiento y lo más importante, impacto negativo en la calidad del producto, causando con ello la retención de lotes preparados, siendo el humidificador un punto de interés crítico durante este proceso.
Anteriormente en la empresa, se controlaban las corrientes de entrada al humidificador de manera automática, acorde con el contenido inicial de humedad en el grano y la cantidad de trigo alimentada empleando un equipo que ajustaba la cantidad de agua a inyectar al sistema, sin embargo éste se encuentra fuera de servicio, por lo que actualmente la alimentación del flujo de agua se regula de manera manual mediante un flujómetro.
Diagrama del sistema automático de control de variables, fuera de servicio.
El problema se deriva que al estar dañado el sistema de control de variables no hay una relación directa entre los parámetros que se involucran en el proceso de acondicionamiento, ya que al variar el flujo de trigo alimentado, la cantidad de agua se mantiene constante, y ésta no siempre es la necesaria para alcanzar la humedad deseada. Una de las consecuencias registradas en la empresa, es que el personal de la misma se ha visto en la necesidad, en ciertas ocasiones, de mezclar el trigo seco con trigo en exceso de humedad para estabilizar dicho parámetro.
Por tanto, se controlaron las variables manipuladas dentro del proceso, lo cual permitió minimizar la variabilidad del porcentaje de humedad del trigo antes de la molienda, generando confiabilidad en el proceso y uso de buenas técnicas para poder garantizar la calidad del producto final.
Determinación analítica y gráfica del flujo requerido de agua en la entrada del humidificador con respecto a la humedad óptima de molienda en los granos de trigo.
Determinación analítica.
Con los datos recolectados, respecto a los porcentajes de humedades iniciales para cada tipo de trigo (Tabla 4), dentro de las variedades que utilizan en la empresa, se aplicaron las siguientes ecuaciones extraídas del libro "Dirección y Manejos de Bodegas y Plantas de Silo para Almacenamiento" Año 1971, Autor: Instituto Interamericano de Ciencias Agrícola de la OEA (IICA)1. Asimismo, es conocido que para cada variedad de trigo, la humedad óptima de molienda corresponde a un rango diferente, de igual forma sucede con los tiempos de reposo. Por esta razón, se tomó como referencia la tabla de humedades óptimas de molienda de acuerdo a los distintos tipos de trigo comerciales en Venezuela, extraída del libro “Escuela Latinoamericana de Molinería Puerto Cabello – Venezuela”. De esta forma la muestra de cálculo corresponde a la primera humedad inicial del trigo Hard Red Winter.
Determinación del porcentaje de agua a utilizar (%H2O):
Donde,
%H2O:Porcentaje de agua a utilizar (%).
Hi: Humedad inicial de los granos de trigo secos (%).
Hop: Humedad óptima de molienda (%)
Determinación del flujo requerido de agua (QH2O requerido):
Donde,
QH2Orequerido: Flujo requerido de agua (Kg/h).
QTS: Caudal de Trigo Seco.
Determinación gráfica.
Posteriormente, se relaciona el porcentaje de agua requerido, determinado analíticamente, con la humedad inicial para cada tipo de trigo utilizado por la empresa; de acuerdo a los datos recaudados a través de un diagrama de dispersión para obtener una tendencia que represente el porcentaje de agua requerido de forma gráfica (Gráfica 2, 3, 4, 5 y 6).
Donde,
Y: Variable dependiente.
m: Pendiente de la recta.
X: Variable independiente.
b: Corte con el eje Y.
Haciendo una analogía con la ecuación de la recta y las variables que intervienen en el proceso, se tiene la siguiente ecuación:
Relacionando la ecuación obtenida con la ecuación para la Determinación del flujo requerido de agua (QH2O requerido), se obtuvo una correlación que permitió determinar el flujo de agua requerido y a su vez construir una herramienta de hoja de cálculo, con la que se puede variar la humedad inicial del trigo, la humedad final del mismo y el flujo de trigo a alimentar, reportando de manera directa el flujo de agua necesario en Kg/h para las condiciones indicadas de proceso.
Determinación analítica y gráfica del flujo requerido de agua en la entrada del humidificador con respecto a la humedad óptima de molienda para los granos de trigo para una muestra real.
Determinación analítica:
Tomando el primer valor de la tabla 4 para la humedad inicial del trigo HRW, conjuntamente con la humedad óptima de molienda para dicha variedad de trigo , y sustituyendo en la Ec. 3 se tiene que:
Determinación del flujo requerido de agua (QH2Orequerido):
Tomando valores de la tabla 3 y el %H2O obtenido del trigo HRW, se sustituye en la Ec. 4:
De la misma forma se realizaron los cálculos para las categorías restantes (semiduros y blandos).
En este sentido, a partir de la información antes mencionada y la ecuación 7 se construyeron tres gráficas de acuerdo a la dureza de las variedades de trigo (Gráficas 7, 8 y 9), variando el flujo de trigo seco, dando lugar a diferentes líneas de tendencia, que luego al intersectarse con la humedad inicial de los granos de trigo se pudiera obtener el flujo requerido de agua. A cada gráfica le corresponde una humedad óptima de molienda y un tiempo de reposo determinado, dichos parámetros se encuentran reflejados en la esquina superior derecha de cada gráfica, así como los tipos de trigo que se pueden utilizar en dicha representación, de acuerdo a los datos referenciales. La ventaja de utilizar las gráficas mostradas anteriormente, se puede evidenciar en la facilidad para obtener el flujo de agua requerido en las unidades correspondientes al flujómetro de la empresa, así como también en las distintas variedades de trigo que engloba cada una de estas representaciones, al estar divididas de acuerdo a las categorías de trigo según su dureza.
De igual forma con las mismas correlaciones de las gráficas anteriores se elaboró una hoja de cálculo como herramienta de control (Figura 7), para manejar de manera digital las condiciones del proceso de humidificación, que funcionará de manera directa al introducir los datos allí señalados, proporcionando rápidamente las condiciones requeridas del proceso para que la humidificación se dé de acuerdo a las especificaciones registradas en la tabla adjunta al diagrama.
CONCLUSIONES
Se elaboró un isométrico de la zona de acondicionamiento de la empresa MONACA para visualizar de manera más organizada el proceso de humidificación de los granos de trigo.
Los factores más importantes que influyen en la humedad de los granos de trigo corresponden al porcentaje de humedad inicial, la variación del flujo de agua y las variedades del trigo.
El flujo de agua clorada y el flujo de trigo húmedo en las corrientes que intervienen en el humidificador son de 350,72Kg/h y 11850,72Kg/h, respectivamente.
La Empresa MONACA opera el humidificador con un margen de error superior al 30% con respecto al flujo de agua alimentado por lo que se construyeron una serie de herramientas de control para la determinación del flujo de agua requerido en la alimentación del humidificador.
Se elaboró una estrategia de verificación al sistema de acondicionamiento de los granos de trigo, constituidas por 2 procedimientos, en caso de que las condiciones de la humidificación no ocurran adecuadamente.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Instituto Interamericano de Ciencias Agrícola de la OEA (IICA). (1.973).Curso: Dirección y Manejo de Bodegas y Plantas de Silos Para Almacenamiento. Bogotá, Colombia
Cámara Nacional de la Industria Molinera de Trigo. Clasificación de trigos en Canadá. Extraído el 20 de julio de 2016, desde: http://www.canimolt.org/trigo/tipos-de-trigo/canada
Norma venezolana COVENIN 217 – 2001. Harina de trigo (4ta revisión)
Norma venezolana COVENIN 1553 – 80. Productos de cereales y leguminosas. Determinación de humedad.
Álvarez Alejandra, Colque Kevin. Humidificación en la harina de trigo. (2015). La Paz, Bolivia. Extraído el 20 de julio de 2016, desde: http://es.calameo.com/read/00424409646d8dbe5555e
Gambarotta, L. (2005). Caracterización de las fracciones de harina de trigo de trigo pan. Tesinas de la Universidad de Belgrano. Buenos Aires. Argentina
Posner and A. N. Hibbs: Wheat Flour Milling. American Association of Cereal Chemistry, Inc., St. Paul, Minnesota, USA, 1997
Norma ISO 9000:2015. Sistemas de gestión de la calidad — Fundamentos y vocabulario.
Warren McCabe – Julian Smith – Peter Harriott. Operaciones unitarias en ingeniería química. 4ta Edición. Editorial McGraw-Hill. España (1991).
Sirlene Araujo. El trigo en Venezuela. (2017). Extraído el 18 de octubre 2017, desde: http://www.vidaagro.com.ve/el-trigo-en-venezuela-se-cultivaba-en-sieteestados-del-pais/
Yunus A. Cengel. “Transferencia de calor y masa. Un enfoque práctico”. Tercera edición. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. México 200
Escuela Latinoamericana de Molinería Puerto Cabello – Venezuela
Fidias G. Arias. “El Proyecto de Investigación Introducción a la metodología científica”. 6ta Edición. Editorial Episteme. Caracas - República Bolivariana de Venezuela 2012.
Shan-Shan, L. & Ling-Chu, L., 2011. Using fishbone analysis to improve the quality of proposals for science and technology programs. Research Evaluation.
Gray, P. y Gray, X., 2011. Quality Controlled Government with Spherical Logic. The International Journal of Interdisciplinary Social Sciences, 5(10), pp. 1833- 1882.
Blind, K., Hipp, C.. 2006. The role of quality standards in innovative service companies: An empirical analysis for Germany. Technological Forecasting and Social Change.
Manghani, K 2011. Quality assurance: Importance of systems and standard operating procedures. Perspectives In Clinical Research.
Greenwood y Earnshaw. Química de los elementos (Chemistry of the Elements). 1997.
KENT N. (1987). Tecnología de los cereales. Editorial Acribia S.A. Zaragoza – España.
Kelly Cassaday. CIMMYT Hechos y tendencias mundiales relacionados con el trigo. México, D.F.
Gobin, P.; M. P., Duviau; J. H., Wong; B. B., Buchanan y K. K., Kobrehel, Change in sulfhydryl-disulfide status of wheat proteins during conditioning and milling, Cereal Chem.
Velasco, E. y otros, 2012. Análisis de 20 genotipos de trigo harinero en el Valle del Yaqui, Sonora. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas.
CALLEJO N. Industrias de cereales y derivados. Primera edición. Editorial MUNDI PRENSA. Madrid – España. (2002) 24.MEYER M, et al Elaboración de Productos Agrícolas, Editorial Trillas (1983)
