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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA ESCARIFICADORA DE QUINUA POR VIA SECA EN UN FLUJO CONTINUO

I.     INTRODUCCION

El diseño y construcción de una escarificadora (desaponificadora) de quinua, por vía seca de flujo continuo, destinado a mejorar la eficiencia y capacidad de procesamiento, en comparación con otros equipos para desamargar la quinua, fue una necesidad sentida de varios productores e industriales de la quinua en el Perú. Quizá, el proceso de desamargado del grano sea la principal limitante de la expansión de la producción y consumo de este cultivo.

Los antecedentes nutricionales de la quinua, demuestran las ventajas de la misma frente a otros cultivos de consumo masivo como: trigo, cebada, arroz, maíz y otros; empero su uso, sobre todo en el Perú ha sido marginal, debido principalmente al sabor amargo, de su grano, cultivo rudimentario y baja producción.

Luego de haber superado las necesidades básicas de la producción, especialmente en cuanto a las características agronómicas y ecológicas requeridas para el cultivo queda el manejo del grano propiamente dicho, como la principal preocupación, especialmente lo relacionado a la eliminación de las saponinas que están contenidas en una capa periférico (episperma) que cubre al grano.

El desarrollo tecnológico en cuanto al procesamiento de quinua es muy escaso; por lo que a nivel andino (Perú, Bolivia y Ecuador) se dispone de pocas experiencias y alternativas para el procesamiento de la quinua. Se dispone del método vía húmedo, tradicionalmente utilizado, que implica el lavado de grano con agua, pero debido a la manipulación dificultosa de espuma-contaminantes, a la utilización de una infraestructura complicada y un inevitable secado posterior, el proceso se encarece.

El método vía seca, se basa en la fricción entre granos por acción mecánica (escarificado); se obtiene la saponina en forma de polvo, combinado con otras impurezas. La saponina no se extrae en su totalidad, sin correr el riesgo de producir rotura de granos. Este método utiliza un equipo sencillo y, se puede recolectar la saponina evitando la contaminación ambiental, finalmente el método combinado, que involucro a los dos métodos anteriores, es recomendado por varios investigadores.

II.     PARTE EXPERIMENTAL

Se realizó un estudio inicial tendiente a determinar los parámetros que intervienen en el escarificado, efectuando experiencias en diferentes equipos como son:

•      Despulpador-refinador de frutas
  

•      Pelador de sorgo
  

•      Pulidor de arroz
  

•      Blanqueadora de arroz

Confrontado los recursos tecnológicos con los requerimientos básicos para lograr la desaponificación, se consideró que ésta es una operación de ingeniería, que debe cumplir algunos requisitos mínimos.

• La extracción de saponinas debe superar o por lo menos igualar un mínimo exigible por las normas, siendo un requisito mantener la calidad nutritiva del grano, para ser aceptado comercialmente.
  

• Costos de operación suficientemente bajos, de manera de conferir al producto, un margen de competitividad adecuado, dentro del mercado que se quiere abordar.
  

• En términos de la preservación de la calidad protéica del grano de quinua se debe evitar el desprendimiento del germen, el cual engloba una porción considerable del contenido de proteína de la quinua.
  

• Otra condición que debe cumplirse, es que el tratamiento que se aplique no debe fracturar los granos, ya que inclusive una fracción relativamente baja de granos rotos, comunica una apariencia de menor calidad al producto.
  

• Todos los métodos deben contar como paso inicial el acopio y limpieza de la quinua (separación de impurezas).

III.     FUNDAMENTO TEÓRICO

Así se estableció que los métodos mecánicos utilizados para escarificar se basan en principios abrasivos, de fricción y de impacto. De aquí se planteó las variables de control y operación, y con ello las partes orgánicas o funcionales del prototipo.

Al tener identificados los conceptos que determinan las partes constitutivas de la escarificadora, se plantearon tres alternativas:

1.      Según el proceso abrasivo, con rotor de piedras abrasivas.
2.      Según el proceso de fricción e impacto, con rotor de paletas graduables.
3.      Según el proceso de fricción con rotor provisto con detectores de fricción.

Realizando un análisis de evaluación de acuerdo a aspectos orgánicos (funcionabilidad) y aspectos objetivos (eficiencia, capacidad, costo, mantenimiento, durabilidad), se encontró que la alternativa c., sería la mas adecuada.

IV.     DISEÑO MECANICO

Un esquema del equipo a diseñado y construido, es el siguiente: Figura 1.

Figura No.1.

Los parámetros de diseño identificados fueron:

•      Velocidad periférico del rotor
•      Potencia
•      Distancia rotor-criba
•      Coeficiente de rozamiento quinua-metal
•      Longitud del rotor
•      Angulo del cuadrante del rotor
•      Dinámica de la cámara de escarificado
•      Deflectores de fricción
•      Perforaciones de la criba

El diseño parte de la evaluación de cargas debidas a la presión de los granos contra el rotor, criba y tornillos de alimentación. Se los evalúa en un cilindro imaginatorio localizado entre el rotor y la criba, Figura 2.

Figura No. 2.

Sobre el rotor, las cargas actúan como se indica en la figura 3 y sobre cada deflector.

Figura No. 3

Se calculó una potencia de 3 kw para un flujo de 3 qq/h. El trabajo de absorción de polvo se realizó con un ventilador de 0,2 m³/s, de capacidad y, el polvo es acumulado en un ciclón metálico, conectado a la máquina con una tubería de caucho flexible.

V.     RESULTADOS, PRUEBAS Y REAJUSTES

Las pruebas de funcionamiento del escarificador construido, obligaron a ciertas modificaciones, esencialmente en la tolva de alimentación y dosificación. El problema básico fue la obstrucción del flujo de entrada del grano, debido a las impurezas con las que viene el grano Otro problema fue el "empastamiento" que sufre el grano, debido a la humedad que despide el mismo y a la finura del polvo de saponina. Se realizaron los cambios respectivos, los que dieron resultados satisfactorios.

La principal adaptación que se realizó fue que el control del escarificado debe hacer el operario, por medio de un amperímetro y el contrapeso colocado a la salida del grano. Los resultados obtenidos para la variedad amarga Imbaya, se presentan en el cuadro 1.

Cuadro 1. Resultados de control de escarificado mediante amperímetro en la variedad de quinua amarga Imbaya.

Las condiciones y resultados de operación encontrados para los datos del cuadro 1 son:

•      Saponina original de 0,97
•      Revoluciones de 1,669 RPM
•      Flujo músico de 350 kg/ha
•      Humedad inicial 13,38%
•      Humedad final 9,52%
•      Merma en peso del 4% al 8% (polvo)
•      Temperatura del grano a la salida 72ºC.

Por otro lado, se trabajó con la variedad dulce (Tunkahuán) y, se obtuvieron los siguientes resultados:

•      Corriente de trabajo entre 15 y 20 A.
•      Saponina inicial de 0,088%
•      Saponina final de 0,01%
•      Grano roto de 0%
•      Merma en peso de 3,5%
•      Flujo músico de 350 kg/h (3 qq/h)
•      Revoluciones de 1669 RPM
•      Humedad inicial de 12,2%
•      Humedad final de 10,7%
•      Temperatura del grano a la salida 58ºC

VII.     CONCLUSIONES

• De los resultados encontrados con la variedad amarga, NO se logró escarificar completamente con un flujo de 500 kg/h, sino con apenas 350 kg/h. La razones para ello radican esencialmente en que el variador de velocidades no permitió una mayor transmisión de potencia, pues solo permite alojar una banda; una solución sería cambiar la polea tipo caracol por otra de doble canal y de un solo diámetro.
  
• Los resultados de escarificado fueron muy buenos, pues a 17 amperios, se consiguió 0,026% de saponina residual y 1,5% de grano roto, datos que se ubicaron por debajo del punto de cruce de la curva característica del escarificado.
• Entre los cuidados a tener en cuanta para el buen funcionamiento de la máquina, están: evitar el sobre-escarificado, que es el desprendimiento del germen, al obligar al grano a permanecer mucho tiempo en la cámara y consecuentemente la formación de pasta y evitar introducir grano con impurezas.
  
• Respecto a la variedad dulce, se logró alcanzar excelentes resultados, escarificando completamente 350 kg/h, dejando en 0,01% la saponina residual y 0 % de grano roto.
  
• Como conclusión general, el escarificador de quinua por vía seca de flujo continuo, cumplió con el objetivo planteado, aunque se reconoce que este prototipo es susceptible de mejoras o modificaciones.

VIII.     RECOMENDACIONES

• Se recomienda realizar más experiencias en el escarificado de quinua, para mejorara localidad del producto final, sobre todo evitar el sobrecalentamiento del grano, así como también mejorar la limpieza del producto inicial.
  
• A nivel industrial, las modificaciones que sufriría el escarificador son: llegar a un control automático del escarificado y diseñar para el manejo de mayores flujos de quinua.

Cuadro 2: Costos de equipos utilizados para la desaponificación de quinua por método seco o escarificado (500 kg/h).

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