Molino quebrantador de rodillos

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Molienda por etapas con molino de martillos y molino quebrantador de rodillos

Optimización de la granulometría de una mezcla de piensos para cerdos rica en cebada por una molienda por etapas con molino de martillos y molino quebrantador de rodillos montado a continuación

Introducción

Los resultados de las investigaciones en el sector de la alimentación animal muestran que no sólo la fórmula y los ingredientes contribuyen al éxito de la alimentación, sino que también la estructura del pienso (la granulometría) y la forma del pienso (por ejemplo gránulos/pellets, migas) ejercen cierta influencia. Al evaluar los gránulos, se debe tener en cuenta que cada proceso de granulación también incluye la trituración adicional de las partículas más gruesas. Para evaluar los piensos harinosos, por ejemplo para cerdos, un análisis de cribado en seco será suficiente, mientras que gránulos requieren un análisis de cribado en húmedo para determinar también el efecto triturador en la prensa.

En las últimas décadas, ensayos de alimentación con piensos harinosos para cerdos han mostrado que una estructura más gruesa y, sobre todo, un bajo contenido de finos influyen el resultado de engorde y el estado de salud de los cerdos de modo favorable. Anteriores estudios científicos han demostrado una mejor digestibilidad en el caso de un producto más fino. Sin embargo, los resultados de los ensayos de larga duración no tienen en cuenta la salud de los animales. Varios estudios llevados a cabo en los años noventa y los resultados más recientes muestran que el riesgo de úlceras gástricas aumenta con un creciente contenido de finos y que el volumen gástrico también cambia. Esto causa un consumo reducido de piensos y, en casos extremos, la muerte de los animales. También se demostró que se sobrestimó la mejor digestibilidad de los ingredientes, tales como el almidón o la proteína, de los piensos finamente molidos, especialmente porque la digestión posterior fermentativa en el intestino grueso compensa en gran medida una digestibilidad ligeramente inferior en el intestino delgado. Una molienda más gruesa también apoya la formación del gradiente de pH en el estómago y por lo tanto la resistencia del tracto gastrointestinal contra agentes patógenos.

Aparte de los aspectos nutricionales, la reducción de los finos también produce una estructura de los granos más uniforme, es decir el porcentaje de las partículas de tamaño medio aumenta. Por lo tanto, la mezcla está más estable y mejor protegida contra la segregación en el camino del mezclador a la artesa. Además, las propiedades de flujo en los silos y autómatas de alimentación mejoran debido a la reducción de los finos.

Casi todas las fábricas de piensos compuestos son tradicionalmente equipadas con molinos de martillos, que se utilizan principalmente en la molienda de mezclas. A pesar de la molienda por etapas con molino previo/posterior y cribado intermedio, no es posible mantener el contenido de finos a un nivel aceptable. De los molinos para harina se conoce la trituración de trigo y centeno con un contenido bajo de finos en la primera etapa de molienda con rodillos. Sin embargo, si se utilizan sólo molinos quebrantadores de rodillos para la molienda de piensos para cerdos, se deben esperar problemas con respecto a la trituración de las cáscaras de la cebada o avena. Se reconoció muy pronto que la molienda por etapas con un molino quebrantador de rodillos en la segunda etapa es más adecuada para la molienda de cebada.

Por lo tanto, es necesario encontrar un compromiso que combina la molienda con un molino quebrantador de rodillos asegurando un bajo contenido de finos y la trituración con un molino de martillos adecuada para la trituración de cáscaras. A tal fin, una renombrada fábrica de piensos compuestos y la fábrica de maquinaria Amandus Kahl GmbH & Co. KG iniciaron un proyecto realizado por estudiantes de la Escuela Alemana de Molineros de Braunschweig con el propósito de producir un pienso para cerdos con un alto contenido de cebada y un bajo contenido de finos (máx. 25 % < 0,5 mm) y al mismo tiempo una trituración suficiente de las cáscaras.

Material y métodos

Para determinar la influencia de diferentes máquinas de trituración y sistemas de molienda sobre la estructura del pienso, se escogió una mezcla típica de piensos para cerdos con la siguiente composición:

  • Cebada, aprox. 30 %
  • Centeno
  • Trigo
  • Harina de soja
  • Harina de colza
  • Subproductos de molienda
  • Premezclas

El porcentaje "natural" de finos de menos de 0,5 mm en la mezcla antes de la molienda era aproximadamente 5 % debido a los aditivos y finos de las diferentes materias primas. Todas las determinaciones de los contenidos de finos indicados a continuación se hicieron con la mezcla final producida en el mezclador de cargas.

Se utilizaron molinos de martillos y molinos quebrantadores de rodillos para la trituración. El funcionamiento de los molinos de martillos es conocido. Los molinos quebrantadores de rodillos deben romper los granos en partículas más pequeñas con el menor contenido de finos posible. Se producen migas granuladas con un bajo contenido de finos en vez de harina. Para este fin, los rodillos quebrantadores (Fig. 1) son equipados con una corrugación corte contra corte. Los rodillos tienen diferentes velocidades circunferenciales, para que se obtenga un efecto de corte en vez de un efecto de quebrantamiento. Normalmente, la velocidad de los rodillos y el avance son ajustados firmemente. Sin embargo, sería ideal poder modificar la velocidad y el avance durante la operación.

Fig. 1: rodillo rápido / lento (de izquierda a derecha)

El estriado / la circunferencia, el avance y la abertura entre los rodillos determinan, entre otras cosas, la granulometría obtenida con el molino quebrantador de rodillos (Fig. 2). Si se cambian las fórmulas frecuentemente, una medición automática de la abertura entre los rodillos y un teleajuste de la distancia de los rodillos son ventajosos. Es importante que un dispositivo alimentador apropiado alimenta los rodillos sobre su anchura completa para alcanzar una carga uniforme de los rodillos y el máximo rendimiento posible.

A continuación se indican las características de las máquinas de trituración utilizadas:

BWS - Molino quebrantador de rodillos doble (con dos pares de rodillos) 

  • Marca: Amandus Kahl
  • Diámetro del rodillo: 300 mm
  • Longitud del rodillo: 1500 mm
  • Estriado: arriba 2,9 estrías/cm "corte contra corte", abajo 3,7 estrías/cm "corte contra corte"
  • Avance: 1: 1.5
  • Accionamiento: 45 kW

Fig. 2:      Molino quebrantador de rodillos (BWS), de una etapa, doble / de dos etapas

BWS - Molino quebrantador de rodillos simple (con un par de rodillos)

  • Diámetro del rodillo: 250 mm
  • Longitud del rodillo: 1000 mm
  • Estriado: 5 estrías/cm
  • Avance: 1: 1.3
  • Accionamiento: 15 kW 

LMW - Molino de laboratorio 100 (Fig. 3)

  • Marca: Neuhaus Neotec (Grupo Amandus Kahl)
  • Diámetro del rodillo: 250 mm
  • Longitud del rodillo: 100 mm
  • Estriado: 4 estrías/cm y otras opciones
  • Velocidad: cada rodillo de ajuste continuo
  • Avance: 1:2.3 variable
  • Accionamiento: 2 x 2.2 kW 

Fig. 3: Molino de laboratorio LWM 100

HM - Molino de martillos 

  • Diámetro de la cámara de molienda: 1200 mm
  • Ancho de la cámara de molienda: 640 mm
  • Perforación de criba: molino previo 10/6 mm, molino posterior 2 x 3,5 mm
  • Velocidad: 1000/1500 rpm
  • Velocidad circunferencial: 60/90 m/s
  • Accionamiento: 155/210 kW 

Análisis granulométricos: 

  • División de muestras a aprox. 100 g con divisor de muestras
  • Tamizadora Retsch, amplitud de 1,6, tiempo de tamizado 10 minutos 

Se estudiaron cuatro variantes: 

  1. BWS = molino quebrantador de rodillos, (de dos etapas / doble) sin cribado intermedio
  2. HM + HM  = molienda por etapas: molino de martillos con molino previo / posterior y cribado intermedio
  3. HM + BWS = molienda por etapas: molino de martillos + molino quebrantador de rodillos (de una etapa) con cribado intermedio
  4. HM + LMW = molienda por etapas: molino de martillos + molino de laboratorio con cribado intermedio 

La variante BWS + HM con cribado intermedio no se incluyó en la comparación. Los ensayos preliminares mostraron que, en términos de la trituración de cáscaras, la disposición "primero el molino de martillos y luego el molino quebrantador de rodillos" produce mejores resultados que el orden inverso "primero el molino quebrantador de rodillos y luego el molino de martillos". Un molino de martillos en la segunda etapa de molienda produce más finos que un molino de martillos en la primera etapa de molienda.

Todos los ensayos se realizaron bajo condiciones de campo con altos rendimientos, excepto los ensayos con la combinación de molino de martillos y molino de laboratorio. En este caso, el producto se trituró en la primera etapa con un alto rendimiento y luego una parte del producto se trituró otra vez con el molino de laboratorio.

Resultados

Para evaluar los resultados de la trituración, se aplicó una clasificación en los siguientes rangos de granulometría:

  • Fino - se aplica al rango de < 0,5 mm
  • Medio - se aplica al rango de 0,5 a 1,6 mm
  • Grueso - se aplica al rango de 1,6 a 2,0 mm
  • Muy grueso - se aplica al rango de > 2,0 mm 

Se pretendió alcanzar una máxima acumulación en el rango medio con una granulometría media de 1,0 a 1,1 mm. El porcentaje del rango fino de < 0,5 mm debe ser lo más pequeño posible y no debe superar el 25 %. En este contexto cabe señalar que la indicación "granulometría media" no implica ninguna información sobre el porcentaje de los finos < 0,5 mm en la mezcla. Por lo tanto, es mejor definir y determinar el rango medio, por ejemplo 0,5 - 1,6 mm.

A continuación se muestran las disposiciones de las máquinas y los resultados de las diferentes variantes de trituración:

Variante 1:

Trituración con molino quebrantador de rodillos (BWS) de dos etapas (Fig. 4)

Fig. 4: Variante 1, diseño de la planta + gráfico de barras

El resultado muestra que el contenido de finos es inferior al 25 %. Sin embargo, hay un porcentaje de aprox. 20 % en el "rango muy grueso", que no debe considerarse como algo negativo. La estructura es dispersada bastante ampliamente. Esta fracción gruesa se compone principalmente de cáscaras, ya que faltan un cribado intermedio y/o una trituración posterior.

Variante 2:

Trituración con molienda por etapas por molinos de martillos, HM + HM (Fig. 5)

Fig. 5: Variante 2, diseño de la planta + gráfico de barras

Se produce un muy alto contenido de finos a pesar de escoger una larga perforación de criba en el molino previo y una baja velocidad circunferencial.

Variante 3:

Molienda por etapas con molino de martillos y molino quebrantador de rodillos, HM + BWS (Fig. 6)

Fig. 6: Variante 3, diseño de la planta + gráfico de barras

Con esta variante se consigue un muy buen resultado cumpliendo el objetivo en todo respecto. El porcentaje de finos de < 0,5 mm es inferior al 25 % y la "fracción muy gruesa" por debajo del 5 %. Por consiguiente, la mayor fracción se encuentra en el rango medio de granulometría. El producto tiene una estructura relativamente estrecha con una apariencia física uniforme.

Variante 4:

Molienda por etapas con molino de martillos y molino de laboratorio, HM + LMW (Fig. 7)

Fig. 7: Variante 4, diseño de la planta + gráfico de barras

La variante 4 es otra mejoría más de la variante 3 debido a la modificación del avance y al ajuste de la velocidad circunferencial de los rodillos. Este ajuste no fue posible con los molinos quebrantadores de rodillos existentes y utilizados, pero se puede reequipar las máquinas con el sistema correspondiente. Esta variante muestra que se puede optimizar la estructura del grano ajustando la velocidad circunferencial de los rodillos y el avance.

Reducción de la energía eléctrica específica en kWh/t

En todas las variantes, se determinó el consumo de energía eléctrica en kWh/t mediando la potencia efectiva y leyendo el contador. Los resultados no se presentan aquí en detalle. En términos generales, el consumo de energía eléctrica de la variante "BWS doble" es aprox. 50 % menor comparado con la variante "HM+HM". El consumo de energía eléctrica de la variante "HM+BWS" es aprox. 30 % menor que el consumo de la variante "HM+HM".

Conclusiones

Para una mejor visión conjunta, los resultados de molienda de las variantes 1 a 3 se representan en una curva de distribución acumulativa de sobretamaño (Fig. 8). Especialmente la comparación de la densidad de distribución muestra qué variantes aseguran un bajo contenido de finos.

Fig. 8: Curva de distribución acumulativa de sobretamaño para la molienda por etapas BWS vs "HM + HM" y vs "HM + BWS"

Las siguientes conclusiones son posibles:

  • La molienda con molino quebrantador de rodillos (BWS) o molino de martillos + molino quebrantador de rodillos causa un porcentaje de finos significativamente reducido en comparación con una trituración con molino de martillos + molino de martillos. Se alcanzó el valor nominal deseado de máx. 25 % <0,5 mm en todas las variantes.
  • El máximo porcentaje en el rango medio de granulometría se alcanza con una molienda por etapas con molino de martillos + molino quebrantador de rodillos.
  • Al aumentar el avance del BWS, se pueden aún optimizar los resultados. Por lo tanto, es muy conveniente poder ajustar la velocidad durante la operación.
  • Si se utilizan un molino de martillo y un molino quebrantador de rodillos, la estructura de los granos es más uniforme y por eso menos propensa a la segregación, y las propiedades de flujo mejoran. Además se obtiene la impresión visual de que se trata de un producto homogéneo, particularmente debido a la alta concentración de partículas en el rango medio de granulometría. Las cáscaras de la cebada son trituradas suficientemente.
  • Los ensayos mostraron que se puede reducir el consumo de energía específica significativamente utilizando el molino quebrantador de rodillos.
  • Contrariamente al molino de martillos, los molinos quebrantadores de rodillos no requieren aire de aspiración o sólo una pequeña cantidad si se instala un separador de piedras. Los gastos para las medidas ATEX se reducen correspondientemente.
  • Al utilizar un molino quebrantador de rodillos, los ahorros de los gastos para energía son significativos en comparación con un molino de martillos.

Perspectiva

El artículo presente muestra que con el montaje de molinos quebrantadores de rodillos en plantas de piensos compuestos nuevas o ya existentes, la estructura de los piensos para cerdos ricos en cebada se puede mejorar considerablemente, con una reducción significativa del consumo de energía eléctrica.

Se puede también reducir las cáscaras gruesas de cebada granulando el grano previamente con una prensa granuladora de matriz plana con mezcla posterior, antes de que la cebada tratada es alimentada a la sección de molienda de mezclas.

Los ensayos en nuestra planta piloto mostraron que en los molinos granuladores (prensa granuladora modificada de matriz plana) las cáscaras se desfibran transversalmente y no longitudinalmente como en el caso de los molinos de martillos y sobre todo de los molinos quebrantadores de rodillos.

Con las máquinas blanqueadoras de Schule, tipo VPC, se puede eliminar un cierto porcentaje de las cáscaras del grano entero. Se tendría que considerar un uso alternativo para la fracción de las cáscaras separadas.

Resumen

Los resultados de las investigaciones en el sector de la alimentación animal muestran que un contenido aumentado de finos en el pienso para cerdos en harina gruesa puede ejercer una influencia negativa sobre la salud y el rendimiento de los animales. Esto se debe a la formación de úlceras gástricas en los animales, a un régimen pH no óptimo en el estómago y a problemas con la salud causados por agentes patógenos en el tracto gastrointestinal. Desde el punto de vista técnico, una granulometría no uniforme causa una segregación y un alto porcentaje de finos produce malas propiedades de flujo en los silos. Para evitar las influencias negativas arriba mencionadas, un bajo contenido de finos de 25 % < 5 mm se persigue para la alimentación de pienso en harina gruesa, con una granulometría media en el rango de 0,5 a 1,6 mm. Se tendrían que triturar las cáscaras de la cebada de tal manera que se puedan excluir efectos adversos sobre el consumo de piensos y la conversión alimenticia y que las propiedades de flujo no se vean afectadas.

Las ventajas de la trituración de mezclas ricas en maíz/trigo para la producción de piensos para aves con molinos quebrantadores de rodillos son conocidas. La pregunta que debe responderse es si se puede utilizar el molino quebrantador de rodillos también para la producción de piensos para cerdos con un alto contenido de cebada. Como parte de un proyecto, realizado por estudiantes de la Escuela Alemana de Molineros de Braunschweig (DMSB) con el apoyo de una fábrica de piensos compuestos y la fábrica de maquinaria Amandus Kahl GmbH & Co. KG, se compararon varios variantes de trituración en ensayos prácticos con una alta capacidad de la planta y una fórmula comercial rica en cebada. De una variedad de ensayos, se comparan las siguientes variantes: 

  • Molino quebrantador de rodillos doble
  • Molienda por etapas: molino de martillos con molino previo y posterior
  • Molienda por etapas: molino de martillos y molino quebrantador de rodillos

Los ensayos demuestran que - a diferencia del molino de martillos - el molino quebrantador de rodillos puede reducir el porcentaje de finos < 0,5 mm en el producto acabado considerablemente a un valor que está por debajo del 25 %. Sin embargo, para reducir el contenido de finos y lograr un alto porcentaje dentro del rango medio de 0,5 a 1,6 mm, la molienda por etapas combinada con molino de martillos y molino quebrantador de rodillos es más apropiada, ya que en este caso la fracción gruesa, es decir principalmente las cáscaras, también será triturada suficientemente.

Los ensayos preliminares mostraron que la disposición "primero el molino de martillo y luego el molino quebrantador de rodillos" es más apropiada que el orden inverso, ya que la molienda posterior con el molino de martillos produce más finos que la molienda posterior con el molino quebrantador de rodillos. Dado que los requerimientos a la estructura del pienso pueden variar en gran medida dependiendo de la región y las condiciones de competencia, se debe estudiar cada aplicación individualmente. Se recomienda un ajuste de la velocidad y del avance así como una medición automática de la abertura entre los rodillos con teleajuste si se cambian las fórmulas con mucha frecuencia.

El uso de un molino quebrantador de rodillos, en combinación con un molino de martillos o no, produce en todos los casos una reducción significativa del consumo de energía específica (kWh/t) en el rango de 30 a 50 %. Contrariamente al molino de martillos, los molinos quebrantadores de rodillos no requieren aire de aspiración o sólo una pequeña cantidad si se instala un separador de piedras. Los gastos para las medidas ATEX se reducen correspondientemente.