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September | October 2011

Feature title: Eficiencia energética para mejorar el control de uniformidad del pellet en la extrusión de alimentos acuícolas

The International magazine for the aquaculture feed industry

Cómo Muyang logró aumentar la eficiencia energética del sistema de extrusión? Con el desarrollo

de la tecnología de extrusión, una de las nuevas tendencias en la producción de alimentos acuícolas es la de la sus-titución de la máquina pelleteadora por la extrusora, la cual se está convir-tiendo en la máquina de molienda más popular y eficiente debido a su flexible adaptabilidad a la producción, la alta calidad del producto y garantía de altos niveles de saneamiento.

Sin embargo, el obstáculo que impide la popularización de la extrusora es el consumo energético, el cual debe ser disminuido.

Como todos sabemos se necesita suficien-te energía para sostener todo el proceso de extrusión que va desde el acondicionamiento de los materiales hasta el amasamiento, corte, cocción, extrusión y formación para la obten-ción de alimentos acuícolas de alta calidad.

En esencia el consumo energético se define normalmente en dos formas: La energía mecánica específica (EME) y la energía térmica específica (ETE).

Analizando el consumo de energía que se requiere para cocinar los diferentes componentes de la rece-tas, existen tres maneras de mejorar la eficiencia del sistema de extrusión, es decir, incrementar la capacidad de producción, disminuyendo el consumo. Las tres maneras son:

1) Mejorar la eficiencia en la utilización de la EME

2) Mejorar la eficiencia en la utilización de la ETE

3) Tratar de utilizar al máximo la ETE a partir de las fuentes relativamente más baratas de vapor, con el objetivo de sustituir en parte el consumo de la EME

Método para maximizar la utilización de la EME

En primer lugar queremos que com-prendan que el enfoque fue estudiado y analizado para que coincida el consumo de EME con el requerido para la maduración del material.

Si la energía de entrada es inferior a la requerida por la EME no podrá madurar el material lo suficiente, por lo que se traduciría en una mayor capacidad de producción y vice-versa. Por lo tanto el consumo adecuado de EME puede garantizar un alimento extrusado de alta calidad, al tiempo que maximiza la capacidad de producción.

Mediante la cuantificación de las capacida-des de cada segmento del tornillo (incluyendo las capacidades de transportación, corte y

mezclado) y evaluando los efectos de las dife-rentes combinaciones del tornillo, el equipo de investigaciones de extrusión de Muyang encontró la configuración óptima del tornillo, para lograr el consumo justo de EME, en una producción dada de alimentos balanceados para la Acuicultura.

Basado en los estudios antes mencio-nados y en los conocimientos perceptuales y racionales de la tecnología de extrusión, el equipo de extrusión Muyang elaboró un nuevo concepto llamado “corte estabilizado”.

Por lo general todo proceso de extrusión en que el material se introduce en la cámara de extrusión hasta ser extruido por los dados, se denomina proceso de ‘corte apresurado’ el cual está acompañado por altas presiones, alto consumo de energía, gran desgaste de las piezas y además una inconstante descarga de alimento extruido.

La tecnología de corte estabilizado introducida por el Grupo Muyang puede estabilizar en gran medida la eficiencia de corte durante todo el proceso de extrusión (ver Figura 1). La óptima configuración del tornillo no solo le brinda al proceso de extrusión un adecuado consumo de EME, sino que garantiza la gelatinización del pro-

ducto en un nivel no menor al que logra la ‘tecnología de corte apresurado’.

Se ha demostrado que cuando se producen alimentos acuícolas con la tecnología de corte estabilizado, una extrusora puede incrementar su capacidad en un 15 por ciento, con un ahorro de energía del 12 por ciento por tonelada de alimento.

En los últimos años el Grupo Muyang realizó grandes esfuerzos de investigación en cinco aspectos fundamentales de la extrusión con el objetivo de mejorar notablemente el rendimiento de la extrusión de alimentos acuícolas. A raíz de estas investigaciones se obtuvieron algunos logros importantes para: incrementar la eficiencia energética de la extrusora, mejorar la uniformidad del pellet, alargar la vida útil de las piezas de desgaste, incrementar el índice de producción de los alimentos acuícolas de hundimiento, así como la de los micro-alimentos acuícolas de los cuales nos referiremos en este artículo. También nos referiremos a la eficiencia energética para mejorar la tecnología y su aplicación, así como del desarrollo en el control de la uniformidad de los pellets

por Ma Liang, Zhang Kuiyang, Mi Changyu, Zhang Wenliang, del Centro de Investigación y Desarrollo de Muyang, China

Eficiencia energética para mejorar el control de uniformidad del pellet en la extrusión de alimentos acuícolas

Tabla 1: acondicionador Complex SPtZ vs acondicionador SCtZ DDC

Acondicionador Complex –serie SPTZ

Acondicionador SCTZ serie DDC

Grado de llenado 55~60% 30~35%

Tiempo (s) deacondicionamiento 180~200 40~45

Gelatinización 50~55% 35~40%

Comentarios Con el mismo volumen efectivo y capacidad

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F: Uniformidad del Pellet

Método para maximizar la utilización de la ETE

La masa que va a ser utilizada para la elaboración de alimentos acuícolas se debe pre-cocinar en el acondicionador, con vapor bien caliente, antes de introducirlo en la cámara extrusora para la extrusión. Como maximizar la utilización de la energía térmica a partir de una cantidad específica de vapor para mejorar la gelatinización de la masa de alimento acuí-cola en el acondicionador, ha sido el foco de los esfuerzos de investigación del equipo de Muyang durante muchos años.

Es muy difícil lograr penetrar la humedad y el calor del vapor en el núcleo de las partículas de la mezcla, y cocinarlos a través de la función de mezcla física simple de un acondicionador convencional, sobre todo si estamos en pre-sencia de una masa para alimento acuícola enriquecida con aceites.

Eso significa que se le debe dar más vapor y un mayor tiempo de acondicionamiento para logar una alta gelatinización de la masa.

Con el objetivo de mejorar la utilización del vapor de agua y mejorar la gelatinización del alimento, Muyang inventó ‘la tecnología de

acondicionamiento reforzada’, la cual mejora de manera efectiva la masa, la eficiencia de transferencia de calor y la uniformidad de vapor.

Además, Muyang logró innovar el Acondicionador Complex – serie SPTZ com-binando la tecnología de acondicionamiento reforzada con el Acondicionador SCTZ DDC (de Muyang), que alcanza un rendimiento de acondicionamiento excelente (ver Tabla 1 y la Figura 2).

Además, la capacidad de producción de un sistema de extrusión equipado con un

Figura 2: Acondicionador Complex SPTZ vs Acondicionador SCTZ DDCFigura 1: Corte estabilizado vs corte apresurado

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F: Uniformidad del Pellet

hacer nuestro propio pastel e ir comiéndolo al mismo tiempo. A medida que incrementa la capacidad de producción, la uniformidad de los pellets disminuye.

Por lo general se puede obtener una buena uniformidad de los pellets cuando la extrusora está trabajando al 70~80 por ciento de su carga promedio.

Esencialmente los pellets no uniformes se generan debido a que en todo el proceso de producción existen algunos materiales que carecen de homogeneidad. La falta de homo-

geneidad en cualquiera de los procesos de pulverización, mezclado, acondicionamiento, extrusión o formación conllevará a la extru-sión de pellets no uniformes.

Afortunadamente la homogeneidad del material en los pro-cesos de pulverizado, mezclado y acondi-cionamiento es fácil de controlar con las técnicas que tenemos disponibles. El verdade-ro reto es controlar la

homogeneidad de la masa de alimento durante el proceso de extrusión.

¿Cuáles son las causas que provocan la no uniformidad de la masa durante la extrusión (ver Figura 3)?1) Fuerza de corte no uniforme: La dife-

rencia de la fuerza de corte originada por el tornillo del extrusor incide en la

para la masa se determina por la presión del acondicionador. Por ejemplo, en el acondiciona-miento por vapor saturado, la temperatura más alta de acondicionamiento que puede lograr la masa de alimento es de 100 grados celsius en 0.1 MPa, mientras que podría llegar a 164.19 grados celsius en 0.6 MPa.

Entonces, por un lado tenemos que pode-mos hacer un uso pleno de la energía térmica de vapor bajo condiciones ambientales, y por otro podemos optimizar las presiones de acondicionamiento y maximizar la utilización

de la energía de vapor. Mientras más energía de vapor utilicemos para la masa, menos EME necesitará la extrusión.

La tecnología de ‘sustitución de la EME por la energía térmica de vapor’ es ampliamente utilizada en las máquinas extrusoras de Muyang, y ha demostrado ser una tecnología muy eficaz y económica

¿Cómo Muyang pudo controlar la uniformi-dad de los pellets en la extrusión del alimento acuícola?

Buena uniformidad y apariencia agradable son las características más atractivas e impor-tantes para los alimentos balanceados de

alta calidad destinados a la acuicultura.

Sin embargo, es muy difícil equilibrar la relación entre la buena uniformidad de los pellets y una alta capa-cidad de producción, fundamentalmente en las extrusoras de un solo tornillo; es

como nos sucedería a nosotros, no podemos

Acondicionador Complex SPTZ puede aumentar entre un 10-15 por ciento, en com-paración con el Acondicionador Común DDC, debido a la función de pre-cocción que incluye el proceso de acondicionamiento.

Incluso, la mayor capacidad de pre-cocción conlleva a un funcionamiento más estable de la máquina y a un menor desgaste de algunas piezas como los tornillos segmentados y el revestimiento de la cámara de extrusado, por lo que también representa un ahorro de los costes de mantenimiento.

Sustitución de las EME por energía térmica de vapor

Como todos sabemos, la energía térmica producida por el vapor es mucho menos costosa que la energía eléctrica; y el consumo de la EME en una extrusora siempre proviene de una fuente de energía eléctrica tradicional. ¿Qué pasa si una parte de esa energía eléctrica es sustituida por energía térmica de vapor? El costo de producción de los alimentos acuícolas disminuirían considerablemente!

Durante la cocción, la cantidad de energía térmica de vapor que se utiliza

Figura 5: Pellets para la alimentación acuícola uniformes

Figura 4: Índices de flujo no uniforme vs índices de flujo uniforme

Figura 6: MY120×2 Ⅰ Extrusora de doble tornillo 24 | InternatIOnal AquAFeed | September-October 2011 September-October 2011 | InternatIOnal AquAFeed | 25

F: Uniformidad del Pellet

Figura 3: Causas de la no uniformidad de la masa durante el proceso de extrusión

Pellets extrusados no uniformes

Pellets extrusados no uniformes

Expansión no uniforme

Expansión no uniforme

Gelatinización no Uniforme

Tiempo de maduración diferente

Gelatinización No uniforme

Maduración no Uniforme

Fuerza de corte no uniforme

Índice de Flujo diferente

donde no hay presencia del tornillo (entre el final del tornillo y el dado) en una recámara de la extrusora. La tecnología de extrusión de flujo turbulento puede ayudar a la extrusora (fundamentalmente a la extrusora de un solo tornillo) a funcionar perfectamente en la pro-ducción de alimentos acuícolas.

Para una extrusora normal, las fuerza de corte diferente y el índice de flujo está relacio-nado a la capacidad de producción. Mientras mayor sea la capacidad, mayor será la diferencia de corte y el índice de flujo.

Teniendo en cuenta estos factores, Muyang desarrolló la llamada ‘tecnología de extrusión de flujo turbulento’, con le objetivo de contro-lar la uniformidad de los pellets en la extrusión de alimentos acuícolas (ver Figura 4)

Esta tecnología se aplica para obtener una buena distribución de la fuerza de corte en la zona del tornillo y unificar el índice de flujo tanto en la zona del tornillo como en la zona

masa, trayendo como consecuencia una gelatinización no uniforme y por ende un pellet no uniforme

2) Índice de flujo diferente: El índice de flujo de la masa durante el proceso de extrusión puede ser diferente en dos zonas – la zona del tornillo y la zona que no posee tornillo (entre el final del tornillo y el dado). En la extrusora, los diferentes índices de flujo de la masa pueden provocar tiempos de maduración diferentes, gelatinizaciones diferentes, y como consecuencia, calida-des de pellets diferentes.

Tabla 2: resultado de la prueba realizada a la extrusora de doble tornillo MY120×2

no. alimento B Dado(mm)

energía del motor (kW)

Factor de carga(%)

Capacidad(t/h)

Flotabilidad / Índice de hundimiento

(%)

1 Alimento flotante para peces 5.0 200 68 7.689 100

2 Alimento Flotante Para peces 1.0 200 65.55 3.479 100

3 Alimento Sumergible Para peces 3.0 200 31.28 3.714 99.65

Nota: La capacidad se calculó sobre la base del secado de los pellets con un contenido de humedad del 10 por ciento

More inforMation:Muyang GroupNo.1 Muyang Road Hanjiang Industrial ParkYangzhou ,Jiang su, 225127 CHINATel: +86 13951057886Website: www.muyang.com

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Volume 14 I s sue 5 2 011

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Energy efficiency improving and pellet uniformity control in the

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