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La limpieza de los productos agrícolas es una práctica adoptada hace miles de años y que poco ha cambiado desde entonces, pues en la actualidad se utilizan los mismos principios mecánicos. No obstante que las máquinas modernas permiten una buena limpieza de los productos, poseen un rendimiento bajo, lo que muchas veces limita la recepción de éstos en las grandes unidades de almacenamiento.
En el medio rural, los sistemas de limpieza son bastante rudimentarios; por lo general, las impurezas se separan por medio del viento, utilizando cernidores manuales; ocasionalmente equipos más complejos, como máquinas con sistemas de aspiración de aire y juego de mallas o zarandas. En las unidades almacenadoras o en las grandes propiedades agrícolas, donde se requiere limpiar grandes cantidades de granos, se utilizan máquinas de limpieza con sistemas de aspiración de aire y zarandas. Estas máquinas tienen una alta capacidad para una eficiente limpieza, pero su operación es relativamente compleja.
Sistemas y equipos
Existen varios sistemas para la limpieza de los granos. Los más utilizados, tanto en pequeñas como en grandes propiedades, son:
Limpieza mediante el viento. Uno de los métodos más simples y antiguos de limpiara de granos es aquél que utiliza el viento. Este método es muy utilizado en la actualidad por los pequeños productores rurales, que tienen un bajo poder adquisitivo. Este sistema consiste en levantar los granos a una determinada altura, dejándolos caer para que el viento separe las impurezas más livianas, como polvo, hojas, granos vacíos, etc. Este método de limpieza tiene el inconveniente de que no elimina las impurezas o materias extrañas más pesadas, como arena, piedras, terrones etc., que caen junto con los granos (figura 5).
Limpieza con zaranda manual. Este método es el más utilizado por los pequeños agricultores. El método consiste en utilizar mallas o zarandas manuales y realizar un movimiento hacia arriba con la zaranda, lanzando el producto al encuentro de la corriente de aire; el viento se encarga de eliminar las impurezas más livianas. Enseguida se realiza un movimiento de vibración o vaivén de la zaranda, para propiciar que las impurezas menores pasen por los orificios (figura 9).
Figura 8. Limpieza de granos por medio del viento.
Figura 9. Limpieza con zaranda manual.
Las zarandas manuales son muy utilizadas porque permiten la limpieza de pequeñas cantidades de productos de manera muy eficiente y pueden ser construidas fácilmente por los propios agricultores. Estas características permitieron su difusión en casi todos los países del mundo. En Brasil, actualmente la casi totalidad de la cosecha de café se limpia mediante las zarandas manuales. La capacidad de limpieza con las zarandas manuales es del orden de 120 a 180 kg por hora de trabajo. Tiene la desventaja de ser una operación de bajo rendimiento y de exigir gran esfuerzo físico y habilidad del operador. Por esta razón, la técnica es penosa y perjudicial para la salud, pues el trabajador permanece en constante contacto con la polución causada por el polvo (figura 10).
Figura 10. Limpieza con zaranda manual suspendida.
Limpieza con ventilador. El uso de ventiladores para la limpieza de los granos está bastante difundido en algunos países. Consiste básicamente en un ventilador que produce un flujo de aire, el que realiza la separación de las impurezas del producto. Esta separación se efectúa a base de las diferencias de la velocidad terminal de las impurezas y de los granos.
Este sistema de limpieza sirve para eliminar impurezas livianas, tales como polvo, hojas, tallos, ramillas, etc., y se recomienda para la limpieza de maíz, arroz y frijoles a nivel de pequeños productores. La limpieza se lleva a cabo haciendo pasar una corriente de aire por los granos; las impurezas más livianas son lanzadas fuera de la máquina por la acción del aire del ventilador. Cuando el producto contiene muchas impurezas pesadas, como terrones y arena, no es posible con este método realizar una buena limpieza.
El ventilador está constituido por una caja con forma de caracol, en cuyo interior existe un rotor formado por un conjunto de paletas o aspas dispuestas en círculo, que al ser accionadas en forma manual o mecánica generan una corriente de aire. El producto se coloca en la tolva superior, que es un depósito en forma de "V", con una pequeña abertura en la parte inferior, provista de una válvula o compuerta mediante la cual se regula la cantidad de producto que entra a la limpiadora. Al pasar el producto por la corriente de aire se separan las impurezas livianas y cae el producto limpio en el colector (figura 11).
Figura 11. Equipo con ventilador para la limpieza de los granos.
Limpieza con mellas cilíndricas. Las máquinas de limpieza con mallas cilíndricas rotativas son muy utilizadas en las grandes haciendas, debido a su gran capacidad para limpiar y porque requieren baja potencia para su funcionamiento. Están constituidas básicamente por dos mallas cilíndricas, colocadas una dentro de otra. La malla interior tiene forma de cono, para que los granos se deslicen cuando se opera el equipo a una velocidad más baja (figura 12).
Figura 12. Equipo de limpieza con mallas cilíndricas.
Durante su funcionamiento, los granos entran por la malla interna que posee orificios más grandes que los granos, lo que permite que el producto pase y se retengan las impurezas mayores. La malla externa posee orificios menores que retienen los granos y permiten el paso de las impurezas menores. Normalmente, estas máquinas poseen un sistema que permite sustituir a las mallas, lo que permite la limpieza de diferentes productos.
Limpieza en máquinas con aire y zarandas. Las máquinas de limpieza con ventilador y zarandas constituyen el sistema más eficiente para la limpieza de los granos. Estas máquinas se utilizan cuando se requiere una limpieza más eficiente del producto. Para separar las impurezas utilizan un ventilador y un conjunto de zarandas (figura 13).
Estas máquinas pueden ser utilizadas en la operación de pro-limpieza para eliminar parte de las impurezas de los granos, o en la operación de limpieza, después del secado. La diferencia entre máquinas de limpieza y pro-limpieza está determinada básicamente por la eficiencia de la separación. Las máquinas de limpieza tienen ventiladores más potentes, o un mayor número de zarandas con orificios, cuya dimensión se aproxima más al tamaño de los granos, lo que permite realizar una limpieza más eficiente.
Por lo general, las máquinas con ventilador y zarandas están constituidas por un depósito o alimentador, un sistema de aspiración de polvo (que se encuentra a la entrada o salida del producto) un conjunto de zarandas intercambiables y un dispositivo para producir la vibración u oscilación del conjunto de zarandas.
Figura 13. Máquina de limpiara con ventilador y zarandas.
Partes que componen los equipos de limpieza
El conocimiento de las partes que constituyen las máquinas de aire y zarandas es importante para obtener un buen rendimiento. El operador que conoce la función de cada pieza tendrá más seguridad para corregir los defectos y los puntos más críticos que influyen en el perfecto funcionamiento del conjunto. El operador debe estar apto en cualquier momento para realizar las reparaciones de las máquinas cuando sea necesario, y para reponer las piezas dañadas correctamente y con rapidez. Los conocimientos, la buena voluntad y perspicacia del operador son muy importantes para permitir el perfecto funcionamiento de los equipos, sin que existan interrupciones durante su funcionamiento. En general, las máquinas de aire y zarandas están constituidas básicamente por:
El alimentador. Los alimentadores de las máquinas de limpieza tienen la finalidad de regular el flujo del producto que entra a la máquina y distribuirlo uniformemente sobre la zaranda. Existen varios modelos de alimentadores, que posibilitan una mayor precisión de la operación; sin embargo, los más complejos encarecen el costo de la máquina y pueden dificultar su operación y mantenimiento. En el Brasil, con el propósito de minimizar los costos de los equipos y facilitar su operación, las industrias utilizan modelos más simples que facilitan su mantenimiento y su reparación.
Los alimentadores están compuestos generalmente por un depósito o caja que recibe el material, un registro para regular el flujo de los granos y un eje con aletas en el fondo del depósito para forzar el desplazamiento del material, lo que hace que éste caiga sobre la malla o zaranda. Algunos alimentadores poseen abajo del registro regulable del alimentador, en el tope de la zaranda superior, una bandeja de distribución con inclinación en sentido contrario a la zaranda, la que distribuye el producto sucio; esto aumenta el rendimiento de la máquina (figura 14).
Figura 14. Esquema del alimentador de la máquina de limpieza de aire y zarandas.
Los granos húmedos y sucios recién cosechados presentan serios problemas para la limpieza, pues atascan los alimentadores de las limpiadoras, disminuyendo considerablemente su capacidad de procesamiento; por ello es muy importante considerar cuidadosamente el diseño del alimentador y de la limpiadora en general cuando sea necesario trabajar con granos difíciles, como el arroz con cáscara, con un contenido de humedad superior al 22 por ciento.
El sistema de ventilación: El sistema de ventilación es responsable de la eliminación de las impurezas livianas presentes en los productos y ésta se realiza por la acción del aire que se genera en el interior de la máquina. Los sistemas de ventilación están formados básicamente por:
a) un ventilador
b) una cámara gravitacional
c) el ducto de succión de impurezas.
a) El ventilador. Se utiliza para producir un flujo de aire en el interior de la máquina, que separa las impurezas livianas del producto. Generalmente, los ventiladores trabajan succionando el aire, como un exhaustos, con lo que se evita la contaminación ambiental causada por el equipo. La extracción del aire en el interior de la máquina forma una corriente que pasa por los granos, eliminando las impurezas del producto. Las impurezas más pesadas son eliminadas por los cernidores o zarandas. En algunos tipos de máquinas, después de pasar los granos por las zarandas se succiona el aire a través del producto para efectuar una limpieza más completa.
Las máquinas de aire y zarandas pueden poseer de uno a cuatro ventiladores, lo que determinará en gran parte su eficiencia. Cuanto mayor sea el número de ventiladores, mejor será la distribución de aire que pasa por el producto, aumentando la eficiencia de la limpieza. Cuando se tienen cuatro ventiladores, normalmente se utilizan dos extractores en la parte superior, que se sitúan después del alimentador, y dos en la parte inferior, que se sitúan después de que el producto pasa por las zarandas (figura 15).
b) y c) Cámara gravitacional y ducto de succión de impurezas. El ducto de succión de impurezas termina en la entrada de la cámara gravitacional, que posee un volumen mayor; esto provoca una disminución de la velocidad del aire que transporta las impurezas. Esta disminución del aire hace que las impurezas se sedimenten en el fondo de la cámara para luego ser descargadas. En el fondo de la cámara gravitacional está localizada la válvula de descarga de las impurezas, las cuales son eliminadas a medida que se van acumulando. En la entrada de la cámara se encuentra el registro de aire, que permite regularle la velocidad; éste debe ser suficiente para extraer únicamente las impurezas más livianas evitando la succión de los granos.
Figura 15. Ventilación de la máquina de limpieza de aire y zarandas.
El conjunto de zarandas. Este tiene por finalidad eliminar las impurezas que quedaron retenidas en el producto después de pasar por la corriente de aire. El conjunto debe estar formado por lo menos por dos zarandas. En la primera, el tamaño de los orificios debe permitir el paso de los granos y retener todas las impurezas mayores que los granos. En la zaranda inferior, el tamaño de los orificios debe permitir únicamente el paso de las impurezas que son menores que los granos (figura 16).
a) las zarandas y las mallas
b) el sistema de vibración
c) el limpiador de zarandas.
a) Las mallas o zarandas. Las zarandas de las máquinas de limpieza están construidas de láminas o chapas metálicas perforadas y delgadas. Pueden también confeccionarse utilizando hilos metálicos, en forma de mallas; estas mallas están provistas de un marco o moldura de madera o metal, que facilita su manejo e instalación.
Las zarandas se instalan normalmente con una pequeña inclinación que varía entre 6 y 12 grados. En algunos casos se instalan en posición horizontal, pero deben poseer un mecanismo de vibración similar al de las zarandas inclinadas, para permitir el desplazamiento del producto y un mayor contacto de los granos con las zarandas. Algunas veces es necesario utilizar una tela o un plástico para cubrir la zaranda superior y as' evitar que los granos caigan fuera de la zaranda. Los orificios de las zarandas pueden ser redondos, ovalados, triangulares, etc. Las mallas de hilos metálicos poseen orificios de forma rectangular o cuadrada. Se recomienda utilizar la zaranda apropiada para cada tipo de producto que se va a limpiar, para que sus orificios produzcan mejores resultados durante la separación.
Zaranda de orificios redondos. Las zarandas de orificios redondos se utilizan para la separación de materiales en los que predomina la forma esférica o redondeada. Para las máquinas que clasifican los granos se recomiendan las zarandas de orificios redondos, porque realizan la separación sobre la base del ancho de los granos. Las zarandas de orificios redondos se especifican a base de su diámetro en milímetros fracciones de pulgadas. Cuando las dimensiones se dan en fracciones de pulgada se puede especificar el orificio de la zaranda, considerando el numerador de la fracción comprendida entre 6/64 y 80/64 de pulgada. Para orificios con diámetro menor de 6/64 de pulgada se utiliza el valor de la fracción completa, o sea numerador y denominador.
Ejemplo: 4,8 mm 12/64"
En razón de que 4,8 mm es equivalente a 12/64 pulgadas, este caso corresponderá a una zaranda del número 12.
Zaranda de orificios oblongos. Las zarandas de orificios oblongos generalmente se utilizan en la separación de materiales en los que predomina la forma alargada, por lo que son más utilizadas para separar los granos en función de su grosor. Las zarandas de orificios oblongos se especifican tomando la dimensión del ancho y la dimensión del largo del orificio. Como en el caso anterior, el ancho de los orificios entre 6/64 y 80/64 de pulgada se especifica con el numerador de la fracción. Cuando el ancho es inferior a 6/64 de pulgada se utiliza el valor de la fracción completa. El largo del orificio está dado por la fracción en pulgadas como 314, 318, 5/6, etc. Por lo tanto, las zarandas de orificios oblongos se denominan como 12 x 3/4", 22 x 1/2", designando primero la dimensión del ancho del orificio. Las zarandas o cernidores de orificios oblongos generalmente se instalan con el eje mayor del orificio en la dirección del movimiento de los granos, ya que de esta forma se facilita la separación.
Ejemplo 1 - Zaranda: 1,75 x 22 mm
Ejemplo 2 - Zaranda: 5 x 3/4"
Zaranda de orificios triangulares. Las zarandas de orificios triangulares se utilizan más para la separación de impurezas que presentan forma triangular, como las semillas de algunas malezas. La especificación de los orificios de las zarandas triangulares se realiza de dos modos. En el primero se pueden designar los orificios por la dimensión en milímetros de uno de los lados del triángulo equilátero, o en 64 avos de pulgada. En el segundo, se considera el diámetro del círculo inscripto en el triángulo, en milímetro o 64 avos de pulgada, seguido de la letra V, o sea, 6 V, 10 V o 15 V.
Zaranda de malla cuadrada. Las zarandas de malla cuadrada se especifican por el número de aberturas que contiene una pulgada cuadrada, considerado los dos lados del área, tales como 3 x 14, 18 x 18, etc.
Zaranda de malla rectangular. Las zarandas de malla rectangular se especifican en forma similar a la cuadrada, considerando el número de aberturas contenidas en una pulgada cuadrada, considerando los dos lados del área, tales como 4 x 12; 3 x 21; 6 x 60, etc. Las mallas rectangulares se instalan de tal forma que el largo de la malla coincida con la dirección del movimiento de la masa de granos.
b) El sistema de vibración. El sistema de vibración se utiliza para hacer oscilar las zarandas, con lo que el producto se pone en contacto con los orificios, se facilita la separación y se propicia un deslizamiento del producto sobre las zarandas. El sistema de vibración debe poseer dispositivos capaces de modificar la amplitud y frecuencia de los movimientos oscilantes de las zarandas, de manera tal que la masa de granos, con formas y tamaños diferentes a la esférica, quedará con los ejes longitudinales de los granos en forma perpendicular a la superficie. De esta manera, la zaranda al oscilar con movimientos precisos permitirá el paso de los granos de punta por los agujeros, como en el caso del arroz. En el caso de productos de forma esférica se recomienda una vibración menor para permitir una mejor separación. Las máquinas que se utilizan para beneficiar productos con formas y tamaños diferentes, deben permitir el ajuste de la vibración para cada tipo de producto (figura 17).
c) El limpiador de zarandas. Durante el funcionamiento de las máquinas de limpieza de aire y zarandas, es común que se presente la obstrucción de los orificios de las zarandas por granos o impurezas. Esto dificulta la separación, reduciendo la eficiencia y el rendimiento de la máquina. Para evitar estos problemas se utilizan algunos dispositivos que son capaces de limpiar los orificios de las zarandas. Los dispositivos más utilizados son:
Figura 17. Separación de los granos en la zaranda.
i) Bolas de goma o hule. Constituyen uno de los dispositivos más utilizados, debido a su bajo costo y buen desempeño y a que no exigen gran mantenimiento. Las bolas de goma se colocan, en número que varía de 3 a 5 en los compartimientos debajo de las zarandas, de forma tal que al moverse golpean contra la superficie inferior como consecuencia de la vibración de las zarandas (figura 18).
Figura 18. Esquema del limpiador de zarandas a base de bolas de goma.
ii) Cepillos o escobillas. El uso de cepillos o escobillas de limpiara también está muy difundido. Consiste en instalar cepillos sobre carros móviles que se deslizan de un extremo a otro, debajo de las zarandas. Los cepillos se instalan sobre el carro de tal forma que puedan barrer la superficie inferior de la zaranda, removiendo las partículas que estén obstruyendo los orificios. Los cepillos tienen el inconveniente de exigir cuidados en su mantenimiento y regulación (figura 19).
Figura 19. Esquema del limpiador de zarandas a base de cepillos.
iii) Martillos. Los martillos normalmente se utilizan junto con los cepillos. Las semillas que obstruyen los orificios y no son eliminadas con los cepillos, se liberan con la vibración de los golpes del martillo bajo las zarandas. El movimiento de los martillos se logra con la vibración de la propia zaranda (Figura 20).
Figura 20. Esquema del limpiador de zarandas con martillo.
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