Evaluation of Two Mills for Cattle Waste Grinding for Pig Feeding
iDMSc. Irania Quevedo HerreroIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
iDDr.C. Pablo M. Hernández AlfonsoIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
MSc. Cristhian José CaricoIIUniversidad Politécnica Tecnológica “José Antonio Anzoategui” (UPTJAA), El Tigre, Anzoátegui, Venezuela.
iDMSc. Vilma Toledo DiepaIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
iDDr.C. Jorge García CoronadoIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
IUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
IIUniversidad Politécnica Tecnológica “José Antonio Anzoategui” (UPTJAA), El Tigre, Anzoátegui, Venezuela.
*Author for correspondence: Irania Quevedo Herrero, e-mail: iraniaq@unah.edu.cu
ABSTRACT
Pig
production in Venezuela has been affected by the high costs of
concentrated feed. An alternative to reduce production costs in feeding
pigs is the use of cattle bones, due to their high protein content and
other properties that lead to a good diet in the pig fattening process.
The evaluation of the working organs of two mills in the crushing of
cattle bones was carried out, determining the quality of crushing and
energy consumption. The granulometry and impact energy on the Sharpy
pendulum were determined. A 23 factorial type experimental
design, dispersion curves and Pareto bars were applied. The controlled
variables were type of mill, wet mass and type of bone and the response
variables were sieved mass, grinding time, engine revolutions and
humidity. The physical and mechanical properties as well as length, dry
mass, wet mass, force and effort were determined. Finger and nose mills
and hammer mills were compared for grinding quality and energy
consumption. The hammer mill was found to have higher efficiency.
Keywords:
Hammer Mill; Finger and Nose Mill; Sharpy Pendulum.
INTRODUCTION
Pig feeding constitutes an extremely serious problem according to Campabadal (2009)CAMPABADAL, C.: Guía técnica para alimentación de cerdos, 46pp., San José, Costa Rica, 2009. ,
taking into account that the pig performs an impeccable competition
with man because its traditional diet consists of cereals and other
products for human consumption and since its requirements of proteins
are 5 to 8 times higher than those in man (Iglesias & Soto, 1987IGLESIAS, C.C.E.; SOTO, W.: Mecanización de los Procesos Pecuarios, Ed. Departamento de Ediciones del ISCAH, ENPES, San José de las Lajas, Habana, Cuba, 1987. ; Martinez, 2011MARTÍNEZ, C.: Libro de Instalaciones Agropecuarias, Ed. UCLV, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2011. ).
Due to the increase in food needs in the population in terms of eggs,
meat and milk, it is desired that the nutrition of farm animals not only
depend on plant sources but also on animal by-products (BPFA-ICA, 2020BPFA-ICA: Buenas prácticas en la fabricación de alimentos para animales en Colombia, Instituto Colombiano Agropecuario, Grupo de Regulación Y Control de Alimentos para Animales, Bogotá D.C., Colombia, 2020. ; FAO e IFIF, 2016FAO E IFIF: Buenas prácticas para la industria de piensos-Implementación del Código de Prácticas Sobre Buena Alimentación Animal, Ed. FAO, Roma. Italia, 2016. ; Keene et al., 2005KEENE, B.; KNOWLTON, K.; WILSON, J.; MCGILLIARD, M.; HOLTAWAY, C.: ¨Bone breaking strength in mature dairy cows¨, Transactions of the ASAE, ISSN-2151-0032, e-ISSN: 2151-0040, 48(4): 1637-1643, 2005. ; Uribe et al., 2011URIBE, F.; ZULUAGA, A.F.; RODONI, L.M.; ANDERSON, E.; OCHOA, L.M.: Buenas prácticas ganaderas, Ed. Gef, Banco MundiaL, Fedegán, Cipav, Fondo Accion, TNC, ISBN-958-8498-36-8, 2011. ). Poultry and pig industries are the main consumers of meat and bone meal (Hamilton and Kirstein, 1996HAMILTON, R.; KIRSTEIN, D.: Harina de carne y hueso. Una fuente valiosa de nutrientes en las dietas de animales y aves de corral, Compañía de Litografia Kirbi, USA, 1996. ).
To obtain a quality food, it is necessary to observe a series of
zootechnical requirements that must be taken into account when
submitting a material to the grinding process, mainly in relation to the
size of the particle (Buitrago et al., 2004BUITRAGO,
G.V.; LÓPEZ, A.P.; CORONADO, A.P.; OSORNO, F.L.: ¨Determination of
physical characteristics and mechanical properties of potatoes
cultivated in Columbia¨, Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, ISSN-1415-4366, 8(1): 102-110, 2004. ; Careeta, 2013CAREETA, R.: ¨Novel method to analyze post-yield mechanical properties at trabecular bone tissue level¨, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 20(13), 2013. ; Covenin 1882-83: 83, 1983COVENIN 1882-83: 83: Alimento Complemento para Cerdos, Normas venezolanas, Caracas, Venezuela, 1983. ; Parra & Portilla, 1987PARRA, M.; PORTILLA, D.: Estudio de las Propiedades mecánicas del sistema Óseo, Tesis (en opción al título de Ingeniero), Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería, Bogotá, Colombia, 1987. ). A feasible method for obtaining these flours is through the use of mills (Martínez, 2007MARTÍNEZ, C.: Datos del molino de martillo para el análisis experimental, Universidad Central de las Villas (UCLV), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2007. ; 2009MARTÍNEZ, J.: Diseño y Construcción de un prototipo de trituradora de desperdicios domésticos orgánicos, Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias), Instituto Politécnico Nacional, México, 2009. ; Paneque, 1988PANEQUE, R.P.: Transportadores en la Agricultura, Ed. Departamento de Ediciones del ISCAH, ENPES, primera ed. , pp. 276, San José de las Lajas, Habana, Cuba, 1988. ; Paneque et al., 2018PANEQUE, R.P.; LÓPEZ, G.; MAYANS, P.; MUÑOZ, F.; GAYTÁN, J.G.; ROMANTCHIK, E.: Fundamentos Teóricos y Análisis de Máquinas Agrícolas,
Ed. Universidad Autónoma Chapingo, primera edición ed. , vol. 1, pp.
456, ISBN-978-607-12-0532-2, Chapingo, Texcoco, México, 2018. ).
For this reason, the present work aims to evaluate the working regimes
of hammer mills and fingers and nose mills during the obtaining of
cattle bone meal of zootechnical quality for feeding pigs, with rational
use of electrical energy.
MATERIALS AND METHODS
Two
types of bones, scapula and femur, were selected as raw materials,
since they meet the geometric conditions to guarantee their dimensioning
more reliably and the hammer mill and the finger and nose mill were
used (Chirino, 1980CHIRINO, L.: Proyecto
de complejo mecanizado para la ceba de 45 mil cerdos en base a residuos
alimenticios y diseño de una trituradora de martillos, Tesis (en
opción al título de Ingeniero), Instituto Superior de Ciencias
Agropecuarias de La Habana (ISCAH), San José de las Lajas, Habana, Cuba,
1980. ; Castillo, 2011CASTILLO, D.L.J.: Proyecto
de factibilidad de la instalación de una planta procesadora de grasa
animal y harina de carne y hueso para grupo El Tunal, Universidad Centro Occidental, Barquisimeto, Venezuela, 2011. ).
The bones came from two small meat industries in the area (Bodegón el
Destete and Bodegón Doña África), located in the city of El Tigre,
Anzoátegui State, Venezuela.
The physical and mechanical properties of the bones to be considered in the evaluation of the working organs of the mills were:
a.) Physical properties: humidity, mass, length, diameter and density.
b.) Mechanical properties: energy absorbed on impact (force and effort).
The grinding procedure was carried out in the Workshop of
Warehouse 4, belonging to the UPTJAA's National Mechanics Training
Program (PNF-Mechanics), which has an area of 1,500 m2, which is equipped with machines and equipment necessary for teaching.
In
the tests carried out with scapula and femur bones, the experimental
conditions were considered, taking different photographic images, with
their respective dimensions in order to characterize:
a)
Natural condition, in which the scapula bones are white, with solid
shape and almost trapezoidal geometry and the femur bones are light
white and with elongated hollow cylindrical shape and a soft moist mass
inside.
b) Chopped condition (pieces of approximately between 10 and 12 cm).
c) Ground condition, to appreciate coloration and granulometry in bone meal (Ramos, 2010RAMOS, C.N.F.: Aprovechamiento del desecho de huesos de res para la obtención de harina de hueso en la fábrica Federer, Tesis (en opción al título de Ingeniero), Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador, 2010. ).
The DPM 4 hammer mill, manufactured in Brazil, is located in
the Workshop of Warehouse 4, belonging to the UPTJAA National Mechanics
Training Program. It is a stationary machine, used to grind mainly
grains, activated by means of a three-phase electric motor that is
turned on manually and has the following characteristics: power 8 kW,
voltage 220 V, nominal current 15.7 A, nominal speed 3,300 rpm (rotation
frequency), it has 24 hammers, drum diameter 0.293 m, drum length 0.095
m, hammer length 0.115 m, hammer width 0.042 m and hammer thickness
0.005 m. It should be noted that due to the lack of the original motor
of this mill, it was worked with a 4 kW and 1 790 rpm motor.
The
tool or working organ consists of a hammer (mobile) and blades (fixed),
which act by impacting the raw material, successively cutting it into
smaller pieces until the corresponding flour granulometry is obtained.
The
CADELMA brand finger and nose mill, manufactured in Maracaibo,
Venezuela, is located in the same place and is a stationary machine that
is used to grind mainly grains. It is activated by means of a
three-phase electric motor that is turned on manually by the operator
and it has the following characteristics: power 4 kW, voltage 220 V,
nominal current 15.7 A, nominal speed 1,790 rpm (rotation frequency), it
presents 3 steel blades in the shape of hands 0.15 m high, 0.8 m wide
and 0.01 m thick, drum diameter 0.34 m and drum length 0.14 m. The tool
or working organ consists of paddles in the form of fingers and fixed
blades that cut the material before crushing it.
Both mills work with a motor whose power is below the technical requirements established by the manufacturers (15 kW).
To obtain the flour from the selected raw material, the following steps were carried out:
Reception of the raw material: The used bones were minced in sizes of different measures (random) to be able to be processed by the mills.
Storage:
The raw material was transported to Warehouse 4 belonging to the
Department of Mechanical Engineering of the UPTJAA, where it was stored
to later proceed to carry out the experiments.
Weighing and bagging in masses:
The chopped bone pieces were weighed in mass samples of 1, 2, 3, 4 and 5
kg (three portions or samples for each kg of weighed mass
respectively), being subsequently bagged.
Grinding:
Once the distribution of the samples was completed (weighing and
bagging), they were ground in both mills under the same weight and motor
power conditions (4 kW) in the same weighing order.
Drying process: The ground bone samples were subjected to free or natural convection drying for a period of sixty-seven (67) days.
Sifting: After the drying process, the ground material was sifted through 4, 2 and 1 mm sieves.
RESULTS AND DISCUSSION
Analysis of the Physical-Mechanical Properties of Cattle Bones for their Crushing
Tables 1 and 2
show the measurements of mass, length, thickness and diameters of the
bones of cattle scapulae and femur, with their respective averages;
while Table 3 shows the function models: exponential, linear, logarithmic, polynomial order 2 and potential (Walpole et al., 1999WALPOLE, R.E.; MYERS, R.H.; MYERS, S.L.: Probabilidad y estadística para ingenieros, Ed. Pearson educación, ISBN-970-17-0264-6, México D.F., 1999. ; 2012WALPOLE, R.E.; TEVES DE ALMEIDA, R.H.; MYERS, S.L.; YE, K.: Probabilidad y estadística para ingeniería y ciencias, Ed. Pearson educación, vol. 162, México D.F., 2012.).
TABLE 1.
Scapula bone measurements
Bone
Sample
Mass (g)
Length (mm)
Thickness (mm)
Average (mm)
m
L1
L2
e1
m
L1
Scapula
1
730
370
400
17.3
10.9
5.2
385
11.1
2
750
350
390
19.9
9.8
4.6
370
11.4
3
750
370
395
19.7
13.9
6.8
382
13.5
4
780
370
380
19.0
13.5
7.2
375
13.2
5
1050
385
400
27.4
18.6
7.0
392
17.7
6
900
370
380
19.7
12.7
8.0
375
13.5
7
800
370
400
19.6
13.1
5.5
385
12.7
8
800
380
400
21.9
13.0
7.0
390
14.0
9
1180
380
420
24
16.6
9.4
400
16.7
TABLE 2.
Measurements of the femur bones
Bone
Sample
Mass (g)
Length (mm)
Diameter (mm)
Average (mm)
m
L1
L2
L3
D1
D2
D3
Length
Diameter
Femur
1
1700
370
350
390
51,6
10.9
49.05
370
47.4
2
2070
350
380
410
56
9.8
51.2
396.7
50
3
2030
370
370
410
56.85
13.9
51.2
390
50.3
4
2070
370
340
400
58.2
13.5
52.9
366.7
51.5
5
1850
385
360
400
56.1
18.6
52.7
380
50.6
6
1970
370
340
390
19.7
12.7
52.9
363.3
52.1
7
1770
370
360
400
19.6
13.1
54.9
380
48.9
8
1850
380
350
380
21.9
13.0
55
363.3
49.4
9
2400
380
360
420
24
16.6
57.05
390
54.3
TABLE 3.
Function Models, statistical requirement of correlation R2
Models
Bone-Requirements-Measurements
a) Scapula
b) Femur
Features
Length
Thickness
Length
Diameter
R2
%
R2
%
R2
%
R2
%
Exponential
0.4721
47.21
0.7541
75.41
0.2168
21.68
0.7726
77.26
Linear
0.4810
48.10
0.7762
77.62
0.2205
22.05
0.7776
77.76
Logarithmic
0.4600
46.00
0.7923
79.23
0.2163
21.63
0.7797
77.97
Polynomial of Order 2
0.5395
53.95
0.8128
81.28
0.2234
22.34
0.7786
77.86
Potential
0.4516
45.16
0.7780
77.80
0.2124
21.24
0.7720
77.20
According to the data obtained in Tables 1 and 2,
it can be observed that, for the scapula bone, the thickness has better
conditions regarding the position for the impact test on the Sharpy
pendulum.
On the other hand, for the femur bone, the best position
for the impact test is the diameter compared to the length in the
Sharpy pendulum.
Analysis of the Operational Parameters Depending on the Quality of the Crushed
Table 4 shows the operational parameters of the finger, nose and hammer mills.
TABLE 4.
Matrix of operational parameters of the finger and nose mill and hammer mill
N° Tests
Finger and nose mill Hammer mill
Initial mass (kg)
Bone
Milled time (s)
Granulometries at 67 days
Ground time (s)
Granulometries at 67 days
1 mm
2 mm
4 mm
1 mm
2 mm
4 mm
1
1000
femur
120.23
0
0
100
60.15
0
50
200
2
1000
Scapula
120.5
0
50
50
45.65
25
100
300
1
2000
femur
180.49
0
50
150
60.57
50
150
400
2
2000
Scapula
240.12
50
100
400
60.2
50
150
500
1
3000
femur
300.42
0
50
200
120.46
50
200
500
2
3000
Scapula
360.47
100
200
700
120.42
100
200
700
1
4000
femur
480.36
50
200
600
120.5
50
250
800
2
4000
Scapula
540.18
100
300
900
120.59
150
400
1100
1
5000
femur
660.45
100
300
800
240.01
150
400
1200
2
5000
Scapula
900.12
150
400
1200
125.56
150
500
1500
Source. The authors
Figure 1
shows the measurements (length, thickness and diameter) against bone
mass (scapula and femur). According to the data obtained in Figure 1,
it can be observed that, for the scapula bone, the thickness has better
conditions regarding the position for the impact test on the Sharpy
pendulum. On the other hand, for the femur bone, the best position for
the impact test is the diameter compared to the length in the Sharpy
pendulum.
FIGURE 1.
Measurements (length, thickness and diameter) against bone mass (scapula and femur).
Figure 2
shows the behavior of the initial mass as a function of time of the
finger and nose mill to determine the mass after the grinding and drying
process.
FIGURE 2.
Mass as a function of time of the finger and nose mill.
Figure 3
shows the granulometric behavior of the femur and scapula bones, for the
finger and nose mill after 67 days of free convection drying using 1, 2
and 4 mm sieves. It was observed that for the 1 mm and 2 mm sieves, the
amount of mass was very low. However, using the 4 mm sieve, it was
observed that for the scapula bone the amount of mass that passed
through the sieve was greater than the amount of the femur bone mass
that passed through it. Therefore, the scapula bone is better for
sieving in this type of mill. Figure 3
shows the behavior of the initial mass as a function of the hammer mill
time to determine the mass obtained after the grinding and drying
process.
FIGURE 3.
Initial mass as a function of hammer mill time (Table 4).
Figure 3
shows the granulometric behavior of the femur and scapula bone for the
hammer mill after 67 days of free convection drying using 1, 2 and 4 mm
sieves. It was observed that for the 1 and 2 mm sieves, the amount of
mass obtained was very low.
However, using the 4 mm sieve it was
observed that for the scapula bone the amount of mass that passed
through the 4 mm sieve was greater than the amount of mass of femur bone
that passed through it. Therefore, the hammer mill also has a better
response in crushing the scapula bone as a greater amount of final mass
is obtained during sieving.
Considering the operational parameters
of the mills (finger and nose and hammer mills), where both worked with
a 4 kW motor, and according to Figures 2 and 3,
it was observed that the hammer mill carried out the crushing process
of the bones in less time and with a greater quantity of flour passed
through the 4 mm sieve, the scapula bone being better.
Analysis of Operational Parameters Based on Energy Consumption
Table 5 establishes the operational parameters of the finger and nose mill and the hammer mill for determining energy consumption.
TABLE 5.
Matrix of energy consumption parameters of the finger and nose mill and hammer mill
Nº Tests
Parameters for finger and nose mill
Parameters for hammer mill
Bone
Milled mass (kg)
Intensity (A)
Rotation frequency [rpm]
Milled mass (kg)
Intensity (A)
[rpm]
Line 1
Line 2
Line 3
Engine Center
Line 1
Line 2
Line 3
Engine Center
1
femur
750
14
16
15
1700
900
14.3
16
15
1775
2
Scapula
850
14.8
15.2
16.3
1796
800
13
15.4
14
1720
1
femur
1850
14.9
16.4
17
1700
1800
15
18
16
1782
2
Scapula
1750
14
16
15.9
1750
1700
14
16
15.9
1760
1
femur
2700
15.2
18
19.4
1720
2600
17.6
20.7
16
1749
2
Scapula
2600
18.4
19
21.2
1780
2550
16
21.8
19
1730
1
femur
3450
22.1
19.5
18
1740
3300
16.8
19.5
18
1780
2
Scapula
3650
15
18.5
22.2
1790
3700
15.3
17
16.4
1745
1
femur
4450
16.4
15.3
19.15
1760
4600
18.5
22.1
19
1765
2
Scapula
4500
16.8
17
19
1785
4400
16
17.4
14.2
1748
Source. The authors
Figure 4 shows the variation in intensity as a function of the mass processed for the finger and nose mill.
FIGURE 4.
Graph of the final mass and intensity of the finger and nose mill (Table 5).
It is observed in Figure 4
that for the finger and nose mill, the increase in intensity was
reflected in line 1 and line 2, for the femur bone compared to the
scapula bone. However, in line 3 the increase in intensity was present
in the scapula bone compared to the femur bone, although this difference
was not significant.
Figure 5 shows the variation of the intensity as a function of the mass processed for the hammer mill.
FIGURE 5.
Mass as a function of intensity, hammer mill (Table 5)
It is observed in the graph of Figure 5
that for the hammer mill the increase in intensity for line 1 was
present with the femur bone with respect to the scapula bone. However,
for line 3, the increase in intensity was reflected in the femur bone,
compared to the scapula bone.
The comparison of the electrical
consumption was determined with the finger and nose mills and the hammer
mill in work operations of grinding the bones of the femur and scapula,
since the motor source consumed electrical energy in a triphasic way
(three lines of current). The behavior of this parameter is shown in Figures 4 and 5,
indicating consumption decrease or increase in the crushing process as a
function of time. As a result, the finger and nose mill consumed more
electrical energy according to the increase in intensity since the
contact between the grinding organ and the material required more
grinding time because it was slower, making the grinding process slower.
Results
of the Determination of the Theoretical (qt) and Real (qr) Productivity
and the Efficiency (e) of the Hammer Mill and the Finger and Nose Mill
Hammer mill: Having the characteristics of this mill and using the equation represented in Table 6, the theoretical productivity of the hammer mill was obtained.
TABLE 6.
Theoretical productivity of the hammer mill
k
Diameter, (m)
Length, (m)
( bone density, (kg/m3)
n, (rpm)
qt, (kg/s) qt=k∙D2∙L∙(∙n/60
(2.2∙10-4)
0.293
0.095
1900
1790
0.092
From the data and the equation qr = m/t (amount of mass
processed during machine work/clean work time), the real productivity
(qr) was obtained, resulting in 0.028 kg / s for hammer mill.
Substituting in the equation e = qr/qt, the efficiency of the hammer
mill was obtained, resulting in 0.30 (30%).
Finger and nose mill: Having the characteristics of this mill and using the equation in Table 6, the theoretical productivity of the finger and nose mill was obtained, represented in Table 7.
TABLE 7.
Theoretical productivity of the finger and nose mill
k
D,(m)
L, (m)
( bone density (kg/m3)
n, (rpm)
qt, (kg/s)
(2.2∙10-4)
0.34
0.015
1900
1790
0.063
Using the same equation, the real productivity (qr) was
obtained, resulting in 0.0076 kg/s, for the finger and nose mill. In the
same way, the efficiency (e), of the finger and nose mill, was
obtained, resulting in 0.12 (12%).
Determination of the Most Rational Variant of Bone Crushing Based on the Quality of the Crushing and Energy Consumption
Considering
the operational parameters studied for finger and nose mill and hammer
mill, when comparing the quality of crushing and their energy
consumption, it was determined that the hammer mill has greater
efficiency than the finger and nose mill (30% for the hammer mill and
12% for the finger and nose mills), in addition, the speed developed by
the hammer mill during the milling process is higher than that of the
finger and nose mills, which allows obtaining particles with a
granulometry of the flour that meets the zootechnical requirement of pig
feed. In reference to energy consumption, the finger and nose mill had
higher consumption according to the increase in the intensity of the
current, since the contact between the grinding organ and the material
to be processed required more time in the grinding work, because it
makes the crushing process slower and less efficient, due to its slower
crushing speed.
CONCLUSIONS
In
determining the physical-mechanical properties, it was observed that
the scapula bone has greater hardness than that of the femur, so it
requires greater effort during the grinding process, with the hammer
mill behaving with better destructive capacity than the finger and nose
mill.
The highest energy consumption was observed with
the finger and nose mill, caused by the contact between the crushing
organ and the processed bones, requiring a longer time in the grinding
process, being less efficient and slower than the hammer mill.
The
actual productivity of the hammer mill was higher than that of the
finger and nose mill during the process of grinding of the scapula and
femur bones, so to obtain bone meal the hammer mill was more efficient
with a 30%.
The quality of the flour obtained from the
zootechnical requirement established for feeding pigs with concentrated
feed, better results were obtained with the hammer mill.
REFERENCES
BPFA-ICA: Buenas prácticas en la fabricación de alimentos para animales en Colombia, Instituto Colombiano Agropecuario, Grupo de Regulación Y Control de Alimentos para Animales, Bogotá D.C., Colombia, 2020.
BUITRAGO,
G.V.; LÓPEZ, A.P.; CORONADO, A.P.; OSORNO, F.L.: ¨Determination of
physical characteristics and mechanical properties of potatoes
cultivated in Columbia¨, Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, ISSN-1415-4366, 8(1): 102-110, 2004.
CAMPABADAL, C.: Guía técnica para alimentación de cerdos, 46pp., San José, Costa Rica, 2009.
CAREETA, R.: ¨Novel method to analyze post-yield mechanical properties at trabecular bone tissue level¨, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 20(13), 2013.
CASTILLO, D.L.J.: Proyecto
de factibilidad de la instalación de una planta procesadora de grasa
animal y harina de carne y hueso para grupo El Tunal, Universidad Centro Occidental, Barquisimeto, Venezuela, 2011.
CHIRINO, L.: Proyecto
de complejo mecanizado para la ceba de 45 mil cerdos en base a residuos
alimenticios y diseño de una trituradora de martillos, Tesis (en
opción al título de Ingeniero), Instituto Superior de Ciencias
Agropecuarias de La Habana (ISCAH), San José de las Lajas, Habana, Cuba,
1980.
FAO E IFIF: Buenas prácticas para la industria de piensos-Implementación del Código de Prácticas Sobre Buena Alimentación Animal, Ed. FAO, Roma. Italia, 2016.
HAMILTON, R.; KIRSTEIN, D.: Harina de carne y hueso. Una fuente valiosa de nutrientes en las dietas de animales y aves de corral, Compañía de Litografia Kirbi, USA, 1996.
IGLESIAS, C.C.E.; SOTO, W.: Mecanización de los Procesos Pecuarios, Ed. Departamento de Ediciones del ISCAH, ENPES, San José de las Lajas, Habana, Cuba, 1987.
KEENE, B.; KNOWLTON, K.; WILSON, J.; MCGILLIARD, M.; HOLTAWAY, C.: ¨Bone breaking strength in mature dairy cows¨, Transactions of the ASAE, ISSN-2151-0032, e-ISSN: 2151-0040, 48(4): 1637-1643, 2005.
MARTÍNEZ, C.: Datos del molino de martillo para el análisis experimental, Universidad Central de las Villas (UCLV), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2007.
MARTÍNEZ, C.: Libro de Instalaciones Agropecuarias, Ed. UCLV, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2011.
MARTÍNEZ, J.: Diseño y Construcción de un prototipo de trituradora de desperdicios domésticos orgánicos, Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias), Instituto Politécnico Nacional, México, 2009.
PANEQUE, R.P.: Transportadores en la Agricultura, Ed. Departamento de Ediciones del ISCAH, ENPES, primera ed. , pp. 276, San José de las Lajas, Habana, Cuba, 1988.
PANEQUE, R.P.; LÓPEZ, G.; MAYANS, P.; MUÑOZ, F.; GAYTÁN, J.G.; ROMANTCHIK, E.: Fundamentos Teóricos y Análisis de Máquinas Agrícolas,
Ed. Universidad Autónoma Chapingo, primera edición ed. , vol. 1, pp.
456, ISBN-978-607-12-0532-2, Chapingo, Texcoco, México, 2018.
PARRA, M.; PORTILLA, D.: Estudio de las Propiedades mecánicas del sistema Óseo, Tesis (en opción al título de Ingeniero), Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería, Bogotá, Colombia, 1987.
RAMOS, C.N.F.: Aprovechamiento del desecho de huesos de res para la obtención de harina de hueso en la fábrica Federer, Tesis (en opción al título de Ingeniero), Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador, 2010.
WALPOLE, R.E.; MYERS, R.H.; MYERS, S.L.: Probabilidad y estadística para ingenieros, Ed. Pearson educación, ISBN-970-17-0264-6, México D.F., 1999.
WALPOLE, R.E.; TEVES DE ALMEIDA, R.H.; MYERS, S.L.; YE, K.: Probabilidad y estadística para ingeniería y ciencias, Ed. Pearson educación, vol. 162, México D.F., 2012.
NOTES
La
mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales
específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún
compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni
por el editor.
ARTÍCULO ORIGINAL
Evaluación de dos molinos para triturado de desechos de vacunos para la alimentación de cerdos
iDMSc. Irania Quevedo HerreroIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
iDDr.C. Pablo M. Hernández AlfonsoIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
MSc. Cristhian José CaricoIIUniversidad Politécnica Tecnológica “José Antonio Anzoategui” (UPTJAA), El Tigre, Anzoátegui, Venezuela.
iDMSc. Vilma Toledo DiepaIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
iDDr.C. Jorge García CoronadoIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
IUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
IIUniversidad Politécnica Tecnológica “José Antonio Anzoategui” (UPTJAA), El Tigre, Anzoátegui, Venezuela.
*Author for correspondence: Irania Quevedo Herrero, e-mail: iraniaq@unah.edu.cu
RESUMEN
La
producción de cerdos en Venezuela se ha visto afectada por los altos
costos de los alimentos concentrados. Una alternativa para disminuir los
costos de producción en la alimentación de cerdos es el uso de huesos
de ganado vacuno, por su alto contenido de proteínas y otras propiedades
que conllevan a una buena alimentación en el proceso de engorde de
cerdos. Se realizó la evaluación de los órganos de trabajo de dos
molinos en el triturado de huesos de ganado vacuno determinándose la
calidad de triturado y consumo energético. Fueron determinadas la
granulometría y la energía de impacto en el péndulo Sharpy. Se aplicó un
diseño experimental tipo factorial 23, curvas de
dispersiones y barras de Pareto. Como variables controladas se tuvo el
tipo de molino, masa húmeda y tipo de hueso y como variables respuestas
la masa tamizada, tiempo de molienda, revoluciones del motor y humedad.
Se determinaron las propiedades físicas y mecánicas, así como, longitud,
masa seca, masa húmeda, fuerza y esfuerzo. Se compararon los molinos de
dedos y sufrideras y de martillo en cuanto a calidad de triturado y
consumo energético. Se determinó que el molino de martillo tiene mayor
eficiencia.
Palabras clave:
molino martillo; molino de dedos y sufrideras; péndulo Sharpy.
INTRODUCCIÓN
La alimentación del ganado porcino constituye un problema extremadamente serio según Campabadal (2009)CAMPABADAL, C.: Guía técnica para alimentación de cerdos, 46pp., San José, Costa Rica, 2009. ,
si se tiene en cuenta que el cerdo realiza una impecable competencia
con el hombre debido a que su alimentación tradicional consiste en
cereales y otros productos de consumo humano y que desde el punto de
vista proteico sus requerimientos son de 5 a 8 veces superior que en el
hombre. (Iglesias & Soto, 1987IGLESIAS, C.C.E.; SOTO, W.: Mecanización de los Procesos Pecuarios, Ed. Departamento de Ediciones del ISCAH, ENPES, San José de las Lajas, Habana, Cuba, 1987. ; Martínez, 2011MARTÍNEZ, C.: Libro de Instalaciones Agropecuarias, Ed. UCLV, Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2011. ).
Debido al incremento de las necesidades alimentarías en la población en
cuanto a huevo, carne y leche, se quiere que la nutrición de los
animales de explotación, no solo dependa de fuentes vegetales sino
también de subproductos de animales (BPFA-ICA, 2020BPFA-ICA: Buenas prácticas en la fabricación de alimentos para animales en Colombia, Instituto Colombiano Agropecuario, Grupo de Regulación Y Control de Alimentos para Animales, Bogotá D.C., Colombia, 2020. ; FAO e IFIF, 2016FAO E IFIF: Buenas prácticas para la industria de piensos-Implementación del Código de Prácticas Sobre Buena Alimentación Animal, Ed. FAO, Roma. Italia, 2016. ; Keene et al., 2005KEENE, B.; KNOWLTON, K.; WILSON, J.; MCGILLIARD, M.; HOLTAWAY, C.: ¨Bone breaking strength in mature dairy cows¨, Transactions of the ASAE, ISSN-2151-0032, e-ISSN: 2151-0040, 48(4): 1637-1643, 2005. ; Uribe et al., 2011URIBE, F.; ZULUAGA, A.F.; RODONI, L.M.; ANDERSON, E.; OCHOA, L.M.: Buenas prácticas ganaderas, Ed. Gef, Banco MundiaL, Fedegán, Cipav, Fondo Accion, TNC, ISBN-958-8498-36-8, 2011. ). Las industrias avícola y porcina son los principales consumidores de harina de carne y hueso (Hamilton y Kirstein, 1996HAMILTON, R.; KIRSTEIN, D.: Harina de carne y hueso. Una fuente valiosa de nutrientes en las dietas de animales y aves de corral, Compañía de Litografia Kirbi, USA, 1996. ).
Para obtener un alimento de calidad es necesario observar una serie de
exigencias zootécnicas que deben tenerse presentes a la hora de someter
un material al proceso de trituración, fundamentalmente en lo
relacionado con el tamaño de la partícula (Buitrago et al., 2004BUITRAGO,
G.V.; LÓPEZ, A.P.; CORONADO, A.P.; OSORNO, F.L.: ¨Determination of
physical characteristics and mechanical properties of potatoes
cultivated in Columbia¨, Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, ISSN-1415-4366, 8(1): 102-110, 2004. ; Careeta, 2013CAREETA, R.: ¨Novel method to analyze post-yield mechanical properties at trabecular bone tissue level¨, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 20(13), 2013. ; Covenin 1882-83: 83, 1983COVENIN 1882-83: 83: Alimento Complemento para Cerdos, Normas venezolanas, Caracas, Venezuela, 1983. ; Parra & Portilla, 1987PARRA, M.; PORTILLA, D.: Estudio de las Propiedades mecánicas del sistema Óseo, Tesis (en opción al título de Ingeniero), Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería, Bogotá, Colombia, 1987. ). Un método factible para la obtención de estas harinas es a través de la utilización de molinos (Martínez, 2007MARTÍNEZ, C.: Datos del molino de martillo para el análisis experimental, Universidad Central de las Villas (UCLV), Santa Clara, Villa Clara, Cuba, 2007. ; 2009MARTÍNEZ, J.: Diseño y Construcción de un prototipo de trituradora de desperdicios domésticos orgánicos, Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias), Instituto Politécnico Nacional, México, 2009. ; Paneque, 1988PANEQUE, R.P.: Transportadores en la Agricultura, Ed. Departamento de Ediciones del ISCAH, ENPES, primera ed. , pp. 276, San José de las Lajas, Habana, Cuba, 1988. ; Paneque et al., 2018PANEQUE, R.P.; LÓPEZ, G.; MAYANS, P.; MUÑOZ, F.; GAYTÁN, J.G.; ROMANTCHIK, E.: Fundamentos Teóricos y Análisis de Máquinas Agrícolas,
Ed. Universidad Autónoma Chapingo, primera edición ed. , vol. 1, pp.
456, ISBN-978-607-12-0532-2, Chapingo, Texcoco, México, 2018. ).
Por ello el presente trabajo tiene como objetivo evaluar los regímenes
de trabajo de los molinos de martillo y el de dedos y sufrideras durante
la obtención de harina de hueso de ganado vacuno para la alimentación
de cerdos, con un uso racional de la energía eléctrica en los mismos y
obteniendo una harina que cumpla con las exigencias zootécnicas.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se seleccionaron como materia prima dos tipos de huesos, escápula y
fémur, ya que reúnen las condiciones geométricas para garantizar su
dimensionamiento de forma más confiable y se utilizaron el molino de
martillo y el molino de dedos y sufrideras (Chirino, 1980CHIRINO, L.: Proyecto
de complejo mecanizado para la ceba de 45 mil cerdos en base a residuos
alimenticios y diseño de una trituradora de martillos, Tesis (en
opción al título de Ingeniero), Instituto Superior de Ciencias
Agropecuarias de La Habana (ISCAH), San José de las Lajas, Habana, Cuba,
1980. ; Castillo, 2011CASTILLO, D.L.J.: Proyecto
de factibilidad de la instalación de una planta procesadora de grasa
animal y harina de carne y hueso para grupo El Tunal, Universidad Centro Occidental, Barquisimeto, Venezuela, 2011. ).
Los huesos provienen de dos pequeñas industrias cárnicas de la zona
(Bodegón el Destete y Bodegón Doña África), ubicadas en la ciudad de El
Tigre, estado Anzoátegui, Venezuela.
Las propiedades físicas y
mecánicas de los huesos a considerar en la evaluación de los órganos de
trabajo de los molinos fueron:
Propiedades físicas: humedad, masa, longitud, diámetro y densidad.
Propiedades mecánicas: energía absorbida en impacto (fuerza y esfuerzo).
El procedimiento de molinado se realizó en el Taller del
Galpón 4, perteneciente al Programa Nacional de Formación en Mecánica
(PNF-Mecánica) de la UPTJAA, el cual presenta un área de 1 500 m2, estando equipado con máquinas y equipos necesarios para impartir la docencia.
En
las pruebas realizadas a los huesos de escápula y de fémur se
consideraron las condiciones de experimentos, tomándose diferentes
imágenes fotográficas, con sus respectivas dimensiones con el objeto de
caracterizar:
a.)
Condición natural, en esta se distinguen en los huesos de escápula el
color blanco, forma maciza con geometría casi trapezoidal y los huesos
de fémur de color blanco claro.y forma cilíndrica hueca alargada, con
masa humeda blanda en su interior.
b.) Condición troceada (trozos de aproximadamente entre 10 y 12 cm).
c.) Condición molida, para apreciar en las harinas de hueso su coloración y granulometría (Ramos, 2010RAMOS, C.N.F.: Aprovechamiento del desecho de huesos de res para la obtención de harina de hueso en la fábrica Federer, Tesis (en opción al título de Ingeniero), Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador, 2010. ).
El molino de martillos DPM 4, fabricado en Brasil, se
encuentra ubicado en el Taller del Galpón 4, perteneciente al Programa
Nacional de Formación en Mecánica de la UPTJAA. Es una máquina
estacionaria, utilizada para moler principalmente granos, activado por
medio de un motor eléctrico trifásico que se enciende de forma manual y
tiene las siguientes características: potencia 8 kW, voltaje 220 V,
corriente nominal 15,7 A, velocidad nominal de 3 300 rpm (frecuencia de
rotación), presenta 24 martillos, diámetro del tambor de 0,293 m, largo
del tambor 0.095 m, largo del martillo 0,115 m, ancho del martillo 0,042
m y grosor del martillo de 0,005 m. cabe destacar que debido a la falta
del motor original de este molino, se trabajó con un motor de 4 kW de
potencia y 1 790 rpm.
La herramienta u órgano de trabajo consta de
martillo (móvil) y cuchillas (fijas), que actúan impactando la materia
prima cortándola sucesivamente en trozos más pequeños hasta obtener la
correspondiente granulometría de la harina.
El molino de dedos y
sufrideras marca CADELMA, fabricado en Maracaibo, Venezuela, se
encuentra ubicado en el mismo lugar y es una máquina estacionaria que se
utiliza para moler principalmente granos, es activado por medio de un
motor eléctrico trifásico que es encendido por el operador de forma
manual y tiene las siguientes características: potencia 4 kW, voltaje
220 V, corriente nominal 15,7 A, velocidad nominal de 1 790 rpm
(frecuencia de rotación), presenta 3 paletas de acero en forma de manos
con 0,15 m de alto, 0,8 m de ancho y 0,01 m de espesor, diámetro del
tambor de 0,34 m, largo del tambor 0,14 m. La herramienta u órgano de
trabajo consta de paletas en forma de dedos y cuchillas fijas que cortan
el material antes de triturarlo.
Ambos molinos trabajan con un
motor cuya potencia está por debajo de los requerimientos técnicos
establecidos por los fabricantes (15 kW)
Para obtener la harina a partir de la materia prima seleccionada, se realizaron los siguientes pasos:
Recepción de la materia prima: Los huesos usados se picaron en tamaños de diferentes medidas (aleatorias) para poder ser procesados por los molinos.
Almacenamiento:
La materia prima fue transportada hasta el Galpón cuatro perteneciente
al Departamento de Ingeniería Mecánica de la UPTJAA, donde fue
almacenada para posteriormente proceder a realizar los experimentos.
Pesado y embolsado en masas:
Los trozos de huesos picados fueron pesados en muestras de masas de 1,
2, 3, 4 y 5 kg (tres porciones o muestras por cada kg de masa pesada
respectivamente), siendo embolsadas posteriormente.
Molienda:
Cumplido la distribución de las muestras (pesado y embolsado), se
procedió a moler en ambos molinos en las mismas condiciones de peso y
potencia del motor (4kW) en el mismo orden de pesaje.
Proceso de secado:
Las muestras de huesos molidos, fueron sometidas a un secado a
convección libre o natural, por un lapso de sesenta y siete (67) días.
Tamizado: Transcurrido el proceso de secado, se procedió a tamizar la materia molida en los tamices de 4, 2 y 1 mm.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Análisis de las propiedades físico mecánicas de los huesos de ganado vacuno para su trituración.
En las Tablas 1 y 2
se muestran las medidas de masa, longitud, espesor y diámetros de los
huesos de ganado vacuno escápula y fémur, con sus respectivos promedios;
mientras que en la Tabla 3 se muestran los modelos de funciones: exponencial, lineal, logarítmica, polinómica orden 2 y potencial (Walpole et al., 1999WALPOLE, R.E.; MYERS, R.H.; MYERS, S.L.: Probabilidad y estadística para ingenieros, Ed. Pearson educación, ISBN-970-17-0264-6, México D.F., 1999. ; 2012WALPOLE, R.E.; TEVES DE ALMEIDA, R.H.; MYERS, S.L.; YE, K.: Probabilidad y estadística para ingeniería y ciencias, Ed. Pearson educación, vol. 162, México D.F., 2012.).
TABLA 1.
Medidas de los huesos de escápula
Hueso
Muestra
Masa (g)
Longitud (mm)
Espesor (mm)
Promedio (mm)
m
L1
L2
e1
e2
e3
Longitud
Espesor
Escápula
1
730
370
400
17,3
10,9
5,2
385
11,1
2
750
350
390
19,9
9,8
4,6
370
11,4
3
750
370
395
19,7
13,9
6,8
382
13,5
4
780
370
380
19,0
13,5
7,2
375
13,2
5
1050
385
400
27,4
18,6
7,0
392
17,7
6
900
370
380
19,7
12,7
8,0
375
13,5
7
800
370
400
19,6
13,1
5,5
385
12,7
8
800
380
400
21,9
13,0
7,0
390
14,0
9
1180
380
420
24
16,6
9,4
400
16,7
TABLA 2.
Medidas de los huesos de fémur
Hueso
Muestra
Masa (g)
Longitud (mm)
Diámetro (mm)
Promedio (mm)
m
L1
L2
L3
D1
D2
D3
Longitud
Diámetro
Fémur
1
1700
370
350
390
51,6
10,9
49,05
370
47,4
2
2070
350
380
410
56
9,8
51,2
396,7
50
3
2030
370
370
410
56,85
13,9
51,2
390
50,3
4
2070
370
340
400
58,2
13,5
52,9
366,7
51,5
5
1850
385
360
400
56,1
18,6
52,7
380
50,6
6
1970
370
340
390
19,7
12,7
52,9
363,3
52,1
7
1770
370
360
400
19,6
13,1
54,9
380
48,9
8
1850
380
350
380
21,9
13,0
55
363,3
49,4
9
2400
380
360
420
24
16,6
57,05
390
54,3
TABLA 3.
Modelos de Funciones, requerimiento estadístico de correlación R2
Modelos
Hueso-Requerimientos-Medidas
a) Escápula
b) Fémur
Funciones
Longitud
Espesor
Longitud
Diámetro
R2
%
R2
%
R2
%
R2
%
Exponencial
0,4721
47,21
0,7541
75,41
0,2168
21,68
0,7726
77,26
Lineal
0,4810
48,10
0,7762
77,62
0,2205
22,05
0,7776
77,76
Logarítmica
0,4600
46,00
0,7923
79,23
0,2163
21,63
0,7797
77,97
Polinómica de Orden 2
0,5395
53,95
0,8128
81,28
0,2234
22,34
0,7786
77,86
Potencial
0,4516
45,16
0,7780
77,80
0,2124
21,24
0,7720
77,20
De acuerdo a los datos obtenidos en las Tablas 1 y 2,
se puede observar que, para el hueso de escápula, el espesor posee
mejores condiciones en cuanto a la posición para el ensayo de impacto en
el péndulo Sharpy.
Por otra parte, para el hueso fémur, la mejor
posición para el ensayo de impacto es el diámetro en comparación con la
longitud en el péndulo Sharpy.
Análisis de los parámetros operacionales en función de la calidad del triturado.
En la Tabla 4 se muestran los parámetros operacionales de los molinos de dedos y sufrideras y de martillo.
TABLA 4.
Matriz de parámetros operacionales del molino de dedos y sufrideras y molino de martillo
N° Pruebas
Molino de dedos y sufrideras Molino de martillo
Masa inicial (kg)
Hueso
Tiempo molido (s)
Granulometrías a 67 días
Tiempo molido(s)
Granulometrías a 67 días
1 mm
2 mm
4 mm
1 mm
2 mm
4 mm
1
1000
fémur
120,23
0
0
100
60,15
0
50
200
2
1000
escápula
120,5
0
50
50
45,65
25
100
300
1
2000
fémur
180,49
0
50
150
60,57
50
150
400
2
2000
escápula
240,12
50
100
400
60,2
50
150
500
1
3000
fémur
300,42
0
50
200
120,46
50
200
500
2
3000
escápula
360,47
100
200
700
120,42
100
200
700
1
4000
fémur
480,36
50
200
600
120,5
50
250
800
2
4000
escápula
540,18
100
300
900
120,59
150
400
1100
1
5000
fémur
660,45
100
300
800
240,01
150
400
1200
2
5000
escápula
900,12
150
400
1200
125,56
150
500
1500
Fuente. Los autores
En la Figura 1
se muestran las medidas (longitud, espesor y diámetro) contra masa de
los huesos (escápula y fémur). De acuerdo a los datos obtenidos en la Figura 1,
se puede observar que, para el hueso de escápula, el espesor posee
mejores condiciones en cuanto a la posición para el ensayo de impacto en
el péndulo Sharpy. Por otra parte, para el hueso fémur, la mejor
posición para el ensayo de impacto es el diámetro en comparación con la
longitud en el péndulo Sharpy.
FIGURA 1.
Medidas (longitud, espesor y diámetro) contra masa de los huesos (escápula y fémur).
En la Figura 2
se muestra el comportamiento de la masa inicial en función del tiempo
del molino de dedos y sufrideras para determinar la masa luego del
proceso de molido y secado.
FIGURA 2.
Masa en función del tiempo del molino de dedos y sufrideras.
En la Figura 3
se muestra el comportamiento granulométrico del hueso de fémur y
escápula, para el molino de dedos y sufrideras luego de 67 días de
secado a convección libre usando tamices de 1, 2 y 4 mm. Se pudo
observar que para los tamices de 1 mm y 2 mm, la cantidad de masa fue
muy escasa.
Sin embargo para el hueso de fémur y el hueso de
escápula, usando el tamiz de 4 mm se observó que para el hueso de
escápula la cantidad de masa que pasó por el tamiz de 4 mm fue superior a
la cantidad de masa que pasó de hueso de fémur. Por lo tanto el hueso
de escápula es mejor para el tamizado en este tipo de molino.
En la Figura 3
se muestra el comportamiento de la masa inicial en función del tiempo
del molino de martillo para determinar la masa obtenida luego del
proceso de molido y secado.
FIGURA 3.
Masa inicial en función del tiempo del molino de martillo (Tabla 4).
Se observa en la Figura 3
el comportamiento granulométrico del hueso de fémur y escápula para el
molino de martillo luego de 67 días de secado a convección libre usando
tamices de 1, 2 y 4 mm. Se pudo observar que para los tamices de 1 y 2
mm, la cantidad de masa obtenida, fue muy escasa.
Sin embargo para
el hueso de fémur y el hueso de escápula, usando el tamiz de 4 mm se
observó que para el hueso de escápula la cantidad de masa que pasó por
el tamiz de 4 mm fue superior a la cantidad de masa que pasó de hueso de
fémur. Por lo tanto el molino de martillo también tiene mejor respuesta
en la trituración del hueso de escápula al obtenerse mayor cantidad de
masa final durante el tamizado.
Considerando los parámetros
operacionales de los molinos (de dedos y sufrideras y de martillo),
donde ambos trabajaron con un motor de 4 kW, y de acuerdo a las Figuras 2 y 3,
se pudo observar que el molino de martillo realizó el proceso de
trituración de los huesos en menor tiempo y con mayor cantidad de harina
pasada por la criba de 4 mm, siendo mejor el hueso de escápula.
Análisis de los parámetros operacionales en función del consumo de energía
En la Tabla 5
se establecen los parámetros operacionales del molino de dedos y
sufrideras y el molino de martillo para la determinación del consumo
energético.
TABLA 5.
Matriz de parámetros de consumo de energía del molino de dedos y sufrideras y molino de martillo
Nº pruebas
Parámetros para el molino de dedos y sufrideras
Parámetros para el molino de martillo
Hueso
Masa Molida (kg)
Intensidad (A)
Frecuencia de rotación [rpm]
Masa Molida (kg)
Intensidad (A)
[rpm]
Línea 1
Línea 2
Línea 3
Centro del Motor
Línea 1
Línea 2
Línea 3
Centro del Motor
1
fémur
750
14
16
15
1700
900
14,3
16
15
1775
2
escápula
850
14,8
15,2
16,3
1796
800
13
15,4
14
1720
1
fémur
1850
14,9
16,4
17
1700
1800
15
18
16
1782
2
escápula
1750
14
16
15,9
1750
1700
14
16
15,9
1760
1
fémur
2700
15,2
18
19,4
1720
2600
17,6
20,7
16
1749
2
escápula
2600
18,4
19
21,2
1780
2550
16
21,8
19
1730
1
fémur
3450
22,1
19,5
18
1740
3300
16,8
19,5
18
1780
2
escápula
3650
15
18,5
22,2
1790
3700
15,3
17
16,4
1745
1
fémur
4450
16,4
15,3
19,15
1760
4600
18,5
22,1
19
1765
2
escápula
4500
16,8
17
19
1785
4400
16
17,4
14,2
1748
Fuente. Los autores
En la Figura 4 se observa la variación de la intensidad en función a la masa procesada para el molino de dedos y sufrideras.
FIGURA 4.
Gráfico de la masa final y la intensidad del molino de dedos y sufrideras (Tabla 5).
Se observa en la Figura 4
que para el molino de dedos y sufrideras, el incremento de la
intensidad se reflejó en la línea 1 y la línea 2, para el hueso de fémur
en comparación con el hueso de escápula. Sin embargo en la línea 3 el
incremento de la intensidad se hizo presente en el hueso de escápula en
comparación al hueso de fémur, aunque esta diferencia no resultó
significativa.
En la Figura 5 se observa la variación de la intensidad en función a la masa procesada para el molino de martillo.
FIGURA 5.
Masa en función de la intensidad, molino de martillo (Tabla 5)
Se observa en la gráfica de la Figura 5
que para el molino de martillo el incremento en la intensidad para la
línea 1, se hizo presente con el hueso de fémur respecto al hueso de
escápula. Sin embargo para la línea 3, el incremento de la intensidad se
reflejó en el hueso de fémur, en comparación al hueso de escápula.
La
comparación del consumo eléctrico se determinó con los molinos de dedos
y sufrideras y el molino de martillo en operaciones de trabajo de
molienda de huesos de fémur y escápula, ya que la fuente motriz consumió
de forma trifásica (tres líneas de corriente), energía eléctrica
considerándose la conducta de este parámetro en las Figuras 4 y 5,
indicativo del consumo si disminuye o aumenta en este proceso de
trituración en función del tiempo. Resultando que el molino de dedos y
sufrideras consumió más energía eléctrica de acuerdo al aumento de la
intensidad ya que el contacto entre el órgano triturador y la materia
requirió más tiempo de molido debido a que tuvo menor rapidez haciendo
el proceso de triturado más lento.
Resultados
de la determinación de la productividad teórica (qt), real (qr) y
eficiencia (e) del molino de martillo y el molino de dedos y sufrideras
Molino de martillo: Teniendo las características de este molino y usando la ecuación representada en la Tabla 6 se obtuvo la productividad teórica del molino de martillo.
TABLA 6.
Productividad teórica del molino de martillo
k
Diámetro,(m)
Longitud, (m)
( densidad hueso, (kg/m3)
n, (rpm)
qt, (kg/s) qt=k∙D2∙L∙(∙n/60
(2,2∙10-4)
0,293
0,095
1900
1790
0,092
A partir de los datos y la ecuación qr=m/t (Cantidad
de masa procesada durante el trabajo de la máquina/tiempo de trabajo
limpio), se obtuvo la productividad real (qr) dando como resultado 0,028
kg/s para molino de martillo. Sustituyendo en la ecuación e = qr/qt, se
obtuvo la eficiencia del molino de martillo dando como resultado 0,30
(30%).
Molino de dedos y sufrideras: Teniendo las características de este molino y usando la ecuación de la Tabla 6 se obtuvo la productividad teórica del molino de dedos y sufrideras, representada en la Tabla 7.
TABLA 7.
Productividad teórica del molino de dedos y sufrideras
k
D,(m)
L, (m)
( densidad hueso (kg/m3)
n, (rpm)
qt, (kg/s)
(2,2∙10-4)
0,34
0,015
1900
1790
0,063
Usando la misma ecuación se obtuvo la productividad real
(qr) dando como resultado 0,0076 kg/s, para el molino de dedos y
sufrideras. De igual modo, se obtuvo la eficiencia (e), de molino de
dedos y sufrideras dando como resultado 0,12 (12%).
Determinación de la variante más racional del triturado de huesos en base a la calidad del triturado y el consumo de energía
Considerando
los parámetros operacionales estudiados (molino de dedos y sufrideras y
molino de martillo), al comparar la calidad de triturado y consumo
energético de los mismos, se determinó que el molino de martillo tiene
mayor eficiencia que el molino de dedos y sufrideras (30% para el molino
de martillo y 12% el de dedos y sufrideras), además la velocidad
desarrollada por el molino de martillo durante el proceso de molinado es
superior que el de dedos y sufrideras, lo cual permite la obtención de
partículas con una granulometría de la harina que cumple con la
exigencia zootécnica de los alimentos para cerdos. Ahora, con respecto
al consumo energético, el molino de dedos y sufrideras tuvo mayor
consumo de acuerdo al aumento de la intensidad de la corriente, ya que
el contacto entre el órgano triturador y la materia a procesar requirió
en la labor de molido más tiempo, debido a que hace el proceso de
triturado más lento y menos eficiente, por tener menor rapidez de
triturado.
CONCLUSIONES
En
la determinación de las propiedades físico- mecánicas se observó que el
hueso de escápula presenta mayor dureza que el de fémur por lo que
necesita de mayor esfuerzo durante el proceso de molinado, comportándose
el molino de martillo con mejor capacidad destructiva que el de dedos y
sufrideras.
El mayor consumo energético se observó con
el molino de dedos y sufrideras causado por el contacto entre el órgano
triturador y los huesos procesados, requiriendo un mayor tiempo en el
proceso de molido, siendo este menos eficiente y más lento que el molino
de martillos.
La productividad real del molino de
martillo resultó superior a la del molino de dedos y sufrideras durante
el proceso de molienda de los huesos de escápula y fémur, por lo que
para la obtención de harina de hueso resultó más eficiente el molino de
martillo con un 30%.
La calidad de la harina obtenida a
partir de la exigencia zootécnica establecida para la alimentación de
cerdos con alimentos concentrados obtuvo mejores resultados con el
molino de martillos.