¿Cuál es el contenido de humedad del producto extruido en una extrusora de escala de laboratorio y cómo controlarlo?

El contenido de humedad es un parámetro crítico en el proceso de extrusión, influyendo significativamente en la calidad, las propiedades y el rendimiento de los productos extruidos. Como proveedor de extrusores de escala de laboratorio, comprender el contenido de humedad de los productos extruidos y cómo controlarlo es esencial para nuestros clientes lograr resultados óptimos en su trabajo de investigación y desarrollo.

¿Cuál es el contenido de humedad del producto extruido?

El contenido de humedad de un producto extruido se refiere a la cantidad de agua presente en el producto, típicamente expresado como un porcentaje del peso total. Desempeña un papel vital en la determinación de las propiedades físicas y químicas del material extruido. Por ejemplo, en la industria alimentaria, el contenido de humedad afecta la textura, el estante, la vida y el sabor de los bocadillos extruidos. En la industria de los plásticos, puede afectar la resistencia mecánica, la estabilidad dimensional y las características de procesamiento de las piezas de plástico extruidas.

El contenido de humedad en un producto extruido puede variar ampliamente dependiendo de las materias primas utilizadas, los parámetros del proceso de extrusión y la aplicación prevista del producto final. Por ejemplo, en la producción de alimentos secos para mascotas, el contenido de humedad generalmente se mantiene relativamente bajo, alrededor del 8 - 12%, para garantizar la estabilidad de almacenamiento a largo plazo. Por otro lado, en algunos productos de pasta fresca, el contenido de humedad puede ser tan alto como 30 - 35% para mantener la textura suave y flexible deseada.

Factores que afectan el contenido de humedad de los productos extruidos

Materia prima

El contenido de humedad de las materias primas es el factor principal que influye en el contenido de humedad del producto extruido. Las diferentes materias primas tienen diferentes niveles de humedad inherentes. Por ejemplo, los granos pueden tener un contenido de humedad que varía del 10 al 15%, mientras que las frutas y verduras frescas pueden tener contenido de humedad por encima del 80%. Al formular la materia prima para su extrusión, es crucial medir y ajustar el contenido de humedad de las materias primas. Si las materias primas están demasiado secas, es posible que no formen una fusión homogénea durante la extrusión, lo que lleva a una mala calidad del producto. Por el contrario, si el contenido de humedad es demasiado alto, puede causar problemas como la espuma, las explosiones de vapor y la densidad inconsistente del producto.

Parámetros del proceso de extrusión

• Temperatura: La temperatura en el barril extrusor tiene un impacto significativo en el contenido de humedad del producto extruido. A medida que aumenta la temperatura, el agua en la materia prima se evapora más rápidamente. Durante la extrusión, las altas fuerzas de corte y las temperaturas elevadas hacen que el agua se convierta en vapor, que luego se expulsa de la extrusora a través del dado o respiraderos. Las temperaturas de extrusión más altas generalmente resultan en un menor contenido de humedad en el producto final.
• Velocidad del tornillo: La velocidad del tornillo afecta el tiempo de residencia del material en la extrusora. Una velocidad de tornillo más alta significa un tiempo de residencia más corto, que puede no permitir suficiente tiempo para que el agua se evapore. Como resultado, el producto extruido puede tener un mayor contenido de humedad. Por el contrario, una velocidad de tornillo más baja proporciona más tiempo para la evaporación del agua, lo que potencialmente reduce el contenido de humedad.
• Tasa de alimentación: La tasa de alimentación de las materias primas en el extrusor también influye en el contenido de humedad. Una velocidad de alimentación más alta puede conducir a un mayor contenido de humedad en el producto extruido porque la extrusora puede no tener suficiente tiempo para eliminar el agua del volumen mayor de material.

Medir el contenido de humedad de los productos extruidos

Existen varios métodos disponibles para medir el contenido de humedad de los productos extruidos.

HOVEN - Método de secado

Este es el método más tradicional y ampliamente utilizado. Se pesa una muestra del producto extruido, se coloca en un horno a una temperatura específica (generalmente alrededor de 105 ° C) durante un período establecido hasta que se logre un peso constante. La diferencia de peso antes y después del secado representa el contenido de humedad. La fórmula para calcular el contenido de humedad utilizando el método de secado del horno es:

[Humedad \ content (%) = \ frac {inicial \ peso - final \ weight} {inicial \ weight} \ times100]

Medidores de humedad

Los medidores de humedad son herramientas rápidas y convenientes para medir el contenido de humedad. Existen diferentes tipos de medidores de humedad, como medidores de humedad capacitivos y medidores de humedad infrarroja. Los medidores de humedad capacitivos miden la constante dieléctrica del material, que está relacionada con su contenido de humedad. Los medidores de humedad infrarroja usan radiación infrarroja para calentar la muestra y medir la pérdida de peso debido a la evaporación.

Controlar el contenido de humedad de los productos extruidos

PRE - Tratamiento de materias primas

• El secado: Si las materias primas tienen un alto contenido de humedad, se pueden secar antes de la extrusión. Esto se puede hacer utilizando varios métodos de secado, como secado en aire caliente, secado al vacío o congelación de secado. Por ejemplo, en la producción de gránulos de plástico extruidos, la resina de plástico puede secarse en un secador desecante para reducir el contenido de humedad a un nivel aceptable.
• Adición de humedad: En algunos casos, las materias primas pueden estar demasiado secas y se debe agregar humedad. Esto se puede lograr rociando agua sobre las materias primas o utilizando un pre -acondicionador para mezclar las materias primas con vapor. En la industria alimentaria, por ejemplo, al extruir los productos de cereales, se puede agregar agua a la harina para ajustar el contenido de humedad de la masa.

Ajuste de parámetros del proceso de extrusión

• Control de temperatura: Al controlar cuidadosamente el perfil de temperatura a lo largo del barril extrusor, se puede regular el contenido de humedad del producto extruido. Para los productos que requieren un mayor contenido de humedad, la temperatura de extrusión se puede establecer relativamente baja para minimizar la evaporación del agua. Por el contrario, para los productos que necesitan estar secos, se puede usar una temperatura de extrusión más alta.
• Velocidad del tornillo y optimización de la velocidad de alimentación: Encontrar el equilibrio correcto entre la velocidad del tornillo y la velocidad de alimentación es crucial para el control de humedad. Una velocidad de tornillo más baja y una velocidad de alimentación moderada pueden proporcionar tiempo suficiente para la evaporación del agua, lo que resulta en un contenido de humedad más bajo. Sin embargo, esto debe optimizarse en función de las características específicas de las materias primas y la extrusora.

Post - tratamiento de extrusión

• El secado: Después de la extrusión, el producto se puede secar aún más para reducir el contenido de humedad al nivel deseado. Esto se puede hacer usando una secadora continua, como una secadora de cinturón o un secador de lecho fluidizado. En la producción de bocadillos extruidos, los productos recién extruyidos a menudo se pasan a través de una secadora para eliminar el exceso de humedad y mejorar la vida útil.
• Humidificación: En algunos casos, el producto extruido puede necesitar tener un cierto nivel de humedad para mantener su calidad. Por ejemplo, en la producción de algunas tabletas farmacéuticas, las tabletas pueden estar expuestas a un entorno controlado de humedad para evitar que se vuelvan demasiado secas y quebradizas.

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Referencias

• Guy, RC (2001). Principios de cocción de extrusión. CRC Press.
• Harper, JM (1981). Extrusión de alimentos. CRC Press.
• Mercier, C., Linko, P. y Harper, JM (eds.). (1989). Cocina de extrusión. Asociación Americana de Químicos de Cereales.