ISSN 2477-9105
Número 25 Vol.1 (2021)
63
DOI: 10.47187/perf.v1i25.117
La molienda es una operación unitaria ampliamente utilizada en la industria alimentaria para transformar
granos, vegetales y carnes, a productos con tamaño pequeño. En este sentido, en el presente trabajo se diseñó
y construyó un molino de martillos a pequeña escala con el objetivo de reducir el tamaño de zanahoria
deshidratada y así, obtener un alimento con valor agregado. Los parámetros del molino como fuerza, torque
y potencia se determinaron mediante cálculos teóricos, mientras que los parámetros operacionales como
coeficiente de molienda y rendimiento se determinaron mediante el proceso de molienda y tamizado de la
zanahoria. La fuerza necesaria del equipo para moler la zanahoria fue 5820 kg*m/s
2
, mientras que el torque
y potencia requerida por el motor para generar los cortes a través de los martillos fueron 34,92 kg*m
2
/s
2
y
989,28 kg*m
2
/s
3
, respectivamente. Un rendimiento del 90 % y un coeficiente de molienda de 10 permitió
reducir el diámetro de la zanahoria desde 5 cm hasta 0,5 cm. Estos resultados demuestran que el equipo
diseñado y construido en este trabajo permite reducir el tamaño de zanahoria deshidratada, proceso que da
valor agregado al alimento y que se podría consumir como un snack natural.
Palabras clave: Molienda, molino de martillos, snack, industria de alimentos.
Milling is a unit operation widely used in the food industry to turn grains, vegetables and meats
into small-sized products. In this context. In this sense, a small-scale hammer mill was designed
and built in order to reduce the size of dehydrated carrots and thus obtain a value-added food. Mill
parameters such as force, torque and power were determined by theoretical calculations, while ope-
rational parameters such as milling coefficient and performance were determined by the carrot mi-
lling and sieving process. The force required by the equipment to mill the carrot was 5820 kg*m/s2,
whereas the torque and power required by the motor to generate the cuts through the hammers were
34.92 kg*m2/s2 and 989.28 kg*m2/s3, respectively. A performance of 90 % and a milling coefficient
of 10 allowed to reduce the diameter of the carrot from 5 cm to 0.5 cm. These results show that the
equipment designed and built in this work allows to reduce the size of dehydrated carrot, a process
that gives added value to the food and could be consumed as a natural snack.
Keywords: Milling; hammer mill; snack; food industry.
MOLIENDA DE ZANAHORIA: UNA ESTRATEGIA PARA PRODUCIR
ALIMENTOS CON VALOR AGREGADO
Carrot milling: a strategy for value-added food production.
1
Cristian Patiño-Vidal* ,
1
Cristina Muñoz-Shugulí ,
2
Marcelo Patiño-Vidal ,
3
Jorge Ocampo-
Jiménez ,
2
Eduardo Muñoz-Jácome
1
Universidad de Santiago de Chile, Facultad Tecnológica, Departamento de Ciencia y Tecnología de
los Alimentos, Chile.
2
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica/ Facultad de Recursos Naturales,
Escuela de Ingeniería Industrial/ Escuela de Ingeniería Agronómica, Ecuador.
3
La Universal, Departamento de Mejora Continua, Ecuador
*cristian.patino@usach.cl
Fecha de recepción: 16-4-2021 Fecha de aceptación: 24-5-2021 Fecha de publicación: 29-06-2021
R
esumen
A
bstract
64
Patiño, Muñoz, Patiño, Ocampo, Muñoz
I. INTRODUCCIÓN
La molienda es una operación unitaria amplia-
mente utilizada en la industria minera, farma-
céutica, agricultura, papel y de alimentos, la
cual permite reducir el tamaño de piezas gran-
des a partículas pequeñas con un tamaño de-
nido, mediante la aplicación de golpes, presio-
nes de cizallamiento o corte (1–3). En el área de
los alimentos, esta técnica se ha utilizado desde
la antigüedad por los primeros homínidos que
utilizaban herramientas de piedra para cortar
principalmente granos, raíces y madera, hasta la
actualidad mediante el uso de máquinas indus-
triales que permiten obtener productos más ela-
borados como harinas, balanceados, alimentos
instantáneos, entre otros (4–6). Así, diferentes
equipos como quebrantadores, trituradoras, má-
quinas de corte y molinos, como el de martillos,
son los más utilizados en la industria para redu-
cir el tamaño de varios alimentos (7).
El molino de martillos es un equipo que contiene
un disco rotor compuesto por una serie de pe-
queñas piezas de corte denominados “martillos”
que giran a alta velocidad en el interior de una
carcasa cilíndrica, con la nalidad de romper o
trocear la alimentación o carga que ingresa por
la parte superior de dicha carcasa (8,9). El diseño
de este tipo de máquinas está determinado tanto
por las características del alimento a procesar ta-
les como tamaño inicial y nal, forma, friabilidad
o capacidad de ruptura, así como por las carac-
terísticas de operación requeridas por el equipo
como fuerza, torque, potencia, grado de desinte-
gración, entre otros (10,11). El uso del molino de
martillos en la industria de alimentos tiene una
gran presencia. Esto debido a que su aplicación
está involucrado en empresas multinacionales de
productos altamente comercializados como las
cervecerías, fábricas de harinas o piensos (12).
En estas empresas, la preferencia del molino de
martillos frente a otro tipo de máquinas como
el molino de piedra, molino de discos, molino
de cuchillas o molino de chorros se debe prin-
cipalmente a las ventajas que ofrece tales como:
i) la obtención de partículas con tamaños muy
homogéneos (13), ii) la capacidad de trabajar
con altas velocidades de alimentación (12), iii)
la capacidad de molienda continua con grandes
cantidades de alimento y altos rendimientos del
producto (14), y iv) el resguardo de las propie-
dades activas del alimento (15). De acuerdo con
esto, diversas investigaciones han centrado sus
objetivos en el diseño y construcción de este tipo
de molinos con potencial aplicación en alimen-
tos como el maíz o los cereales. Por ejemplo, Ata-
rama (2018) realizó la sistematización del dise-
ño de un molino de martillos con la nalidad de
producir harina a partir de granos de maíz (16).
Asimismo, Verdesoto (2015) reportó el diseño
de un molino de martillos con la capacidad de
procesar 250 kg/h de maíz para producir balan-
ceados en granjas avícolas (17). De igual manera,
Chávez y Ramos (2018) diseñaron un molino de
martillos con la nalidad de procesar 500 kg/h de
cereales y forraje (18).
Se puede evidenciar que los trabajos menciona-
dos solamente se enfocaron en la molienda de
granos para la producción de harinas y su pos-
terior consumo. Por esa razón, el diseño y cons-
trucción de un molino de martillos y su posterior
aplicación para la obtención de productos como
los snacks, es una estrategia que permitiría agre-
gar valor a diferentes alimentos.
Los snacks generalmente son alimentos que tie-
nen un gran valor comercial por su facilidad
de manipulación y consumo, pero un reducido
valor nutricional debido a su alto procesamien-
to (19,20). Sin embargo, en los últimos años la
mayoría de investigaciones se han enfocado en
la obtención de alimentos más nutritivos, fáci-
les de manipular y, sobre todo, mínimamente
procesados (21,22). De acuerdo con un análisis
realizado por ProChile, en el 2017 se estimó que
el mercado mundial de los snacks se encontraba
por encima de los 375.000 millones de dólares,
de los cuales el 50% de este valor correspondía a
la venta de snacks naturales y un 30% a la venta
de snacks orgánicos (23). Por lo tanto, como los
gustos y preferencias del consumidor se ha direc-
cionado a alimentos más naturales en los últimos
años, la zanahoria se constituiría en un alimento
de gran interés que podría ser usado para el desa-
rrollo de snacks naturales debido a su bajo costo
y alto valor nutritivo (24). La zanahoria (Daucus
carota L.) es uno de los alimentos más cultivados
y consumidos a nivel mundial. Según la platafor-
65
Patiño, Muñoz, Patiño, Ocampo, Muñoz
ma FAOSTAT de la Organización de las Naciones
Unidas para la Alimentación y la Agricultura, en
2016 se estimó una producción de 42,7 millones
de toneladas de zanahoria en el mundo (25), y
en varios estudios se describe que esta enorme
demanda se debe a su valor nutritivo (26).
Por otro lado, para el desarrollo de un snack a
partir de zanahoria, es necesario primero deshi-
dratar el alimento y posteriormente reducir su
tamaño, con el n de llevarlo a un formato versá-
til para el consumidor. Por ese motivo, el uso de
un molino de martillos constituye una excelente
alternativa, siendo necesario su diseño y cons-
trucción para la producción a pequeña escala.
Además, como el uso de este tipo de maquina-
ria podría inicialmente beneciar a pequeños y
medianos productores de zanahoria en Ecuador,
la presente investigación se inscribió dentro del
proyecto “Denición de alternativas producti-
vas ecosociales para el manejo sustentable de
la microcuenca del río Chimborazo”, ya que en
la parte baja de esta microcuenca, en las parro-
quias San Andrés, San Juan y Santiago de Cal-
pi, el cultivo de zanahoria ocupa una supercie
mayor a 100 hectáreas (27–29). De esta forma,
la producción de snacks naturales permitiría dar
valor agregado a este importante producto pri-
mario de la provincia de Chimborazo, y por otra
parte, se generaría emprendimientos sostenibles
con la capacidad de ser replicados en otras latitu-
des de la sierra ecuatoriana, donde el cultivo de
la zanahoria ocupa supercies mucho mayores,
incidiendo positivamente también en tres de las
prioridades más importantes de Ecuador tales
como: el cambio de la matriz productiva, el co-
mercio justo y la generación de empleo a través
del fomento del emprendimiento (30).
En base a estos antecedentes se ejecutó la pre-
sente investigación, con el objetivo de diseñar y
construir un molino de martillos a pequeña es-
cala que permita agregar valor al cultivo de zana-
horia cuando se reduce su tamaño.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
A. Materiales
Como materia prima se utilizó zanahoria Dau-
cus carota L. de la variedad Chantenay Red Core,
obtenida de los mercados populares “Mayorista”,
“La Condamine”, “San Alfonso” y “Dávalos” de la
ciudad de Riobamba en la provincia de Chimbo-
razo en Ecuador. Por otro lado, se utilizó acero
inoxidable AISI 304 L 2B como material de cons-
trucción del molino de martillos.
B. Obtención y preparación del material vegetal
Para la preparación de las muestras se siguió el
protocolo establecido por Beltrán y Veloz (2015)
(31). Las zanahorias se cortaron en rodajas de 2
cm de espesor y 5 cm de diámetro, se secaron a
65 °C durante 1 hora en un secador de bandejas
tipo armario y se pesaron periódicamente en una
balanza digital Radwag (WLC-6/A2, Polonia)
hasta obtener un peso constante. La muestra des-
hidratada (200 gramos) se almacenó en un am-
biente libre de humedad hasta su uso.
C. Datos teóricos del molino de martillos
Los cálculos de ingeniería requeridos para el di-
mensionamiento del molino de martillos se rea-
lizaron tomando en cuenta las siguientes consi-
deraciones:
• Una capacidad de molienda de zanahoria seca
de 10 kg/h, requerimiento de un equipo de baja
escala (32).
• Un diámetro nal de partícula de 5 cm, con el
n de facilitar la manipulación y consumo del
producto tipo snack por parte del consumidor.
•Una densidad del alimento de 1110 kg/m3, cal-
culada mediante el método de desplazamiento de
volumen.
De acuerdo con esta información, se establecie-
ron los datos teóricos para los martillos, tolva de
alimentación y motor del molino, los cuales se
muestran en la Tabla 1 y en las Figuras 1 y 2
Especicación técnica Unidad Valor
Distancia entre los martillos frontales m 0,006
Número de martillos - 16,00
Velocidad angular del motor Revoluciones
por segundo
28,33
Ancho de la tolva de alimentación m 0,150
Longitud de la tolva de alimentación m 0,250
Altura de la tolva de alimentación m 0,030
Tabla 1. Datos teóricos para el dimensionamiento del molino de martillos.
66
Figura 1. Vistas de diseño: A) superior, B) frontal, y C) 3D de un martillo
del molino.
Figura 2. Vistas de diseño: A) lateral, y B) interna del molino de martillos.
D. Cálculo de los parámetros teóricos y opera-
cionales del equipo
1) Parámetros teóricos
El área de entrada a cada martillo (A
e
) y el volu-
men de la tolva de alimentación (V
t
) para la zona
de alimentación se determinaron mediante las
ecuaciones 1 y 2, respectivamente.
A
e
= a*l (1)
V
t
= A*L*H (2)
Donde: a y l es el ancho y largo de cada martillo,
mientras que A, L y H es el ancho, largo y la altura
de la tolva de alimentación.
La fuerza requerida (F) del molino de martillos
basado en un esfuerzo de corte de un material
vegetal deshidratado σ
mv
=3x106 kg/m*s
2
se deter-
minó mediante la ecuación 3 (33).
F=A
e
*σ
mv
(3)
El torque (T) y potencia (W) requerido por el
motor del molino se calcularon mediante las
ecuaciones 4 y 5, respectivamente.
T=F*r (4)
W=T*ω (5)
Donde: r es la distancia entre los martillos fron-
tales y ω es la velocidad angular del motor.
2) Parámetros operacionales
Una vez diseñado el equipo mediante los cálcu-
los teóricos mencionados, se construyó un mo-
lino de martillos a pequeña escala. La zanahoria
deshidratada se molió durante 5 minutos en el
equipo, y se tamizó en tamices con luz de malla
de 1, 0,75 y 0,5 cm. Además, el producto neto (P
n
)
y porcentaje de rechazo (%R) se determinaron
mediante las ecuaciones 6 y 7, respectivamente.
P
n
=P
i
-P
nos
(6)
%R=P
f
/ P
n
(7)
Donde: P
i
es el peso inicial de la zanahoria con
un diámetro de 5 cm, P
nos
es el peso de la zana-
horia molida con un tamaño menor a 0,5 cm, y
P
f
es el peso nal de la zanahoria molida con un
tamaño igual a 0,5 cm.
Finalmente, el rendimiento y el coeciente de
molienda (∑) del molino de martillos se deter-
minaron mediante las ecuaciones 8 y 9, respec-
tivamente.
R= P
n
/ P
i
(8)
Σ= D
i
/ D
f
(9)
Donde: D
i
es el diámetro inicial y D
f
el diámetro
nal de la zanahoria molida.
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A. Parámetros teóricos del molino de martillos
La Tabla 2 muestra los parámetros teóricos cal-
culados para el dimensionamiento del molino de
martillos. Se obtuvo una carga máxima de zana-
horia deshidratada de 0,0011 m
3
(V
t
), y la fuerza
requerida por la máquina para romper el mate-
rial vegetal seco fue de 5820 kg*m/s
2
(N). A pesar
de que en la literatura existente no se evidencian
datos para la molienda de zanahoria, los datos
obtenidos se acercan a valores de fuerza reque-
ridos para otros alimentos. Por ejemplo, Chávez
y Ramos (2018) demostraron que una fuerza de
2087,2 N fue necesaria para romper cereal y fo-
rraje, mientras que Atarama (2018) calculó una
fuerza de 6633,79 N para romper granos de maíz
(16,18), en ambos casos con un molino de mar-
tillos. Es evidente que la fuerza que requiere un
molino para reducir el tamaño de un material
está estrechamente relacionada con el esfuerzo
de corte y las características propias de la mues-
tra, como la dureza. Rastogi et al. (2008) repor-
taron una dureza de aproximadamente 190 N
Patiño, Muñoz, Patiño, Ocampo, Muñoz
67
para zanahoria fresca (34). De acuerdo con ello,
se observa que la zanahoria aumentó signica-
tivamente su dureza luego de deshidratarse, ya
que se requirió una elevada fuerza para romper-
la. Este hecho está probablemente relacionado
al pretratamiento de secado de la zanahoria, en
donde las moléculas de agua que actúan como
plasticante son desplazadas, lo cual genera un
vegetal más duro (35). Sin embargo, el secado de
la zanahoria con temperaturas entre 60 y 70 °C
también produce un colapso en la estructura -
brilar, promoviendo un cambio en la viscosidad
local (interna) de la matriz (36), lo cual puede
generar un material vegetal menos fuerte que el
maíz (16).
Por otra parte, el torque y la potencia necesaria
del motor que permitiría girar los 16 martillos
para moler la zanahoria deshidratada fueron de
34,92 kg*m
2
/s
2
y 989,28 kg*m
2
/s
3
, respectiva-
mente. El torque es la fuerza necesaria que re-
quiere el motor del molino para hacer girar sus
componentes internos (16). En efecto, el torque
requerido por el motor de nuestro equipo es 2
veces menor respecto al de un molino de 32 mar-
tillos diseñado para producir harina de sorgo
(37). Así también, Atarama (2018) observó que
un incremento de 24 a 36 martillos en un moli-
no para procesar maíz produjo un aumento del
torque de 100 a 160 kg*m
2
/s
2
(16). Por otra parte,
altas cargas de alimentación en el equipo conlle-
van al uso de motores más potentes, y viceversa.
Al comparar la capacidad de molienda del mo-
lino de martillos para producir harina de sorgo
(173 kg/h) (37) respecto a la capacidad de nues-
tro molino (10 kg/h), se observa que la potencia
requerida para moler la zanahoria deshidratada
es 17 veces menor. En denitiva, tanto el torque
como la potencia requerida de un motor en un
molino de martillos se relacionan directamente
con el número de martillos y la capacidad de car-
ga, respectivamente.
Parámetro Unidad Valor
Área de entrada a cada martillo m
2
0,0019
Volumen de tolva de alimentación m
3
0,0011
Fuerza kg*m/s
2
5820,0
Torque kg*m
2
/s
2
34,920
Potencia kg*m
2
/s
3
989,28
Tabla 2. Parámetros teóricos calculados para el molino de martillos
B. Parámetros operacionales del molino de
martillos
Luego del proceso de molienda y tamizado, la
cantidad de producto con un tamaño mayor o
igual al deseado se dene como el producto neto
molido (P
n
), la relación entre la cantidad de pro-
ducto con el tamaño deseado (P
f
) y la cantidad
de producto neto molido se dene como el por-
centaje de rechazo (%R), y la cantidad de pro-
ducto con un tamaño menor al deseado se dene
como producto no (P
nos
) (38). En la presente
investigación, se diseñó y construyó un molino
de martillos con la capacidad de reducir el tama-
ño de zanahoria deshidratada a 0,5 cm. La Tabla
3 muestra los resultados de los parámetros ope-
racionales del equipo luego de procesar la zana-
horia. Posterior a los procesos de molienda y ta-
mizado de los 200 gramos de zanahoria, el valor
de P
f
y P
nos
fue 0,164 y 0,021 g, respectivamente.
De acuerdo con estos resultados, la cantidad de
P
n
obtenido fue de 0,179 g con un porcentaje de
rechazo del 91,62%, operando el molino de mar-
tillos con un rendimiento del 90%. Estos resulta-
dos evidenciaron que los parámetros de diseño
utilizados anteriormente permitieron construir
un molino de martillos altamente eciente para
reducir el diámetro de la zanahoria deshidratada
desde 5 cm a 0,5 cm.
Por otro lado, la relación entre los tamaños de
entrada y salida de las muestras durante el pro-
ceso de molienda se denomina como coecien-
te de molienda (∑), cuyo valor puede estar entre
2 y 15 (39). Valores cercanos a 2 indican que el
equipo no está cumpliendo con las especicacio-
nes de diseño, mientras que valores cercanos a
15 arman su correcto funcionamiento. La Tabla
3 muestra que se obtuvo un valor de ∑ igual a
10 luego del proceso de molienda de la zanaho-
ria deshidratada, demostrando que el molino de
martillos cumplió con las especicaciones inicia-
les establecidas en su diseño.
Parámetro Unidad Valor
Producto neto kg 0,179
Porcentaje de rechazo % 91,62
Rendimiento % 90,00
Coeciente de molienda - 10,00
Tabla 3. Parámetros operacionales del molino de martillos
Patiño, Muñoz, Patiño, Ocampo, Muñoz
68
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IV. CONCLUSIONES
Se diseñó y construyó un molino de martillos
a pequeña escala con la capacidad de reducir el
tamaño de zanahoria deshidratada desde 5 cm
hasta 0,5 cm. Un menor número de martillos y
una menor capacidad de molienda produjo que
los valores del torque y potencia requeridos por
el motor del equipo sean menores respecto a los
valores que se requieren en un motor de un moli-
no para producir harina de sorgo. El alto valor de
porcentaje de rechazo evidenció que el 91,62 %
del producto neto molido mantuvo un diámetro
de 0,5 cm, mientras que un rendimiento del 90
% demostró que el molino fue capaz de procesar
los 200 gramos de zanahoria deshidratada casi en
su totalidad.
VI. AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al Ing. Hannibal Brito
Moina y al Laboratorio de Operaciones Unitarias
de la Facultad de Ciencias de la Escuela Superior
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Patiño, Muñoz, Patiño, Ocampo, Muñoz
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