Artículos técnicos

The crushing of cereal grains has historically been accomplished through pressure and shearing. Approximately 27,000 years ago, grinding stones were first employed for this purpose. Utilizing an oscillating motion of the grinding stone against a stationary surface, the grain trapped in between could be effectively processed. In many subsequent developments, the principle of maintaining one grinding surface stationary while the other moves relative to it was preserved. This is achieved, for example, through a horizontal or vertical pair of disks, a cone with a counterpart, or a roll with an adjacent counter surface. In all these variations, the stationary mating surface doesn‘t actively engage in the grinding process; it primarily absorbs forces without undergoing movement. This paradigm shifted with the advent of roller grinding in the 18th century. The movement of the previously stationary counter surface was recognized to offer several advantages. By configuring it as two parallel, counter-rotating rolls operating at distinct speeds, pressure and shear could be precisely controlled as influential variables, independently and purposefully. This setup enabled enhancements such as increased throughput and desired selective grinding. Thanks to many other parameters, multi-stage, sophisticated grinding processes were developed. From the perspective of machine manufacturers, one aspect of roller grinding stands out: the „overdrive,“ which refers to the coupling of the two roll speeds. The technically straightforward design, consisting of two differently sized intermeshing spur gears at one end of the roll pair, represents an ingenious solution. In the configuration typical for grain roller mills, the slow roll must always be braked to maintain the desired speed ratio. However, if the grinding speed ratio remains constant, the considerable braking force applied to the slow roll can be efficiently transferred back to the fast roll via spur gears. In a typical roll pair, the fast roll is powered by an electric motor, which in turn drives the slow roll through the material in the grinding gap. The overdrive mechanism prevents the slow roll from reaching the speed of the fast roll and redirects the braking power back to the fast roll. Consequently, a significant amount of mechanical power is effectively circulated. Measurements indicate that the braking power on the slow roll is notably high in comparison to the power introduced into the roll assembly. On smooth passages, this braking power typically exceeds the grinding power by a considerable margin. Therefore, it is paramount that this excess power is efficiently transferred back to the fast roll. The rolls become tense due to the ground material and the overdrive. A torque ratio can be calculated from the measured torque on the rolls, which typically falls within a certain range under typical operating conditions for roller mills. The influences on this torque ratio are complex. The braking power is determined by the speed ratio and the above torque ratio: – The lower the speed of the slow roll compared to the fast roll, the lower the required braking power. – The greater the tension between the rolls, the greater the required braking power. Of course, the above does not address the effective grinding power, which is the power converted as the difference between the drive and braking power in the grinding gap. Pressure can be easily varied during operation by means of a variable grinding gap. Conversely, varying shear, generated by altering the speed ratio during operation, comes at a high cost. This can be achieved by feeding back the braking power with associated losses and/or through a technically complex machine design. As a result, the flexibility gained through a variable speed ratio has often been overlooked, optimized only for specific processes and kept constant for the majority of operations.. The comparison of the two passages indicates that the performance of the reduction passage surpasses that of the break passage, despite its lower grinding capacity. Of course, this also applies analogously to less heavily utilized passages. Nowadays, the simplest method to incorporate a variable speed ratio during operation is to equip each roll with its own motor and link the corresponding frequency converters in the intermediate circuit This individual roll drive can be configured as a direct drive or as a remote motor with belt drive. In such a system, the braking power from the generator-driven motor of the slow roll is dissipated from the system and reintroduced via the motor on the fast roll. Consequently, the motor on the fast roll must be chosen considerably larger than in a roll package with a fixed speed ratio. In order to fully utilize the degree of freedom in a roll assembly with a single roll drive, the rated torques or rated power of the components must be sufficiently high. This aspect should not be underestimated. Conversely, there is no need to worry about the generally unknown power flow with fixed overdrive. If the power transmission from the fast roll to the product to the slow roll is high, then the overdrive power is high, resulting in more power being circulated. This does not impact the required drive power and the typical assumptions for power requirements (kW per t/h) used in calculations. However, this is not the case with the single roller drive. The intricate power transmission in the grinding gap directly affects the required drive and braking power and the selection of component sizes, as the power must be entirely extracted and reintroduced electrically into the assembly. Incorrect drive and braking power can result in reduced throughput, the need to decrease grinding work, or the inability to maintain the optimal speed ratio for the process. In a grain mill, there are numerous break and reduction passages where a variable speed ratio during operation may not be beneficial. However, variability can be advantageous for specific passages to enable the production of specialized products. For instance, this could include a grist passage where, in extreme cases, the fluting position (back/back to cutting edge/cutting edge) is changed, or a smooth passage where a notably high shear is desired with a high-speed ratio. Energy efficiency can be achieved through the optimization of the mill diagram and the use of energy-efficient machinery. The recovery of energy, which must first be added to a system, leads to poorer energy efficiency. The power losses are greater with individual roller drive, as energy recovery for this application is not energy efficient. If the variability of the speed ratio is required for the production of special products, this can be easily implemented for selected passages with individually assigned motors. The technical simplicity and high efficiency of the traditional belt drive transmission are advantageous for an energy-efficient roller mill. In combination with modern product level control and feeding, as well as precise adjustment and stability of the grinding gap through robust roll packages, an overall energy-efficient milling process can be achieved. For technical systems, only the required energy in a suitable form should generally be supplied for optimal energy efficiency. The trend towards process optimization with sustainable machines in the milling industry not only saves costs and supports millers in their work. Innovativesolutions optimize energy-efficient and food safe processes and thus the work of the operating personnel.

En la industria molinera, la información se almacena cada vez más en formato digital y se pone a disposición del tratamiento electrónico de datos. Las distorsiones y los costes son menores cuando la humedad, el flujo de masa, el peso y la densidad se miden en un punto en tiempo real y se procesan digitalmente. En los procesos operativos de una fábrica, la digitalización permite aumentar la eficiencia y, por tanto, mejorar su rentabilidad. Los datos generados en forma digital con los sistemas de medición multifuncionales también son adecuados para optimizar la calidad y los procesos en línea. Por ejemplo, midiendo el flujo de masa, la densidad y la humedad de los copos de avena, se pueden optimizar y automatizar los procesos de producción con sistemas electrónicos de procesamiento de datos. Los procesos de producción pueden optimizarse y automatizarse con sistemas de procesamiento electrónico de datos. Para garantizar una calidad constante de los productos finales, los parámetros de laminado de copos y secado también deben controlarse continuamente y corregirse si es necesario. Los datos generados también se utilizan en forma digital para la dosificación de mezclas de granos con controladores de cantidad, mejorando así la precisión de la dosificación. Las mediciones de varios componentes de fuerza y las mediciones de vibración de los sistemas de placas de impacto permiten una mezcla óptima de los tipos de granos mediante el procesamiento electrónico de datos. El núcleo de las básculas, los controladores de flujo y los microalimentadores para la industria molinera es el sistema de control. Los controles modernos de las básculas están equipados con pantallas táctiles, son muy robustos, fáciles de usar y fiables. Los módulos del servidor web para las soluciones en la nube y el mantenimiento remoto permiten un acceso y uso óptimos de los datos para el cálculo del rendimiento, la trazabilidad de los productos y el inventario. Las básculas pueden funcionar de forma autónoma o conectarse a sistemas de control de planta y ERP de nivel superior. Para ello se utilizan los módulos de bus de campo ProfiNet y EtherNet/IP basados en Ethernet o la interfaz Profibus y RS 485. En caso de corte de corriente, las básculas se cierran de forma controlada y todos los datos se guardan en el sistema de control. En muchas fábricas, se instalan básculas con controles de 20 a 30 años de antigüedad. A menudo, las piezas de recambio ya no están disponibles y las interfaces están obsoletas. Los controles de las básculas pueden sustituirse fácilmente por un sistema de control moderno y los datos de producción pueden utilizarse de forma óptima. La tendencia a la optimización del proceso con sistemas de pesaje inteligentes en la industria molinera no sólo ahorra costes y apoya al molinero en su trabajo. Gracias a la digitalización y a una aplicación sensata de las posibilidades técnicas, se abren nuevas oportunidades para la adquisición de datos y la regulación de procesos, facilitando así el trabajo del personal de explotación.

El diseño de la estrategia y transformación digital es individual para cada empresa del sector de la molinería. El requisito previo para aplicar con éxito la estrategia digital es una planificación detallada de la hoja de ruta y las medidas necesarias. Toda estrategia digital sin operacionalización es ineficaz. En los procesos operativos de una empresa de molinería, la digitalización permite aumentar la eficiencia y, por tanto, mejorar su rentabilidad. La información se almacena cada vez más en formato digital y se pone a disposición del tratamiento electrónico de datos. El control interno del proceso mediante mediciones precisas del peso ha ganado en importancia. Los procesos de producción y la calidad esperada del producto definen la precisión requerida y las variables medidas para la supervisión del proceso y la garantía de calidad. Los datos generados en forma digital con los sistemas de pesaje compatibles con IoT también son adecuados para optimizar la calidad y los procesos en línea. Las adaptaciones de los controles permiten la conectividad y prolongan la vida útil de las máquinas. Las generaciones de control anticuadas carecen de conectividad con un bus de campo o de la capacidad de conectarse a Internet para aprovechar las ventajas del mantenimiento remoto y las soluciones en la nube. Para que la digitalización tenga sentido, los datos deben ser accesibles y de libre uso. Las soluciones en la nube y el mantenimiento remoto permiten un acceso y un uso óptimos de los datos para el control de los procesos internos y la trazabilidad de los productos. Los modernos controles de las balanzas están equipados con un módulo de servidor web y una pantalla táctil, robustos y fiables. La operatividad de la estrategia digital en la industria molinera requiere una conectividad adecuada para el IoT, las soluciones en la nube y el mantenimiento remoto. Los reequipamientos de control de los sistemas de pesaje prolongan la vida útil de las máquinas de forma económica y permiten que los datos digitales sean de libre acceso para el procesamiento electrónico de datos.

Agua, malta y lúpulo son los ingredientes básicos de la cerveza. El agua es la base, la malta aporta la fuerza y el lúpulo el aroma. El lúpulo es la más cara de las tres materias primas. ¿Por qué es tan importante el lúpulo en la cerveza? Los ingredientes aportan un sabor picante-amargo, agrio o incluso afrutado y también tienen un efecto calmante, conservador y estabilizador de la espuma. El lúpulo es una planta trepadora y pertenece a un género de plantas de la familia del cáñamo. Las plantas femeninas producen valiosas umbelas que contienen resinas y aceites esenciales y dan sabor y aroma a la cerveza. En Suiza, en el pueblo de Appenzell, justo al pie del Alpstein, la familia Locher elabora una cerveza muy especial. Según recetas precisas, con lúpulo y malta, y agua fresca del legendario Alpstein, directamente de la fuente. Esto hace que la cerveza Appenzeller sea especial e inconfundiblemente sabrosa. La quinta generación de la cervecería familiar crea nuevas variedades de cerveza. El espíritu innovador de esta cervecería especializada es la fuente de la enorme variedad y la alta calidad. La cerveza Appenzeller se exporta a Alemania, Inglaterra, Rusia, Canadá, Taiwán, Japón, Estados Unidos y Singapur, entre otros. En 2018, la start-up SWISCA AG fue fundada en Appenzell por expertos experimentados en el desarrollo, diseño y venta de equipos de producción para la producción de alimentos y la tecnología de pesaje. El enfoque en la calidad y la innovación es particularmente importante para SWISCA AG. Gracias a la mejor tecnología y a ingenieros experimentados, SWISCA AG realiza desarrollos de productos innovadores y plantas de producción para el mercado mundial. Para la producción de cervezas especiales, Appenzeller Brauerei y SWISCA AG han desarrollado conjuntamente un innovador sistema de pesaje para la dosificación precisa de los pellets de lúpulo. La consistencia de la tecnología del proceso garantiza la alta calidad del producto de las innovadoras variedades de cerveza. La combinación de excelentes habilidades cerveceras y una competente tecnología de pesaje fue posible gracias a la Nueva Política Regional (NRP) del gobierno federal, que apoya proyectos que refuerzan la innovación, la creación de valor y la competitividad en las regiones rurales de Suiza. La mitad de las ayudas financieras concedidas con cargo al Fondo de Desarrollo Regional son aportadas por el gobierno federal y la otra mitad por el cantón. El proyecto permitió ampliar la cadena de valor en el cantón de Appenzell Innerrhoden. Los portadores de la imagen y los productos de la región percibidos positivamente refuerzan la ubicación de la empresa. El proyecto contribuye a promover la tecnología punta, la digitalización y a asegurar puestos de trabajo atractivos en Appenzell.

El acondicionamineto del grano es un proceso de producción importante en un molino para apoyar condiciones de molienda uniformes y proporcionar la base para un rendimiento de molienda alto y constante. Humedecer el grano aporta dos importantes ventajas. En primer lugar, preparar el grano para obtener unas condiciones óptimas de molienda y, en segundo lugar, añadir agua para obtener un beneficio económico. Añadir agua al grano y templarlo hace que las capas de salvado sean duras y elásticas, y ablanda el endospermo. Esta es la condición óptima para separarlas lo más eficazmente posible durante la molienda. Para obtener el máximo beneficio del proceso de rociado, es importante que el agua se distribuya lo más uniformemente posible sobre la superficie del grano para que pueda penetrar uniformemente en el endospermo en las cámaras de templado. El rociado de agua es un proceso de producción tradicionalmente intensivo en energía y es fundamental en términos de higiene y, por tanto, de seguridad alimentaria. Además de los aspectos tecnológicos y económicos, las implicaciones microbiológicas también han cobrado importancia. Los requisitos para cumplir o superar las normas de seguridad alimentaria son cada vez más exigentes. Además de la medición en línea del rendimiento del producto, las básculas de dosificación diferencial se utilizan junto con otras mediciones constantes y precisas del grano, como la humedad, la densidad y la temperatura. Para obtener datos precisos del grano, necesarios para el proceso de molienda, es necesario medir la temperatura, la densidad y el contenido de humedad del producto. La medición del flujo de masa y de la humedad del producto depende de la densidad. Un innovador sistema de control permite calibrar fácilmente el sensor de humedad capacitivo y compararlo con precisión con los valores empíricos determinados en el laboratorio. Las básculas de dosificación diferencial con un innovador equipamiento adicional miden el flujo de masa y registran el peso total con una precisión aún mayor que los equipos convencionales. La tecnología de control y los algoritmos de pesaje más modernos procesan la medición después del deslizamiento de la dosificación, incluso cuando la báscula se rellena. Esta medición de impacto por gravedad adicional elimina las incertidumbres al rellenar la balanza y mejora la precisión de la medición en aproximadamente. Gracias a esta medición adicional, el sistema funciona siempre de forma gravimétrica, y la apertura de la corredera de dosificación puede controlarse y reajustarse continuamente. Las ventajas de la alta precisión y el proceso continuo de una báscula diferencial se combinan de forma óptima. La mayor precisión de la báscula es una ventaja para proporcionar unas condiciones de amortiguación constantes que permiten una adición de agua muy precisa. El regulador automático del flujo de líquido y la báscula de dosificación diferencial con el sistema de determinación de la humedad están óptimamente adaptados entre sí para una adición exacta de la cantidad de agua. La balanza dosificadora diferencial mide simultáneamente el caudal de producto y la humedad. El sistema de control calcula la cantidad de agua necesaria y controla con gran precisión el caudalímetro de líquido y la corredera de dosificación. La medición y el control continuos del flujo de masa, la humedad, la temperatura y el cálculo de la adición de agua necesaria con un sistema de pesaje multifuncional permiten un control eficaz del proceso. Las válvulas de control de alta calidad con posicionadores electromotores y almacenamiento de energía permiten un amplio rango de dosificación. La precisión de la cantidad de agua dosificada depende en gran medida de la calidad y la precisión del caudalímetro. Un filtro de agua correctamente diseñado es esencial para separar cualquier contaminación que pueda provocar el agua. El controlador automático de caudal de líquido también es adecuado para agua clorada (55°C, 600 ppm) o vapor y está fabricado con un diseño higiénico y de acero inoxidable. No se necesita ninguna unidad de control eléctrica adicional para medir el flujo de agua o el contenido de humedad en el grano. El rociado del grano durante la molienda es un proceso muy utilizado. Son posibles tasas de adición de agua de hasta el 7% con una abrasión y rotura mínimas del producto. En los molinos, la humectación del trigo es un punto de control crítico. La mayoría de las máquinas de humectación necesitan ser limpiadas regularmente. En cuanto se apaga la máquina, los gérmenes y las bacterias empiezan a crecer. Los efectos negativos son visibles y suelen provocar un olor característico. Si es necesario, el crecimiento bacteriano previsto puede confirmarse con los datos de las pruebas de laboratorio, que sirven de referencia. En el interior de los rociadores convencionales, la suciedad abrasiva y los gránulos residuales deben eliminarse manualmente para evitar o limitar la contaminación. Si el vaporizador no se utiliza durante un período de tiempo prolongado, no se puede excluir el riesgo de contaminación microbiológica del grano siguiente. Si este trigo contaminado entra en el molino, la harina producida a partir de él también tendrá un mayor número de gérmenes microbiológicos. Los innovadores sistemas de rociado minimizan el riesgo de contaminación y permiten la limpieza automática in situ (CIP). En algunas situaciones, es necesario añadir una cantidad muy pequeña de agua con una distribución uniforme en la superficie del grano. Esto puede ser un verdadero reto. En este caso, la máquina que se muestra a continuación puede ser la solución adecuada. Los requisitos de seguridad alimentaria son cada vez mayores y requieren soluciones de nueva generación para el acondicionamiento. Esta innovación en materia de humidificación, que ahorra recursos, moldea el flujo de grano en una cortina mediante una tolva de impacto y rejillas. El agua suministrada se atomiza en finas gotas a través de boquillas dispuestas radialmente en ambos lados. Estas gotas chocan con los granos que caen y se adhieren a la superficie. Si el proceso de producción lo permite, se realiza un ciclo de limpieza automático entre medias. Para una limpieza óptima de todo el interior, las boquillas de enjuague extensibles son accionadas por el medio de limpieza. Las aguas residuales del proceso de limpieza, así como la eliminación de los residuos recogidos, suelen estar automatizadas. La tendencia a la optimización de procesos con sistemas inteligentes en la industria molinera no sólo ahorra costes, sino que también ayuda a los molineros y mejora su excelencia operativa. Las soluciones de ahorro de energía con medición precisa del flujo de masa, la densidad y la humedad, la tecnología de adición de agua sanitaria, el proceso de humectación con uso eficiente de los recursos y la tecnología de limpieza in situ están diseñados para llevar su sistema de acondicionamiento de granos al siguiente nivel. Esta nueva generación de sistemas de gestión de la humedad es sostenible, requiere menos equipos y controles de planta, una cantidad de energía significativamente menor y supone un gran paso adelante para cumplir o superar las normas de seguridad alimentaria más estrictas.

Debido a la creciente automatización, cada vez se utilizan más sensores inteligentes para aplicaciones innovadoras en la industria molinera. Un grupo importante de sensores para el control de procesos son las sondas para la detección de niveles altos y bajos de tolvas y silos, la protección contra la acumulación, la supervisión del flujo, la medición del alcance y el seguimiento de la posición. Las soluciones de sensores de nivel más utilizadas son los sensores de nivel de paletas rotativas, las sondas de capacitancia y las varillas vibratorias en la industria molinera. Los sensores de nivel de paletas rotativas han demostrado su eficacia para la detección de límites de nivel en depósitos y silos para materiales a granel. Un motor hace girar continuamente una paleta rotatoria. Cuando esta paleta entra en contacto con el material, la fuerza que supera el par de rotación de la paleta detiene su movimiento circular. El interruptor de nivel detecta la parada de la rotación y emite una señal al sistema de control. Un sensor de nivel rotativo a prueba de fallos es una solución bien conocida para iniciar o detener un proceso crítico en la industria del grano. La medición de nivel capacitiva ha sido un método probado de medición de niveles durante décadas. El material a granel provoca un cambio de capacitancia en el sensor, que se convierte en una señal de conmutación. Con el cambio de productos, es necesaria una nueva calibración y con los productos de baja densidad aparente, no se produce la detección. Las sondas capacitivas también son sensibles a los depósitos de polvo. Las varillas vibrantes son llevadas a la frecuencia de resonancia por elementos piezocerámicos. Si el material a granel cubre el sensor, la amplitud se amortigua y se emite un mensaje. Estas sondas pueden utilizarse en diferentes posiciones de instalación y son más independientes de las características del producto. El progreso tecnológico en el desarrollo de sensores está avanzando. La tendencia en la medición de nivel en entornos con mucho polvo es hacia los sensores sin contacto y, en particular, la medición de distancia por radar. Radar es la abreviatura de "Radio Detection and Ranging", es decir, "localización y medición de distancias por radio". Esta tecnología se basa en las ondas electromagnéticas. Un dispositivo de radar emite una onda electromagnética concentrada, que es reflejada por los objetos en forma de eco y luego evaluada por el dispositivo según diversos criterios. La electrónica genera un impulso electromagnético cuando la onda choca con la superficie del material, parte de la energía se refleja. Esta llamada señal de eco es reconocida por el sensor y convertida en una indicación del nivel de llenado mediante la medición del tiempo de tránsito. El tiempo de tránsito es la diferencia de tiempo entre el pulso transmitido y la señal de eco recibida. Dado que la velocidad de propagación de una onda electromagnética en el medio portador, el aire, puede equipararse a la velocidad de la luz, esta sencilla relación puede utilizarse para calcular la distancia a la superficie del medio. El nivel puede medirse con precisión en entornos polvorientos utilizando la tecnología de radar. La tecnología de sensores basada en el radar puede proporcionar datos de distancia muy precisos, necesarios para aplicaciones como la detección precisa de objetos, la medición de distancias y el seguimiento de posiciones. A altas frecuencias de actualización, se puede lograr una resolución milimétrica. Sin embargo, al integrar la tecnología de radar en los diseños de productos inteligentes, los diseñadores de productos suelen verse obligados a elegir entre un bajo consumo de energía y una alta precisión. Los requisitos de precisión también aumentan con una potencia limitada, ya que esta tecnología es ventajosa con un presupuesto de energía reducido. SWISCA ha desarrollado una innovadora solución de medición de distancias para aplicaciones de fresado que combina la precisión de los métodos avanzados de radar coherente con los menores requisitos de potencia de los sistemas de radar pulsado. En los sistemas de radar pulsado se consigue un menor consumo de energía cuando el transmisor se apaga entre pulsos. Los sistemas convencionales de radar coherente transmiten una secuencia continua de pulsos y utilizan las mediciones precisas de fase de las señales de retorno. Esto requiere un alto consumo de energía y, en consecuencia, una mayor disipación de energía y componentes electrónicos más grandes. Con su resolución temporal de picosegundos, el sensor SWISCA es capaz de medir distancias con una precisión milimétrica en un rango de 100 mm a dos metros, a la vez que se utiliza en dispositivos de bajo consumo. Con los dispositivos de medición de nivel por radar, siempre está la cuestión del nivel de las frecuencias. Mientras que los sensores de radar sin contacto funcionan a altas frecuencias de hasta 130 GHz, la tecnología de microondas guiadas utiliza una frecuencia comparativamente baja de 1 GHz. En general, puede decirse que las frecuencias bajas son mucho menos susceptibles de sufrir interferencias relacionadas con el proceso, como la acumulación y el polvo. Al desarrollar el sensor de radar de SWISCA, los desarrolladores del producto prestaron atención a la robustez y fiabilidad en entornos polvorientos y utilizaron el rango de frecuencia de 60 Hz. La tendencia hacia la optimización de procesos con sensores inteligentes en la industria molinera no sólo permite nuevas aplicaciones, sino que también apoya a los molineros y mejora su excelencia operativa. Los impulsos electromagnéticos generados electrónicamente con la medición precisa de la fase de las señales de retorno de un sensor especialmente desarrollado para la medición de nivel en la molinería llevan su control de procesos a un nuevo nivel. Este sensor de radar de nueva generación es fiable, robusto e insensible al polvo, no requiere recalibración, alcanza una mayor precisión y supone un gran paso adelante para satisfacer los exigentes requisitos de medición de nivel de la industria molinera.