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El reemplazo del gasoil, diluyentes y mezclas de derivados de petróleo por el gas, tiene tres ventajas incuestionables, además de otras que se mencionan después:
Una incorrecta regulación del quemador propicia la formación de compuestos que son objetables. Algunos países, como Suiza, Dan prohibido el empleo de granos secados con combustibles líquidos como gasoil, fueloil, etc., o si no exigen el uso de intercambiadores de calor para evitar la combustión directa (mezcla de los gases de combustión con el aire de secado).
| Alcohol etílico | 5829 | Kcal/kg |
| Bagazo de caña azúcar | 2200 a 3300 | Kcal/kg |
| Biogas | 4100 | Kcal/m³ |
| Rastrojo de maíz | 3200 | Kcal/kg |
| Carbón mineral | 5200 a 7750 | Kcal/kg |
| Carbón vegetal | 6600 | Kcal/kg |
| Ciscara de arroz | 3900 | Kcal/kg |
| Gasolina (nafta) | 10500 | Kcal/kg |
| Querosene | 10300 | Kcal/kg |
| Marlo de maíz (20% hum) | 3600 | Kcal/kg |
Cuadro 7. Poder calórico de otros combustibles
Los intercambiadores de calor impiden la contaminación de los granos, pero reducen el rendimiento térmico total de la secadora de un 15-20% (ver inciso 25).
Una ventaja adicional del gas es, justamente, encontrarse en estado gaseoso lo que permite una adecuada mezcla con el aire. Por esta razón, la regulación es más fácil, rápida y limpia, decreciendo los problemas de balanceo de cantidad de aire frío, de presión de combustible y temperatura existentes en los quemadores de gasoil.
Otra ventaja del gas es que no origina compuestos de azufre, como lo hacen los combustibles tipo gasoil, evitando así la corrosión de las partes metálicas de la secadora.
En definitiva, la combustión es, entonces, más limpia, por lo tanto puede hacerse combustión, siempre que los quemadores trabajen bien. Además, el tanque de gas licuado no requiere costosas limpiezas periódicas.
Aparte de las facilidades ya mencionadas por el uso del gas, hay que mencionar otra, que es la posibilidad de poder medir el consumo de gas por medio del medidor respectivo.
La dificultad de emplear gas licuado está dada, como se dijo, por la necesidad de contar con la provisión continuada del combustible, lo que significa un deposito apropiado, el instrumental de regulación y control o, en el gas natural, la línea o gasoducto desde la línea principal. Esta inversión debe estar a cargo del propietario de la empresa almacenadora, pero es manifiesto que el costo puede ser amortizado en un tiempo corto.
El gas envasado, o licuado, o comprimido, como también se lo conoce, se encuentra en estado líquido pero se puede gasificar con facilidad. Puede entonces alimentar a la secadora en forma líquida o gaseosa.
La forma líquida evita los problemas de congelamiento, y la alimentación se hace por la parte inferior del deposito; cuando surge de la parte superior lo hace en forma gaseosa.
La alimentación líquida requiere una fuente de calor para su gasificación, que es generada por el propio gas en gasificadores del tipo serpentina.
Se debe tener en cuenta que la presencia de gas licuado en forma líquida en la línea es más peligroso; una pequeña pérdida de liquido dejará escapar una cantidad mucho mayor de ges que cuando se usa ya gasificado. Esto se debe a que el líquido al gasificarse aumenta de volumen en una proporción de 250 a 1.
Sin embargo, los circuitos usados están surtidos de válvulas y sistemas de seguridad que reducen considerablemente los riesgos.
Existen en la actualidad empresas fabricantes e instaladoras de estos equipos, y otras suministran el gas.
Uno de los modelos de quemadores de ges más utilizado es el que esté ilustrado en la Figura 22; es del tipo mezcla en tobera, y posee control automático de llama, pulsador, filtro, diversas válvulas automáticas, manómetro, presostatos, etc. Está provisto de un ventilador centrífugo accionado por motor trifásico, cuya potencia varía de 1/4 a 5,5 CV, dependiendo de la capacidad del quemador.
Figura 22. Quemador a gas (Doc. EQA)
La lena es un combustible barato y muy económico para zonas donde abundan bosques y montes. Tiene un aceptable poder caIórico y es de fácil combustión. Su manejo no exige mano de obra calificada y tiene bajo tenor de cenizas y azufre.
En Brasil está prohibido desde 1981 el empleo de combustibles derivados del petróleo para el secado de granos, lo que obligó a la utilización de leña y de residuos agrícolas.
Para su empleo se necesita un horno grande especial, provisto de una grilla de hierro fundido y revestido de material refractario.
En algunos hornos la leda sufre un presecado y los gases desprendidos son totalmente quemados cuando pasan por la grilla, y se separan hacia una cámara de mezcla. Se producen altas temperaturas, del orden de 1000°C, y luego de la mezcla pueden llegar a 250°C. La combustión es buena con gases libres de partículas incandescentes. Luego se mezcla con aire frío para reducir la temperatura a 80 100°C
Otros hornos deben trabajar con fuego o combustión indirecta, para impedir que el aire quede impregnado de hollín, que transmite a los granos olor y gusto desagradables.
El consumo de leña, para una secadora de 30 - 40 t/h puede ser de unos 2 m³ por hora.
Los inconvenientes que presenta la leña es el grao volumen de espacio que ocupa y su correspondiente acarreo. Requiere además, un operario para la carga del horno y el control de temperatura.
Además, el abastecimiento puede ser irregular, considerando las grandes cantidades necesarias. Si bien su poder calórico es aceptable, resulta inferior al de los combustibles sólidos.
Por otra parte, pueden existir prohibiciones de explotar bosques naturales, por lo cual se necesita disponer de un programa de reforestación bien encarado y continuo. En Brasil se calcula que para secar 1 000 t de mm se requiere un área de reforestación de 7,2 ha para que la unidad almacenadora se haga autónoma en su necesidad de energía.
Se aconseja que la lena sea cortada en tamaños de 1 m para facilitar la carga y el manipuleo en las pilas de deposito.
La mayoría de estos hornos pueden quemar otras materias vegetales, como cáscara de arroz, paja de cereales, etc.
Teniendo en cuenta que en el futuro el uso de todos estos residuos, como otros más (lo cual se conoce como "biomasa") puedan tener un desarrollo espectacular, una medida aconsejable al diseñar un nuevo centro de acopio, es dejar un espacio previsible para la instalación posible de un horno y depósito de biomasa.
Ensayos realizados por Keener et al, 1981, bao demostrado que los marlos de maíz usados como combustible resultan efectivos en reducir las necesidades de energía.
El uso del marlo (olote, tusa) del maíz para secar el grano requiere un sistema completo para recogerlo, transportarlo, almacenarlo, secarlo y quemarlo.
La cosechadora automotriz necesita ser equipada con un dispositivo "marlero" ubicado, generalmente, en la cola de la maquina, para separar los marlos del resto de chala y hojas que tira la cosechadora. Se debe disponer, también, de un acoplado extra para recibir los marlos y de un depósito para almacenarlos. Este proceso puede causar retrasos y complicaciones en la cosecha de maíz, sobre todo por la necesidad de cambiar los acoplados para los marlos, pues estos se llenan rápidamente. Otra solución es que la cosechadora arroje los marlos a un costado formando una hilera y que luego sean recogidos por un recolector especial.
Más racional seria utilizar una juntadora-espigadora que sólo recolecta las mazorcas, que posteriormente tienen que ser desgranadas en una desgranadora de maíz, estacionaria. Este método encarece, por supuesto, la cosecha de maíz como grano. En cambio puede ser aprovechado por empresas productoras de semilla de maíz, que recolectan con juntadoras y acumulan grandes volúmenes de marlos.
En Estados Unidos se ha probado otro sistema (Vence Morey et al, 1987) que reside en variar las regulaciones del cilindro de la cosechadora, disminuir la luz entre cilindro y cóncavo y abrir más las zarandas, de forma tal que los marlos rotos y los granos sean acumulados en la tolva de granos de la cosechadora. La mezcla es transportada, entonces, a la instalación de secado, lo que elimina la necesidad de un acarreo separado para los marlos. Allí la mezcla es clasificada, el grano húmedo ingresa a la secadora y los marlos (o los pedazos de marlos) transportados a una secadora de marlos, y posteriormente al quemador para actuar como combustible. Los marlos deben ser secados para poder ser utilizados. El marlo es empleado, también, para secar los marlos húmedos.
Los marlos secos son quemados en un horno especial, de dos etapas (gasificación y combustión), y los gases de esa combustión son utilizados para mezclarse con el aire de secado, y alcanzar temperaturas de 90 a 110°C en la secadora de grano.
Los mismos autores indican un consumo específico de energía de unas 1 500 kcal/kg de agua evaporada, y una eficiencia de combustión entre 80 y 85%.
Una hectárea de maíz rindiendo 6 000 kg de grano puede producir 1 t de marlos; como el calor de combustión de los marlos secos es de unas 3 600 kcal/kg, la capacidad térmica de los marlos será de 3 600 000 kcal, suficiente para secar dos o más ha de maíz con 20% de humedad inicial (Cuadro 7).
Ademas del uso de la electricidad para el funcionamiento de los ventiladores y otras aplicaciones, se ha pensado en la electricidad como fuente de calor para calentar el aire en secadoras comerciales.
Se conocen algunas iniciativas para utilizar bombas de calor (Hagan, 1979), en las que se consiguieron economías de hasta el 60% en la energía eléctrica consumida en relación al consumo de calentadores a resistencia, pero la duración del secado se alargaba, y los costos de instalar la bomba eran casi iguales al ahorro de energía.
También se han desarrollado secadoras con la energía de microondas, con buenos resultados en cuanto a alta velocidad de secado, falta de ruido y sin contaminación, pero el costo energético fue elevado.
En 1988 se conoció en Francia un sistema de calentamiento del aire de secadoras comerciales por medio de baterías de resistencias eléctricas. Estas baterías están colocadas en la entrada de aire de la parte baja de la secadora, y tienen una potencia instalada de 3 000 kw, alimentadas por línea de 660 voltios a partir de un transformador de 20 kv/60 v. Según sus fabricantes la batería puede calentar 80 000 kg/hora de aire de 0°C a 120°C.
Han sido instaladas en secadoras ya existentes, en algunos casos reemplazando a los quemadores a gasoil, y en otros, trabajando en paralelo con los quemadores existentes, para usar la electricidad sustituyendo al gasoil fuera de las tarifas especiales de invierno en aquel país.
Hasta ahora se han estudiado los diversos combustibles que se emplean en el secado de granos. Ahora se analizará el problema de la combustión y los quemadores.
En la Figura 23 se ilustra un tipo común de quemador de pulverización mecánica. Los quemadores llamados "modulantes" tienen la posibilidad de regular la cantidad de combustible y la potencia térmica en una proporción de 1 a 3, mientras que el aire para la combustión se regula automáticamente en función de la cantidad de combustible.
Figura 23. Quemador de pulverización mecánica (Doc. ITCF)
Para quemar completamente 1 kg de gasoil se requiere un mínimo de 15 kg de aire, o sea unos 12 m³. Como en un quemador no se puede mezclar bien el aire con el combustible, es necesario aumentar la cantidad de aire. Esto aumenta el volumen de gases de la combustión, los cuales, por estar a una temperatura determinada, aumentan las pérdidas de calor, proporcionales al exceso de aire.
Para medir el exceso de aire, se debe obtener una muestra de los gases y medir en ellos el contenido de anhídrido carbónico (CO2). En una combustión perfecta el contenido de CO2 debe ser el 15,2% en volumen. El exceso de aire será por tanto más elevado cuando el porcentaje de CO2 es menor. En ensayos en Francia el contenido en CO2 oscila entre 7 y 12%. Existen dispositivos simples para medir el contenido de CO2 con una buena aproximación, que se basan en la absorción de este ges en una solución alcalina de potasio.
En el Cuadro 8 están indicados los diferentes porcentajes de exceso de aire en la combustión.
Por otro lado, si la cantidad de aire (o sea el oxígeno) es insuficiente, upa parte del carbono será parcialmente quemado, lo que se traducirá en la formación de hollín. Entonces, existe la tendencia a aumentar la cantidad de aire al quemador para asegurar una combustión lo más completa posible, con las consecuencias explicadas. Un exceso de aire produce, en general, una llama de color amarillo cIaro.
Hay entonces UD equilibrio a encontrar entre la ausencia de partículas carbonosas y un exceso de aire.
La presencia de hollín se puede comprobar haciendo pasar una cierta cantidad de los gases de la combustión, extraídos por una bomba, a través de un filtro de papel; se compara luego la coloración obtenido con una escala testigo (escala Baccara). La coloración no debería superar el índice 1 de la escala Baccara para el gasoil, y el índice 2 para el fueloil (Lasseran, 1979).
Esto es fácil hacerlo en las secadoras que tienen intercambiador de calor, en las cuales se aconseja que se lleve a cabo cada 2 a 3 días, midiendo la ausencia de hollín y el contenido de CO2.
| Contenido de CO2 y SO2, en volúmen | Gas - oil % | Diesel - oil % |
| 15,9 |
|
0 |
| 15,2 | 0 | 4 |
| 14,5 | 4 | 9 |
| 14,0 | 8 | 13 |
| 13,0 | 16 | 21 |
| 12,0 | 24 | 30 |
| 11,0 | 36 | 41 |
| 10,0 | 48 | 54 |
| 9,0 | 66 | 73 |
| 8,0 | 83 | 91 |
| 7,0 | 112 | 120 |
Cuadro 8. Exceso de aire, en porcentaje, en función del contenido de CO2 más SO2.
También se aconseja que estas mediciones se efectúen en forma imperativa cada vez que se modifican las dimensiones del gliceur. El tenor de CO2 que debiera conseguirse no debiera ser menor de 12%.
Las secadoras con intercambiador permiten medir la temperatura de los gases de la combustión, la que, como promedio, oscila entre 150 y 200°C a la salida de la chimenea. Si esta aumenta, significa suciedad en forma de capa en el intercambiador. Se considera que una subida de 20°C en esa temperatura, comparada con la misma cuando el intercambiador estaba limpio, es un índice de suciedad.
Conocida la temperatura de los gases de la combustión y el % de CO2, se pueden calcular las pérdidas debidas a dichos gases por esta fórmula:
Donde:
Tg: temperatura de los gases
Ta: temperatura del aire ambiente
% CO2: contenido de C02 en los gases
Estas pérdidas no debieran ser superiores al 12%. Si lo fueran significaría que el intercambiador está mal diseñado, o que está muy sucio por depósitos de hollín.
En las secadoras sin intercambiador posible tolerar tenores de CO2 algo menores, pues ello representa un exceso de aire que favorece una buena combustión. En estas secadoras, estas mediciones son dificultosas, pues se deben efectuar entre la cámara de combustión y el parallamas, antes de que los gases se mezclen con el aire de secado.
En las secadoras que tienen chimenea de evacuación de gases de combustión se puede taladrar un agujero para extraer las muestras. J.L. Poichotte, técnico investigador francés (Poichotte, 1979) recomienda utilizar un deshollinador químico el cual, pulverizado en la llama, desintegra las partículas de holl[n para evitar que se depositen en las paredes; este tratamiento debiera realizarse cada vez que la temperatura de los gases aumente 20°C con respecto al valor que ha sido medido inmediatamente después de un deshollinado.
Cuando la combustión es incompleta, o el combustible no está correctamente pulverizado, o el quemador está mal regulado, pueden aparecer también granos con olor a combustible, o tiznados, y hasta mojados con combustible. Hay que verificar, entonces, el estado y funcionamiento del quemador, o ver si el combustible está mezclado con suciedades o agua.
En cuanto a las boquilIas o picos del quemador (citando a Frola, 1982) "están diseñadas para un rango específico de viscosidad, ya que variaciones de esas viscosidades resultarán en una pobre atomización. La atomización expone una gran parte de la superficie de las partículas de combustibles para entrar en contacto con el aire de combustión, contribuyendo así a una pronta ignición y una rápida y completa combustión. Debido a que la viscosidad puede variar de partida a partida, dependiendo del origen del crudo, será necesario realizar ajustes en el atomizador hasta encontrar el punto óptimo, o lo que es más práctico, teniendo un juego para cada tipo de combustible..
Un trabajo muy recomendado para mayores detalles sobre regulación de quemadores es el titulado "Les combustibles et les générateurs d'air chaud", (Lasseran et al, 1977).
La presión de atomización o pulverización debe ser vigilada regularmente, la cual tiene que permanecer estabilizada durante el trabajo de la secadora. El control puede efectuarse con un manómetro adaptado tal fin. Poichotte (1979) también recomienda que nunca se debe regular la potencia del quemador disminuyendo o aumentando la presión del combustible, sino haciendo ajustes en el interior del quemador, modificando la posición del inyector y difusor, operación delicada que debe estar en manos de especialistas. El desgaste y la obstrucción de los inyectores - dice el mismo autor - es una causa frecuente de problemas. Es fundamental contar con filtros de buena capacidad para retener las impurezas superiores a 60 micrones.
En el tipo mecánico de quemador de gasoil la pulverización del combustible requiere una presión de 8-12 bars; en cambio, al emplear fueloil se necesita una presión mayor, y en muchos casos calentar el fluido para disminuir su densidad.
Antiguamente las secadoras tenían hornos con ladrillos refractarios, los cuales adquirían una elevada temperatura y permitían, entonces, una muy buena pulverización del combustible y por ende una correcta mezcla con el aire, que llevaba en definitiva a una excelente combustión. Por lo tanto, no se necesitaba una alta presión del combustible. Sólo hacía falta un tiempo extra para calentar el horno.
Hoy en día los hornos han sido reemplazados por cámaras de combustión metálicas, las cuales se calientan menos, debiendo por lo tanto, usarse alta presión de aire y de combustible. Todo ello obliga a controlar el buen funcionamiento de las bombas de presión.
Una buena llama del quemador tiene un color amarillento-anaranjado, lo que representa un funcionamiento correcto (para combustibles tipo gasoil). Si se observan llamaradas rojas y lenguas de humo se deduce que la combustión tiene un exceso de combustible, por trabajar con la válvula de combustible demasiado abierta y no es posible regular la combustión porque la entrada de aire ya esta abierta al máximo.
La temperatura de una llama se encuentra en torno a los 2 000°C, mientras que los gases de esa combustión están entre 800 y 1 000°C. Como sabemos la transmisión de este calor al aire de secado se hace por simple dilución (combustión directa) o por intermedio de un intercambiador (combustión indirecta) (Figura 24).
Muchos quemadores son del tipo de dos fases o de dos llamas, en los cuales la segunda llama entra en funcionamiento mediante la intervención de un termostato cuando la primera es insuficiente para mantener una temperatura prefijada de aire caliente.
Figura 24. Cámara de combustión de calentamiento indirecto (Doc. Svegma)
Por las paredes de la cámara de combustión y del generador se producen pérdidas de calor que en parte pueden ser recuperadas haciendo recircular el aire que las rodea, cuandro están instalados en un local cerrado de poco volumen. Cuando los generadores están colocados en el exterior pueden ser aislados en buena proporción con algún aislante bien resistente al calor.
A estas pérdidas deben agregarse las pérdidas de energía explicadas con anterioridad, por un exceso de aire en el quemador y las que se mencionan en el Capítulo V.
En las secadoras con intercambiador de calor se producen, además, pérdidas debidas a los gases de combustión que salen de la máquina, las cuales son nulas en las secadoras de combustión directa.
Un problema común de mantenimiento es la presencia de agua en el gasoil o en otro combustible, que se origina por la condensación de la humedad del aire existente en el interior del tanque.
El agua en el combustible aumenta los riesgos de una mala combustión. Por esta razón el agua debe eliminarse por medio de la apertura de canillas o robinetes en el fondo de los tanques, ya que el agua, por su mayor poso, se ubica en el fondo.
Otra solución sería mantener siempre los tanques llenos de combustible, para evitar la presencia de aire, situación que no siempre es factible.
Cuando se pueda es mejor aislar los tanques exteriores (con lana de vidrio, papel alquitranado, etc.) para precaver, en verano, el calentamiento del combustible, que produce evaporaciones de hidrocarburos ligeros, y en invierno, que se puedan provocar cristalizaciones de parafinas que tapan filtros e inyectores.
Es aconsejable disponer los tanques bajo la superficie del suelo, o si no ubicarlos bajo un techo protector, para evitar la acción directa del sol.
Un combustible sucio puede obturar la válvula de retención que permite que la bomba de combustible quede cargada al detener la máquina. Si esto sucede la bomba no succionará combustible al arrancar, lo que obligará a hacer un cebado de la misma, con las correspondientes perdidas de tiempo.
El tanque de combustible tiene que tener una cañería de ventilación, pues si falta, se produce vacío dentro del depósito, y entonces, la bomba de combustible no funciona.
Algunos filtros de combustible suelen tener una mariposa que sirve para limpiarlos diariamente girando dos o tres vueltas. Cada tres o cuatro meses, se debe desarmar todo el filtro para su total limpieza, en el caso de ser filtros desarmables.
Como ya se ha dicho, tienen por objetivo aislar completamente el circuito de los gases de la combustión del circuito del aire de secado.
Con ello se consigue evitar la contaminación de los granos por compuestos químicos peligrosos, como el benzopireno, de acuerdo a lo expresado. También se logra reducir el peligro de incendios debido a partículas de combustible incandescentes o chispas que puede transportar el aire de secado.
En Francia se usan los intercambiadores de calor DO tanto para precaver la contaminación sino para eliminar el riesgo de los compuestos de azufre que originan los combustibles líquidos, los cuales actúan produciendo corrosión en las partes metálicas de la parte superior de las secadoras, lugar donde existe un exceso de humedad, sobre todo en las condiciones de aquel país.
La Figura 25 ilustra un típico intercambiador de calor. La combustión calienta la pared metálica del circuito por radiación de la llama y por convección. El calor atraviesa esta pared por conducción y es transmitido al aire de secado del otro costado de la pared. Este modelo, de tipo anular cilíndrico, es muy simple, pero existen también de tipo tubular; en éstos, el aire de secado se recalienta en una batería de tubos en el interior de los cuales circulan los gases de la combustión. En la Figura 26 se observa un intercambiador de este tino.
Figura 25. Intercambiador de calor cilíndrico
El inconveniente de los intercambiadores es la existencia de pérdidas inevitables de calor y de carga, que pueden ser de alrededor del 15%, en comparación con la combustión directa.
Son muy escasas las secadoras en nuestro país que tengan intercambiador de calor, lo cual significa que puede existir el problema de la contaminación de los granos, a excepción que se utilice el gas natural o gas comprimido, cuya combustión es mucho más limpia.
Figura 26. Intercambiador de calor de batería de tubos (Doc. ITCF)
En las secadoras primitivas los equipos generadores de calor están situados en forma horizontal y en la mayoría de los casos trabajan por impulsión del aire.
La tendencia actual es de ubicarlos verticalmente pues de esta manera se reducen las pérdidas de presión por cambios de dirección de la corriente de aire caliente. Algunas secadoras de este tipo trabajan por aspiración y otras por impulsión.
Ciertas marcas actuales han ubicado estos equipos generadores dentro de la maquina, lo cual es factible en secadoras de columnas (Figura 27). Esta disposición tiene la ventaja de reducir considerablemente las pérdidas de calor y de disminuir el ruido producido por los ventiladores, pues el mismo grano actúa como aislante acústico.
Figura 27. Cámara de combustión dentro de la secadora (Doc. MGR)
En las secadoras horizontales, de columnas hexagonales, la ubicación del ventilador y quemador, acoplados directamente al plenum de calor (como en la Figura 16) hace que sean casi nulas las perdidas por fricción y de presión por cambio de dirección del aire caliente.
Sin embargo, la colocación de quemadores y cámara de combustión separados del cuerpo principal de la secadora, como en secadoras más antiguas, reduce mucho los riesgos de incendio.
También, se observa una tendencia a quemadores anchos, es decir, que produzcan una llama ancha en vez de larga. Una llama ancha tiene mas superficie para contacto con el aire, y es más corta, lo que la hace más segura. Los quemadores de este tipo pueden tener forma de grilla y se usan sólo para combustibles gaseosos.
Algunas marcas de secadoras utilizan formas de energía que provienen de una fuente no perteneciente a la máquina. Un ejemplo es el empleo de calentadores de aire por medio de serpentinas especiales en las que circula agua caliente, vapor o aceite caliente, originados en calderas de una fábrica o de otra procedencia.
Estas serpentinas tienen una gran superficie de calentamiento y un alto coeficiente de transmisión de calor. Además, no contaminan los granos.
En países fríos del norte de Europa es común encontrar esta ferina de energía.
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