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El secado a bajas temperaturas es el método artificial de secado que utiliza aire natural o ligeramente caliente (1 a S C arriba de la temperatura ambiente). Generalmente, este proceso se realiza en silos secadores-almacenadores, donde el producto permanece almacenado después del secado (figura 11). Para poder utilizar un silo se requieren algunas características especiales que no son necesarias para los silos que se emplean solamente para el almacenamiento. La primera característica se refiere al piso que debe consistir en una placa metálica que tenga por lo menos el 10 por ciento del área perforada para facilitar la distribución uniforme del aire, lo cual es muy importante para la eficiencia del proceso. El ventilador debe proveer la cantidad suficiente de aire para secar toda la masa de granos, sin que se presente deterioro. Las dimensiones del silo (diámetro y altura) se tienen que elegir de acuerdo a la potencia del ventilador.
El secado a bajas temperaturas es similar al secado natural en el campo. El producto pierde humedad hasta que se establece el equilibrio entre la humedad del aire y la humedad del grano. Como este proceso es lento, al final casi toda la masa de granos queda en equilibrio térmico e higroscópico con las condiciones psicrométricas del ambiente. La diferencia entre los dos tipos de secado lo constituye la forma de mover el aire: en el secado a bajas temperaturas, el aire es forzado a pasar por la masa de granos por medio de un ventilador, mientras que en el campo, el secado se realiza por la acción del viento.
Figura 11. Silo con el piso perforado para secado a bajas temperaturas.
Las condiciones atmosféricas (humedad relativa y temperatura ambiente) bajo las cuales se realiza el secado determinan la humedad final que puede alcanzar la masa de granos, ya que cada combinación de temperatura y humedad relativa del aire corresponde a un contenido de humedad en equilibrio con el producto y este contenido varia para cada producto. En los cuadros Al a A6 del capítulo VI, se presentan los valores de humedad de equilibrio para el maíz, soja, trigo, arroz, sorgo y frijol. La temperatura y humedad relativa cambian durante todo el proceso, por lo que sus valores promedio determinan el contenido de humedad final. Los ventiladores generalmente calientan el aire de 1 °C a 2°C, disminuyendo ligeramente su humedad relativa. Para aumentar la temperatura en por lo menos 6°C es necesario utilizar colectores solares u otros medios de calentamiento, como el uso de combustibles.
Un sistema de secado a bajas temperaturas diseñado y manejado correctamente, es un método económico y técnicamente eficiente. En las unidades de almacenamiento pequeñas, el sistema es muy interesante porque la inversión inicial de capital es menor que la que se requiere para instalar sistemas que emplean altas temperaturas; sin embargo, existe un límite a partir del cual los costos pueden ser mayores, esto es, cuando se requiere un gran número de silos de secado debido a los grandes volúmenes de granos que se manejan. Estudios comparativos de los costos de secado en los dos sistemas, realizados en los Estados Unidos, mostraron que para unidades de hasta 530 toneladas, los sistemas de secado a bajas temperaturas tienen un costo más bajo. No obstante, estos datos deben estudiarse con más cuidado antes de ser aplicados en América Latina.
Algunos grandes productores de granos para semillas están utilizando el secado a bajas temperaturas para obtener una semilla de mejor calidad, en comparación con la que se obtiene con los secadores que utilizan aire a altas temperaturas. En el secado a bajas temperaturas, la pérdida de humedad es lenta y el producto no está sometido a cambios bruscos, lo que evita las tensiones internas de los granos; además, el producto tiene menos movimientos, con lo que se reducen los daños mecánicos y todo esto influye para conservar 1a calidad del grano.
Una de las grandes limitantes del secado a bajas temperaturas lo constituye la humedad inicial del producto. Cuanto mayor sea la humedad del producto, más rápida es su deterioración si no se reduce rápidamente dicha humedad hasta un nivel seguro para el almacenamiento. Esto significa que a mayor humedad del producto es necesario aumentar considerablemente la cantidad de aire que se requiere para el secado y, por lo tanto, se necesitan ventiladores con motores más potentes.
La temperatura media del aire es otro factor que es necesario considerar, ya que el proceso de deterioración también se acelera con el aumento de la temperatura. En el Brasil se ha recomendado la utilización del secado a bajas temperaturas para granos cuyo contenido de humedad es menor del 22 por ciento, ya que para humedades superiores, los requerimientos de aire y, consecuentemente, la potencia de los ventiladores, serían de tal magnitud que impedirían la viabilidad económica del sistema. En los países de clima templado, este límite es más flexible, pudiendo llegar hasta el 28 por ciento de humedad.
Cómo ocurre el secado en el silo. El secado a bajas temperaturas se inicia en la parte inferior del silo y va progresando hasta alcanzar la parte superior. Durante el período de secado se pueden distinguir, en el silo, tres capas con distinto contenido de humedad (figura 12). En la primera capa, que está formada por granos secos, el producto alcanzó su equilibrio higroscópico con las condiciones del aire. En la segunda capa, llamada frente de secado, el aire está absorbiendo humedad del producto; generalmente el espesor de esta capa varía entre los 30 y los 60 centímetros. La tercera capa está formada por granos húmedos, cuyo contenido de humedad puede ser superior al inicial, ya que el aire pasa por esta capa saturado, sin capacidad de secado; la temperatura de esta capa habitualmente es inferior a la temperatura del aire que entra al silo, debido a que el aire se enfria en el frente de secado por la evaporación de la humedad.
Deterioro del producto. Los hongos son unas de las principales causas del deterioro de los granos en los sistemas de secado a bajas temperaturas. El ataque de estos microorganismos puede ocasionar.
Lo anterior reafirma la necesidad de calcular con sumo cuidado los sistemas del silo secador en climas tropicales. El cuadro 1 presenta las especies de hongos más comunes y el contenido de humedad mínimo para su desarrollo en maíz, sorgo y soja. El cuadro 2 muestra las temperaturas mínimas y óptimas para el desarrollo de algunas especies de hongos, ya que la temperatura también influye en su desarrollo. Si el contenido de humedad no se mantiene bajo los niveles citados en el cuadro i, siempre existirá el peligro del ataque de hongos.
Otro factor que influye en la deterioración de los granos lo constituye el proceso de respiración, ya que se libera energía a través de la oxidación de carbohidratos y otros nutrientes orgánicos. Si esa energía no se disipa, los granos aumentan volviendo más propicio al medio para el desarrollo de los hongos.
CUADRO 1: Contenido de humedad mínimo en algunos granos para el desarrollo de los hongos de almacén (%)
| Especie de Hongos | Producto |
||
| Maíz | Sorgo | Soja | |
| Aspergillus restrictas | 13,5 - 14,5 | 14,0 - 14,5 | 12,0 - 12,5 |
| A. glaucus | 14,0 - 14,5 | 14,5 - 15,0 | 12,5 - 13,0 |
| A candidus | 15,0 - 15,5 | 16,0 - 16,5 | 14,5 - 15,0 |
| A. flavus | 18,0 - 18,5 | 19,0 - 19,5 | 17,0 - 1?,5 |
| Penicillium sp. | 16,5 - 19,0 | 17,0 - 19,5 | 16,0 - 18,5 |
Fuente: Christensen, 1974.
CUADRO 2: Temperatura mínima y óptima para el desarrollo de algunas especies de hongos
| Especie de Hongos | Temperatura |
|
| Mínima | Optima | |
| Aspergillus restrictas | 5 - 10 | 30 - 35 |
| A. glaucus | 0 - 5 | 30 - 35 |
| A. candidus | 10 - 15 | 45 - 50 |
| A. flavus | 10 - 15 | 40 - 45 |
| Penicillium sp. | -5 - 0 | 20 - 25 |
Fuente: Christensen, 1974.
Para cuantificar la pérdida de materia seca del producto en función del contenido de humedad, la temperatura y los daños mecánicos se ha usado la producción de CO2 por la masa de granos. El cuadro 3 muestra el tiempo que puede permanecer el maíz en determinadas condiciones de humedad y de temperatura, sin que la pérdida de materia seca supere el 0,5 por ciento. Estos valores se obtuvieron utilizando el modelo matemático de deterioro propuesto por Steele (Thompson, 1972). Los datos del cuadro se elaboraron bajo condiciones constantes de humedad y temperatura del producto. Es importante recordar que el secado a bajas temperaturas es un proceso dinámico y que si la masa de granos se deja en un silo sin ventilación, con alto contenido de humedad, podrá deteriorarse en menos tiempo que el previsto en el cuadro 3. Sin ventilación, los granos se calentarán como resultado de su proceso respiratorio y del de los hongos, acelerando el proceso de deterioración.
CUADRO 3: Tiempo en días que pueden permanecer los granos de maíz en determinadas condiciones para que la pérdida de materia seca no supere el 0,5%
Contenido de humedad (% b.h.) |
|||||
| Temperatura de los granos (°C) | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 |
| 16 | 158 | 60 | 27 | 16 | 11 |
| 18 | 116 | 45 | 23 | 14 | 9 |
| 20 | 94 | 36 | 18 | 11 | 8 |
| 22 | 78 | 29 | 15 | 9 | 6 |
| 24 | 63 | 24 | 12 | 8 | 5 |
| 26 | 51 | 19 | 10 | 6 | 5 |
| 28 | 41 | 16 | 8 | 5 | 4 |
| 30 | 33 | 13 | 7 | 4 | 3 |
Flujos mínimos de aire para el secado a bajes temperaturas. Para la buena operación de los sistemas de secado a bajas temperaturas es muy importante la elección de un flujo de aire adecuado. Los flujos de aire por debajo del valor adecuado, retardan el proceso de secado y ponen en peligro la calidad del producto; por otra parte, los flujos superiores al valor adecuado reducen el tiempo de secado, pero ocasionan un aumento del consumo de energía y de los costos de operación, y una mayor inversión de capital inicial.
Por lo general, los silos y equipos para el secado de granos se venden en unidades completas, fabricados por compañías especializadas, por lo que en la mayoría de los casos, el usuario común no tiene que preocuparse de calcular y seleccionar los ventiladores y el flujo de aire que son aspectos técnicos especializados. A continuación se dan algunas recomendaciones que son una guía para quienes quieren modificar instalaciones ya existentes o diseñar nuevas. Los flujos de aire que se recomiendan para el secado se llaman generalmente flujos mínimos y se expresan por unidad de volumen del producto. El flujo mínimo de aire depende de los siguientes factores:
El tipo de producto o grano influye, en función de su susceptibilidad, a la deterioración, composición química y facilidad con que los hongos pueden penetrar en su interior; por esta razón, las necesidades de aire para el secado de arroz son menores que para el maíz.
El clima de la región es muy importante también para determinar el potencial de secado; las reglones con altas humedades relativas durante el periodo del secado requieren mayores flujos de aire, con o sin calentamiento suplementario. El contenido de humedad inicial del producto es, asimismo, un factor que influye en la determinación del flujo mínimo de aire, pues está relacionado directamente con la susceptibilidad del producto al ataque de hongos.
Los flujos mínimos para secar un producto se determinan mediante el uso de un modelo matemático de simulación de secado que se procesa en un computador. El modelo matemático que se elige debe ser validado para cada producto, comparando los resultados obtenidos en la simulación con los obtenidos en forma experimental secando el producto.
En el modelo matemático se deben incorporar los parámetros que permitan cuantificar la pérdida de calidad, en función del contenido de humedad y temperatura del producto.
Para determinar el flujo de aire de secado en una determinada localidad, es necesario contar con una estación metereológica y los registros de la temperatura y humedad relativa de, por lo menos, diez años consecutivos. Con estos datos se determina para cada año el flujo mínimo de aire que se requiere para el secado de granos sin que se afecte su valor comercial.
El flujo mínimo de aire se establece en base al flujo de aire mayor que se obtiene con los datos meteorológicos considerados en los cálculos, o utilizando el flujo inferior más próximo a este valor. El valor inferior más próximo al mayor flujo de aire es muy utilizado en la proyección de sistemas de secado a bajas temperaturas porque ofrece una probabilidad de éxito del 90 por ciento, y porque en los años de clima muy adverso, el proceso de secado se puede controlar con un adecuado manejo del sistema.
Cuando las dimensiones se calculan sobre la base del año que ha tenido peores condiciones climáticas, se corre el riesgo de sobredimensionar la capacidad de los ventiladores.
Si no existen estudios locales para determinar los flujos mínimos para el secado de maíz a bajas temperaturas, la elección del flujo de aire se puede realizar utilizando los cuadros 4, 5, 6 y 7. Los datos de estos cuadros se elaboraron, en simulaciones de secado, con el modelo de Morey, bajo condiciones de aire constante, capaz de reducir el contenido de humedad del producto hasta cerca del 13 por ciento.
CUADRO 4: Influencia del flujo de aire y del contenido de humedad inicial en el tiempo de secado y la pérdida de materia seca de maíz, para una temperatura de bulbo seco de 30°C y humedad relativa de 70% *
| Humedad del producto | Flujo de de aire m3.s-1.m-3 | Tiempo de secado (h) | Pérdida de materia seca (%) | ||
| Inicial (%) | Final (%) | ||||
| 12,6 | 3,75 | 10-2 | 312 | 0,90 | |
| 12,6 | 5,00 | 10-2 | 240 | 0,53 | |
| 12,7 | 6,25 | 10-2 | 192 | 0,37 | |
| 12,6 | 7,50 | 10-2 | 168 | 0,28 | |
| 22 | 12,6 | 8,75 | 10-2 | 168 | 0,23 |
| 12,7 | 1,00 | 10-1 | 144 | 0,19 | |
| 12,6 | 1,13 | 10-1 | 144 | 0,16 | |
| 12,8 | 1,25 | 10-1 | 120 | 0,13 | |
| 12,6 | 2,50 | 10-2 | 384 | 0,63** | |
| 12,6 | 3,75 | 10-2 | 264 | 0,34 | |
| 12,6 | 5,00 | 10-2 | 216 | 0,22 | |
| 12,7 | 6,25 | 10-2 | 168 | 0,16 | |
| 20 | 12,8 | 7,50 | 10-2 | 144 | 0,13 |
| 12,7 | 8,75 | 10-2 | 144 | 0,10 | |
| 12,8 | 1,00 | 10-1 | 120 | 0,09 | |
| 12,7 | 1,13 | 10-1 | 120 | 0,07 | |
| 12,7 | 1,25 | 10-1 | 120 | 0,06 | |
| 12,6 | 1,25 | 10-2 | 600 | 0,55** | |
| 12,7 | 2,50 | 10-2 | 312 | 0,21 | |
| 12,7 | 3,75 | 10-2 | 216 | 0,13 | |
| 12,8 | 5,00 | 10-2 | 168 | 0,09 | |
| 18 | 12,8 | 6,25 | 10-2 | 144 | 0,07 |
| 12,7 | 7,50 | 10-2 | 144 | 0,05 | |
| 12,7 | 8,75 | 10-2 | 120 | 0,04 | |
| 12,7 | 1,00 | 10-1 | 120 | 0,04 | |
| 12,8 | 1,13 | 10-1 | 96 | 0,03 | |
| 12,8 | 1,35 | 10-1 | 96 | 0,03 | |
* Calentamiento de aire por el ventilador: 1°C
** Condiciones del flujo de aire no recomendable.
CUADRO 5: Influencia del flujo de aire y del contenido de humedad inicial en el tiempo de secado y la pérdida de materia seca de maíz para una temperatura de bulbo seco de 25°C y humedad relativa de 67% *
| Humedad del producto | Flujo de aire m3.s-1.m-3 | Tiempo de secado (h) | Pérdida de materia seca (%) | ||
| Inicial (%) |
Final (%) |
||||
| 12,6 | 2,50 | 10-2 | 456 | 0,91** | |
| 12,6 | 3,75 | 10-2 | 312 | 0,45** | |
| 12,6 | 5,00 | 10-2 | 264 | 0,30 | |
| 12,7 | 6,25 | 10-2 | 216 | 0,22 | |
| 22 | 12,7 | 7,50 | 10-2 | 192 | 0,17 |
| 12,7 | 8,75 | 10-2 | 168 | 0,14 | |
| 12,7 | 1,00 | 10-1 | 168 | 0,11 | |
| 12,8 | 1,13 | 10-1 | 144 | 0,10 | |
| 12,7 | 1,25 | 10-1 | 144 | 0,08 | |
| 12,6 | 2,50 | 10-2 | 384 | 0,34 | |
| 12,6 | 3,75 | 10-2 | 288 | 0,19 | |
| 12,7 | 5,00 | 10-2 | 216 | 0,13 | |
| 12,7 | 6,25 | 10-2 | 168 | 0,10 | |
| 20 | 12,7 | 7,50 | 10-2 | 144 | 0,08 |
| 12,8 | 8,75 | 10-2 | 144 | 0,06 | |
| 12,7 | 1,00 | 10-1 | 120 | 0,05 | |
| 12,9 | 1,13 | 10-1 | 120 | 0,05 | |
| 12,8 | 1,25 | 10-1 | 120 | 0,04 | |
| 12,6 | 1,25 | 10-2 | 624 | 0,30 | |
| 12,6 | 2,50 | 10-2 | 336 | 0,13 | |
| 12,7 | 3,75 | 10-2 | 240 | 0,08 | |
| 12,7 | 5,00 | 10-2 | 192 | 0,06 | |
| 18 | 12,7 | 6,25 | 10-2 | 168 | 0,04 |
| 12,8 | 7,50 | 10-2 | 144 | 0,03 | |
| 12,9 | 8,75 | 10-2 | 120 | 0,03 | |
| 12,8 | 1,00 | 10-1 | 120 | 0,02 | |
| 12,7 | 1,13 | 10-1 | 120 | 0,02 | |
| 12,9 | 1,25 | 10-1 | 96 | 0,02 | |
| 10-1 | |||||
* Calentamiento de aire por el ventilador: 1°C
** Condiciones del flujo de aire no recomendable.
