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Los secadores de columna, como el que aparece en la figura 41, pueden usarse de dos maneras: i) los granos permanecen sin movimiento, y ii) los granos se recirculan mecánicamente. Este segundo sistema permite una mayor homogeneidad del secado. El producto baja por columnas verticales, compuestas de chapas perforadas, con una capacidad de 0,30 metros de columna de granos.
En los secadores de columna, los granos están sometidos a un flujo de aire del orden de 54 a 108 m³ por minuto por tonelada de grano con temperaturas de 70 a 95°C. Esto hace que el secado sea rápido, pero la eficiencia térmica del secado es baja. Para secar maíz con un contenido de humedad de 25 por ciento y una humedad final de 13 por ciento, se requiere un período de secado de dos o tres horas, seguido por un período de más o menos 30 minutos para el enfriamiento.
Figura 41. Esquema del secador de granos tipo columna.
Los secadores de flujos cruzados se caracterizan porque el aire pasa en forma perpendicular a la masa de granos, que baja lentamente entre dos láminas o chapas perforadas (figura 42).
Figura 42. Esquema de un secador de granos del tipo flujos cruzados.
En este tipo de secador, generalmente el producto que está en contacto con la superficie de la chapa perforada, a su vez está en contacto con el aire de secado, tiende a sufrir sobrecalentamiento y secado excesivo, mientras que los granos próximos a la salida del aire de la columna pueden permanecer húmedos, dependiendo de la temperatura y flujo de aire que se utilicen en el secador. Si la diferencia del contenido de humedad del grano es muy grande, se pueden presentar problemas en la conservación del producto durante el almacenamiento.
En este tipo de secador, el tiempo de retención del grano en la torre, o sea el tiempo que demora el grano en pasar a través de la secadora es bastante reducido (15 a 20 minutos). Esto significa que la reducción de humedad en cada paso es muy rápida y puede ocasionar problemas en los granos que son sensibles al calor. El control de la temperatura de secado exige mayor cuidado de parte del operador porque el producto que está en contacto con la chapa interna cercana a la entrada del aire caliente, está expuesta a un aire más seco y a temperaturas mayores. Existen algunos diseños que mejoran la mezcla de los granos, lo que reduce los índices de temperatura y de humedad sin modificar significativamente la capacidad y eficiencia del secador. Estos diseños consideran:
Los secadores de tipo cascada están constituidos por una serie de canaletas en forma de "V" invertida, colocadas en líneas alternadas o cruzadas, a intervalos de más o menos 0,30 metros. Los granos fluyen hacia abajo por acción de la fuerza de gravedad, encima de las canaletas invertidas. Este diseño fue desarrollado en la Universidad del Estado de Louisiana (LSU) en los Estados Unidos (figuras 43 y 44).
En este tipo de secadora, el tiempo que demora en pasar el grano por la torre es bastante mayor que en el de columna, ya que el "tiempo de retención" puede ser de 30 a 45 minutos o más. El aire para el secado entra a través de un conjunto de canaletas y sale por el conjunto de canaletas superior e inferior. Al descender por el cuerpo del secador, los granos se mueven tanto en sentido concurrente como en contra-corriente al aire. El producto llega al sistema de descarga con un contenido de humedad uniforme, ya que se mezcla en forma eficiente durante el proceso.
Los secadores del tipo cascada fueron los primeros modelos de secadores continuos utilizados comercialmente, pero están siendo sustituidos en los países en razón de su elevado costo inicial (gran cantidad de material para su construcción) y problemas de contaminación. Además, exigen cuidados en relación al flujo del producto. Cuando los granos están limpios se obtiene un secado uniforme, pero si la masa de granos contiene impurezas, el flujo del producto se dificulta y hay peligro de incendio. Por esta razón, es indispensable limpiar los granos antes de someterlos al proceso de secado.
Cuando se reduce el flujo del producto en el secador, porque se está secando un producto muy húmedo en un solo paso, por lo general el secado no es uniforme. Se considera que ésta es la razón para limitar la reducción del nivel de humedad de un producto en 5,0 por ciento para cada paso por el secador.
Figura 43. Secador de tipo cascada con canaletas separadas.
Figura 44. Secador de tipo cascada con canaletas cruzadas.
Los secadores continuos pueden ser usados para el secado intermitente, para lo cual basta con pasar nuevamente el producto por la secadora, después de un período de reposo. Los secadores para secado intermitente son aquellos que no eliminan la humedad del producto en un solo paso, siendo necesario pasar el producto más de una vez por el secador para obtener la humedad deseada (figura 45).
Existen secadores especialmente diseñados para el secado intermitente. En estos secadores, que tienen una cámara de reposo en la parte superior, los granos permanecen un cierto tiempo en dicha cámara y, por lo tanto, en menor contacto con el aire de secado. El objetivo de la cámara de reposo es permitir que se homogeinice la humedad de los granos, lo que facilita su secado posterior y evita las fisuras y el quebrado. Debido al hecho de que los granos permanecen poco tiempo en contacto con el aire en cada paso por la cámara de secado, la reducción de la humedad es menor.
Figura 45. Esquema de un secador intermitente para el secado de granos.
El empleo de secadores del tipo cascada es común en los países de América Latina y muchas veces son utilizados para el secado intermitente. Es importante notar que en estos casos, la capacidad nominal del secador disminuye proporcionalmente al número de veces que se pasa el producto por el secador, y que esto debe ser considerado en el diseño de sistemas de secado/almacenamiento de unidades almacenadoras comerciales.
Algunos productos no se pueden secar continuamente hasta que alcancen el contenido de humedad final deseado, sin que sufran daños físicos y fisiológicos significativos. Esto ocurre con las semillas en general, con el arroz y con productos cosechados con humedad muy elevada.
Estos productos deben secarse de modo intermitente. El secado intermitente no se realiza solamente en secadores construidos especialmente para este objetivo, ya que con los secadores de granos de varias etapas también se puede emplear esta técnica.
Estos secadores están formados por varias cámaras de secado, intercaladas con cámaras de reposo; así, los granos entran húmedos en el secador y salen secos en un solo paso, haciendo que el flujo de secado sea continuo.
La utilización del secador en varias etapas para el secado intermitente tiene ventajas en relación con el secado por recirculación del producto en secadores que no tienen zonas de reposo, puesto que es posible utilizar diferentes temperaturas y flujos de aire en cada cámara de secado, mejorando el uso del secador.
El secado combinado es la técnica que utiliza un sistema a altas temperaturas con el fin de bajar el contenido de humedad de los granos hasta en un 16 a 18 por ciento, para completar después el secado con un sistema a bajas temperaturas (Figura 46).
Figura 46. Esquema del sistema de secado combinado.
La eficiencia térmica de los secadores de altas temperaturas aumenta considerablemente cuando forman parte de un sistema de secado combinado. Las principales razones para el aumento de la eficiencia son: i) los secadores operan cuando el contenido de humedad de los granos es más fácil de evaporar, y ii) la zona de enfriamiento del secador, por lo general, no se utiliza, porque los granos deben llegar calientes a los sistemas de secado a bajas temperaturas. Muchas veces la zona de enfriamiento se puede convertir en zona de secado, lo que aumenta la capacidad de los secadores. Las ventajas de los sistemas de secado combinado necesitan explotarse mejor a nivel de grandes haciendas y cooperativas.
La seca-aireación de granos es un proceso que utiliza un secador de altas temperaturas para bajar el contenido de humedad del grano en uno a tres puntos porcentuales arriba del nivel ideal para el almacenamiento, sin enfriar el grano. El producto caliente se transfiere a un silo, donde permanece en reposo por un período de cuatro a seis horas, para ser ventilado después utilizando el sistema de aireación del silo, el cual debe tener la capacidad para realizar esta función en un período de 12 a 16 horas (figura 47).
El proceso de seca-aireación presenta tres ventajas en comparación con el proceso del secado a altas temperaturas con zonas de enfriamiento: i) reducción del consumo de energía; ii) producto final de mejor calidad; y iii) aumento de la capacidad de secado del secador.
Durante el proceso de secado a altas temperaturas se genera en el interior de los granos un diferencial en su contenido de humedad, ya que la parte interna se mantiene más húmeda que la parte superficial. Durante el periodo de reposo del proceso de seca-aireación, la humedad interna del grano se hace uniforme, lo que permite su reducción en uno a tres puntos porcentuales adicionales durante el período de ventilación. Cuando el enfriamiento se realiza en el secador mismo, no se puede eliminar la misma cantidad de agua, porque el enfriamiento se lleva a cabo inmediatamente después del secado, en un intervalo de tiempo muy pequeño, sin aprovechar la energía en forma de calor sensible almacenada en el grano.
Cuando se utiliza el proceso de seca-aireación, el consumo de energía es menor, las tensiones internas desarrolladas en el grano son menores que en el proceso del secado a altas temperaturas y con enfriamiento rápido, los granos se quiebran menos y los daños disminuyen durante las operaciones posteriores al secado. En el proceso de seca-aireación, la velocidad del flujo puede ser aumentada en el secador, dado que la cantidad de humedad a ser eliminada es menor. El aumento del flujo de granos permite utilizar temperaturas más elevadas del aire de secado, en razón de que el producto permanece menos tiempo en el secador. Con el aumento de temperatura, el aire tiene más capacidad de secado y su eficiencia energética aumenta.
Con la utilización del proceso de seca-aireación, generalmente se obtiene una economía del 20 al 40 por ciento de energía y un aumento de la capacidad de secado del 50 al 75 por ciento. Estos aumentos dependen del contenido inicial de humedad de los granos, de las condiciones climáticas y de las características de la unidad almacenadora.
Figura 47. Esquema de un sistema ideal para la seca-aireación de granos.
Ventilación y enfriamiento. La ventilación de los granos en la seca-aireación se debe iniciar después de cuatro a seis horas de haber introducido en el silo el primer lote de granos. Desde el inicio de la ventilación se puede agregar más producto hasta completar la capacidad del silo, porque el movimiento del aire es de abajo hacia arriba. El ventilador que se utiliza para enfriar el producto debe seleccionarse cuidadosamente para funcionar bajo estas condiciones. Cuando las secadoras que se utilizan en este sistema tienen baja capacidad de secado, se recomienda dejar dos silos para la ventilación y enfriamiento del grano. Cada silo debe tener la capacidad suficiente para recibir todo el grano que va a secarse en un día, de tal modo que mientras un silo está siendo cargado, el otro puede ser ventilado o descargado.
En las unidades almacenadoras equipadas con secadoras de gran capacidad, se recomienda también utilizar más de dos silos para la ventilación y enfriamiento del producto, de modo que la potencia de los ventiladores no sea demasiada elevada.
Equipos utilizados en el proceso. En el establecimiento de un sistema de seca-aireación es importante aprovechar todas las ventajas que el sistema puede ofrecer. La capacidad de los silos de ventilación y enfriamiento debe ser compatible con la capacidad de secado del secador. Se debe considerar, también, la futura expansión del sistema y el hecho de que un silo sobredimensionado no representa un problema, ya que normalmente al final de la cosecha los silos de enfriamiento se transforman en silos para almacenamiento.
El ventilador se debe proyectar de tal manera que proporcione la cantidad de aire necesaria para enfriar el producto en el período de tiempo previsto. En caso de tener solamente dos silos para el enfriamiento, se recomienda que el ventilador suministre un flujo de aire suficiente para que el frente de secado se mueva a la misma velocidad con que se carga el silo. De esa manera, todo el producto permanecerá en reposo dentro del silo por un período de cuatro a seis horas. Bajo estas condiciones, la cantidad mínima de aire que se recomienda es de 13 m³/min por cada tonelada de capacidad por hora del secador.
Cuando se usa la seca-aireación y el secador tiene gran capacidad de secado, el silo se puede llenar en poco tiempo. En estas condiciones, la cantidad de aire que se recomienda para enfriar el grano es de 0,5 a 1 m³/min por tonelada de capacidad del silo. El ventilador, además de proporcionar la cantidad de aire necesaria para enfriar los granos, debe tener la potencia requerida para vencer la resistencia que presenta la masa de granos al paso del aire y la del sistema de distribución del mismo. La distribución del aire en los silos de enfriamiento se realiza generalmente por medio de ducíos con superficies perforadas. La distribución de los ducíos se debe efectuar de tal forma que enfrie toda la masa de granos. Las velocidades de aire recomendables para los sistemas de aireación han sido proporcionadas por Navarro y Calderón (1982).
El movimiento del aire para enfriar el producto en el silo debe ser de abajo hacia arriba, ya que el proceso de enfriamiento se inicia cuando el silo se está llenando. De esta forma, el primer lote de granos que entra en el silo será el primero en ser ventilado y el aire caliente y húmedo que sale del frente de enfriamiento no entrará en contacto con el producto frío, evitando la condensación de humedad y los calentamientos ocasionados por el desarrollo de hongos.
El proceso de seca-aireación requiere de un sistema eficiente para el transporte interno de los granos, puesto que el producto tiene que pasar por los transportadores de granos más veces que en el proceso de secado tradicional. Las principales operaciones de transporte son: i) llenado del secador con producto húmedo; ii) transporte del producto caliente del secador al silo de enfriamiento; y iii) transporte del producto frío al sistema de almacenaje.
Si para determinar la humedad del grano caliente se utilizan equipos electrónicos, es necesario establecer un factor de corrección para obtener mejores resultados, ya que estos equipos no fueron diseñados para medir la humedad en granos con altas temperaturas. En el sistema de seca-aireación, el secador de granos debe ofrecer dos opciones de uso: la operación tradicional y la operación con el sistema de seca-aireación. Para esto, sería conveniente que el diseño del secador permita la transformación de la sección de enfriamiento en sección de secado y, si esto no fuera posible, sería necesario tapar la entrada de aire frío de la sección de enfriamiento de la secadora.
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