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La expresión "Capacidad de secado" tiene una importancia fundamental, porque es un parámetro, quizás el más utilizado en el desempeño de las secadoras. Interviene en casi todos los cálculos, en los proyectos y en los costos de secado de granos.
En general, la capacidad de secado se expresa en unidades comunes como toneladas o quintales por hora, ya sea de grano seco o de grano húmedo.
Expresar la capacidad de una secadora solamente en t/hora o q/hora puede llevar a cierta confusión, pues en realidad, una secadora no tiene una sola capacidad horaria, sino varias, que dependen de varios factores, como la humedad inicial del grano, la temperatura de secado y otros.
Es más lógico expresar la capacidad en quintales por hora y por punto de humedad, valor que se forma de multiplicar la capacidad en q/hora que indica el fabricante por los puntos de humedad que también señala el mismo. Así, una secadora de 30 t/h (300 q/h) para secar maíz de 17 a 13,5% (3,5 puntos), tendrá una capacidad de:
300 q/h x 3,5 puntos = 1 050 quintales-punto/hora
Que se abrevia: 1 050 qp/h
Conocido este valor es fácil calcular la capacidad horaria que tendrá la secadora con diferentes humedades iniciales. Si, por ejemplo, la máquina anterior debiera secar maíz de 23% a 13,5% de humedad (9,5 puntos de diferencia), la capacidad ahora sería:
1050 qp/h / 9,5 p = 11 q/h = 11,1 t/h
Si la humedad inicial fuera de 28% (14,5 puntos de diferencia), la capacidad sería:
1 050 qp/h / 14,5 p = 72q/h = 7,2 t/h
La humedad inicial del grano es entonces, el dete que decide la capacidad horaria de la secadora. Esta información no suele estar bien aclarada en los folletos o catálogos de los fabricantes, o a voces se encuentran diferencias entre los valores de unos y otros. Sin embargo, estos datos sao muy importantes para los usuarios por razones obvias.
Esta determinación de la capacidad horaria puede hacerse también por otro cálculo algo más complejo, pero que nos dará idéntico resultado. Se basa en calcular la merma de humedad real.
La merma real en peso que se origina en un maíz húmedo se calcula con la siguiente fórmula:
Donde:
Hi: Humedad inicial en %
Hf: Humedad final en %
Ya existen tablas con los cálculos hechos, que se encontrarán en el Cuadro 3, Capítulo 1.
Entonces, la merma real, para el mismo ejemplo visto arriba y para una reducción de humedad de 17 a 13,5%, es de:
Para una extracción de humedad de 23 a 13,5, la merma es de:
Sabiendo que la capacidad de fábrica es de 30 t/h, la nueva capacidad horaria se obtiene de la siguiente forma:
Para una extracción de humedad de 28 a 13,5% la merma real, aplicando la misma fórmula, es de 16,76%. Ahora, la capacidad horaria será de:
Que son datos coincidentes con los anteriores.
Se habrá observado que la extracción de humedad de 17 a 13,5% ha sido asumida como valor promedio para calcular la capacidad nominal de una secadora, que más arriba se denominaba "capacidad de fábrica". O sea que, cuando un fabricante indica que su secadora tiene una capacidad determinada, buce referencia a esa extracción de humedad, o alguna muy parecida. Algunos fijan valores entre 18 y 14% ó 18 y 13,5%, mientras que en algunos países la capacidad nominal se establece entre 20 y 15%.
La norma ASAE, de Estados Unidos, establece como capacidad nominal de 25,5 a 15,5% ó de 20,5 a 15,5%, para ese país (ASAE, 1987).
En el Cuadro 9 se han calculado las diferentes capacidades para distintos tamaños de secadoras, de acuerdo a la humedad inicial del grano. Como se ha expresado ya, el intervalo 17% - 13,5% se ha tomado como base para fijar la capacidad nominal.
En la última columna se ha indicado la cantidad de agua a evaporar por cada t de grano y para distintas extracciones de humedad. Multiplicando esa cantidad por la capacidad real respectiva de la secadora, se determina la cantidad de agua a evaporar, o sea lo que se denomina "poder de evaporación".
Debe aclararse que la capacidad nominal y la real se pueden expresar en t de grano húmedo o de grano seco, y no existe unanimidad entre las indicaciones de los diferentes fabricantes. Por supuesto, la capacidad en t de grano húmedo es siempre mayor que la de grano seco. En la propaganda comercial y en los trabajos técnicos debe aclararse de que capacidad se esta tratando.
En el Cuadro 9 los datos de capacidad están referidos a grano húmedo; para transformarlos a grano seco se debe aplicar la fórmula indicada en el Apéndice 3.
Cuadro 9. Capacidad nominal y real de secadoras
Una línea inferior del Cuadro 9 presenta la capacidad en quintales-punto po hora, para un intervalo de 17 a 13,5% de humedad.
El otro valor que puede afectar la capacidad de secado es la temperatura de aire de secado, aspecto que será tratado con mayor abundamiento en el Capítulo V2
Las cifras indicadas en el Cuadro 9 se refieren a una temperatura promedié de 100°C. Si la temperatura se elevara, por ejemplo, a 120°C, esas cifras tendría que ser aumentadas un 20%. Si se redujera la temperatura, por ejemplo, a 45°C (como para secar semilla) la reducción de la capacidad es muy grande, más del 50%
En el Apéndice 3 se presentan algunas fórmulas para calcular el poder d evaporación.
Es un factor también de incidencia en el secado de granos porque tiene influencia en la eficacia del proceso y la calidad de la mercadería.
En forma general se puede afirmar que el deterioro que experimenta un grano en la secadora es consecuencia de la relación temperatura-tiempo, es decir, cuanto calor y durante cuánto tiempo, o sea el calor total aplicado.
Existen hoy secadoras, del tipo concurrente, que trabajan a altas temperaturas de secado, cercanas a 250°C, pero sometiendo el grano a breves períodos de contacto con las mismas, de forma tal que el dono no es significativo.
Algo similar sucede en una secadora de flujo continuo, cruzado o mixto.
Se menciona que los granos muy húmedos no deben estar expuestos a altas temperaturas, pero esto es valido si el tiempo de permanencia a esas temperaturas es prolongado. En caso de ser breve, por el contrario, los granos húmedos pueden admitir más altas temperaturas de aire, pues evaporan gran cantidad de agua y no llegan a calentarse en exceso. Es por ello que las secadoras con temperaturas diferenciales conducen el aire más caliente hacia la parte superior de la cámara de secado, y las menores temperaturas hacia la parte inferior, con lo cual se gana en capacidad y no se electa la calidad del grano.
El tiempo de permanencia está subordinado, entonces, en primer lugar, al porcentaje de humedad del grano. Cuanto mas húmedo ingrese, mayor será el tiempo de permanencia dentro de la secadora, y viceversa.
Un grano húmedo, en las secadoras tipo torre, tiene que descender más lentamente que un grano mas seco, por aquellas razones.
El tiempo de residencia se regula modificando la cantidad de vaivenes del descargador basculante de la secadora, o variando el régimen de vueltas de los extractores que son los dos procedimientos más comunes de descarga de granos en las secadoras actuales.
Si no se modificara la velocidad de descarga para adecuarlo a la humedad inicial, puede suceder que un grano húmedo salga de la secadora con humedad todavía alta, y que un grano más seco salga sobresecado.
Pero el tiempo de residencia depende igualmente de otros factores, como del tipo de grano a secar (hay granos de fácil secado, como el girasol), de la temperatura del aire de secado, y por supuesto de la humedad final que se pretende.
En una secadora determinada el tiempo de permanencia promedio se calcula dividiendo el volumen total de la misma, traducido a toneladas, por la capacidad horaria en ese momento.
En las secadoras argentinas, tomando la capacidad nominal (secando de 17 a 13,5%) el tiempo de permanencia promedio, para el maíz, es de una hora.
El tiempo de residencia también puede ser medido si se conoce la altura de las cámaras de secado y de enfriamiento, y la velocidad de calda del grano en la secadora.
Debe tenerse presente que en caso de secar partidas con poca humedad, que requerirían tiempos de permanencia muy cortos, se deben alargar esos tiempos porque si no, la máquina no tendría tiempo suficiente para el enfriamiento (tema "Enfriamiento").
El concepto de velocidad de secado es algo diferente al de tiempo de permanencia, pero está relacionado.
Se entiende por velocidad de secado a los puntos de humedad que se extraen en una unidad de tiempo, generalmente una hora. Así se habla de una extracción de humedad, por ejemplo, de cuatro puntos/hora.
Era común expresar que no convenía extraer más de 5 puntos/hora en el caso del maíz, y valores menores para el trigo y otros granos. Si la extracción no alcanzaba con 5 puntos/hora (por ejemplo de 22 a 14%) se recomendaba hacer dos pasadas por la secadora, ya que velocidades mayores podían afectar la calidad del grano y originar falta de uniformidad en el secado, mayor proporción de revenido y otros problemas.
Pero la velocidad de secado es también dependiente del tipo de grano, pues algunos granos se secan con mayor facilidad, como se ha expresado más arriba.
Puede afirmarse que las semillas pequeñas pierden su humedad con mayor facilidad que las más grandes. Se ha observado que el maíz, por ejemplo, necesita más tiempo para secarse que el trigo.
Es común escuchar que los maíces dentados se secan con mayor velocidad que los córneos duros. Esta aseveración suele comprobarse en el proceso de secado natural a campo, por la mayor precocidad de los dentados, corno se explica más abajo. Es posible que hacia fines de febrero ya haya maíces dentados con 20% de humedad, mientras que los colorados duros tengan aún el doble.
Se considera que esa diferencia es debida, en parte, a la distinta proporción de endosperma vítreo y de endosperma harinoso que tienen esos dos tipos de maíces. Cuanto mayor es la cantidad de endosperma harinoso, más fácil es la pérdida de humedad, lo que sucede en los maíces dentados.
Investigaciones llevadas a cabo por Gustafson(1986) han demostrado que si la velocidad de secado del endosperma córneo es de 1, la del endosperma harinoso es de 1,4, y la del germen, 5 veces más rápido.
Sin embargo, las opiniones no son tan coincidentes cuando se refiere al secado artificial. Muchos acopladores y cerealistas manifiestan que se secan más rápido los maíces dentados, pero algunos investigadores, como Lasseran (1982) no han encontrado diferencias.
Las diferencias pueden ser debidas también a la distintas formas de los granos y a la mayor o menor dificultad para el paso del aire caliente.
Se menciona, igualmente, que hay desigualdad en la velocidad de secado entre híbridos de maíz, lo cual es posible determinar en laboratorio, pero que no siempre se corresponden con los resultados del secado comercial. Stroshine (1986) dice que ha encontrado diferencias en velocidad de secado entre híbridos americanos, pero solamente a altas humedades iniciales, pero que a humedades inferiores a 18%, las diferencias desaparecen.
Los cultivares precoces mencionados, hablando de maíz, pueden, entonces, facilitar en buena parte el secado, por diversos motivos: llegan a la madurez del grano en épocas tempranas y más cálidas, antes que otros cultivares, espaciando mejor la cosecha, favorecen el trabajo de las secadoras y el manejo de las plantas de acopio.
Simplifican la tarea de las cosechadoras, pues hay menos plantas caídas, se encuentran pisos más firmes, y la duración de la jornada es más larga por haber más horas de luz.
Al utilizar estos híbridos precoces debe tenerse presente que su rendimiento por ha puede ser menor que los híbridos normales, por lo cual su elección tiene que hacerse en forma cuidadosa.
Hay dos magnitudes que son importantes en las dimensiones de esta cámara: la altura y la profundidad. En las secadoras de columnas continuas o en tandas, se agrega una tercera, el espesor de la columna (Figura 28).
Altura y profundidad influyen en la capacidad de secado. La profundidad, siempre que haya uniformidad en toda su longitud en cuanto a temperatura del aire de secado y al caudal de aire.
El espesor de las columnas suele tener diferentes variaciones en las distintas marcas, pues en general tiene un promedio de unos 30 cm.
También interesa conocer el volumen de esta cámara, en m³, que permite calcular el caudal específico de aire caliente, entre otros datos.
La temperatura del grano durante el proceso del secado es factor primordial por su relación, no solamente por la calidad del grano (como se explica en el Capítulo X) sino también por su influencia en el enfriamiento posterior en la maquina, y por su gravitación en otros métodos, como la seca-aireación y el secado combinado.
En general, puede afirmarse que la temperatura del grano es tanto mas baja cuanto más elevada sea la humedad inicial; una razón es la mayor evaporación que se produce, que absorbe calor, y la otra es que, al ser mayor el tiempo de permanencia del grano en la secadora, existe más tiempo disponible para el enfriamiento.
Giner (1990) ha presentado un gráfico donde se señalan las temperaturas que puede alcanzar el grano (Figura 29) al final del secado, de acuerdo a la humedad inicial. Si bien estos resultados han sido obtenidos por un modelo matemático y no siempre coinciden con los datos reales, muestran una tendencia de lo que sucede con el enfrentamiento posterior.
Por el contrario, los granos sobresecados salen de la secadora con mayor temperatura, en relación a los granos con humedad final normal. Al sobresecar los granos, éstos se calentarán siempre de más, pues de otra forma no se puede retirar una humedad fuertemente retenida por el endosperma del grano.
Figura 28. Medidas de una cámara de secado h: altura; p: profundidad; e: espesor de la columna
Figura 29. Temperatura de los granos luego del enfriamiento (Doc. Giner)
Los granos que salen de la secadora con mayor humedad, por ejemplo, 16%, lo hacen menos calientes que los que salen más secos.
Agness e Isaacs (1967) expresan que la temperatura del aire usado - y por consiguiente la del grano - disminuye alrededor de 0,5 a 0,6°C por cada punto mas que tenga la humedad inicial del grano. Por ejemplo, un grano con humedad inicial de 2096 que sale de la cámara de aire caliente a 50°C, si ingresara a la secadora con 34% de humedad, saldría con una temperatura aproximada de 42°C.
Es difícil que el grano adquiera la temperatura del aire de secado en las secadoras continuas tipo torre. En secadoras comunes los granos normalmente salen con 40 a 60°C de la zona de secado, aun con temperaturas del aire entre 100 y 120°C. Pero en secadoras antiguas, o de diseño poco satisfactorio, los granos pueden llegar a muy altas temperaturas, sobre todo en algunas partes de la máquina.
Por otra parte, cuando el grano es descargado de la maquina a altas temperaturas, mayores que las consideradas normales, significa una pérdida directa de calor, y un consumo extra de energía en la aireación posterior para enfriarlo. Esta pérdida no existe cuando se aplica seca-aireación o secado combinado.
La capacidad de enfriamiento de una secadora tiene importancia, pues hay que tener presente que durante el periodo de enfriado los granos continúan secándose, aunque en menor proporción. Se calcula que puede evaporarse entre un 0,5 a 0,8% de humedad en esta zona. Esta cantidad es mayor cuanto mayor sea la temperatura del grano y menor sea el caudal de aire de enfriado.
Las reglamentaciones vigentes exigen que la temperatura del grano que sale de la secadora no supere en 5°C la temperatura del aire ambiente, aunque este valor es relativo.
En casos que la humedad inicial del grano sea muy baja, el tiempo de permanencia es corto (o sea que el grano escurre con mayor velocidad) y puede suceder que no haya suficiente tiempo para el enfriamiento, de suerte tal que el grano saldrá demasiado caliente de la secadora.
Se precisan por lo menos unos 30 a 40 minutos en ciertas secadoras en la sección de enfriamiento para enfriar el grano; si el secado dura menos, entonces el enfriamiento será insuficiente.
En algunas secadoras se podrá cambiar, ante esta situación, la posición de las compuertas o divisores de distribución del aire caliente y del aire frío, dándole mas volumen a este último. En otros casos se deberá reducir la velocidad del proceso disminuyendo la descarga, pero al mismo tiempo habrá que disminuir la temperatura del aire de secado regulando el quemador.
Otra solución consiste en derivar ese grano demasiado caliente a un silo con aireación para enfriarlo aprovechando las horas nocturnas, o si no volverlo a pasar por la secadora con los quemadores apagados. Al principio se producirá una cierta condensación de humedad, que deberá ser eliminada convenientemente.
Así como hay que aumentar el tamaño de la zona de enfriamiento en los casos mencionados, en ciertas oportunidades habrá que hacer la operación contraria, es decir, reducir dicha zona. Esto es aplicable en casos de secar granos con alto porcentaje de humedad, en que la velocidad de descarga se reduce apreciablemente, y entonces puede suceder que el período de enfriamiento se alargue en forma excesiva, lo cual puede ocasionar una reabsorción de humedad por parte del grano.
Entonces, para un correcto enfriamiento, la secadora debería permitir un buen período de permanencia del grano, lo cual facilitaría el enfriado y a su vez un mejor secado complementario. Para que esto sea posible, la velocidad del grano en la cámara de enfriamiento debería ser menor, ya sea ensanchando allí las columnas en las secadoras de columnas, o aumentando el tamaño de la cámara de enfriamiento.
Algunas secadoras modernas, construidas por módulos individuales, uno arriba del otro, cada uno con su propio quemador, permiten con facilidad aumentar o disminuir la cámara de enfriamiento, apagando o encendiendo los respectivos quemadores.
Otro detalle a tener presente es que la temperatura del grano que sale de la secadora es mayor durante las horas más cálidas del día que durante las horas nocturnas.
Una secadora trabajando en las horas de calor con una temperatura exterior de 30°C, por ejemplo, puede dejar el grano con 35°C a la salida, pero en las horas de la noche, el grano puede salir a 20°C - 25°C. En el primer caso, se deberá tena mucho cuidado en el almacenamiento, y deberá ser enfriado con aireación nocturna.
Sin embargo, el rendimiento de la secadora sera bastante superior en las horas de calor comparado con las horas nocturnas, pues el aire tiene más temperatura y menos humedad relativa.
Del mismo modo, una secadora trabajando en zonas de clima cálido tendrá mayor rendimiento que la misma máquina en zonas de clima frío.
Si la temperatura es muy cálida, no se pueda enfriar bien el grano, por lo cual, dentro de lo posible, convendrá realizar el secado durante la noche.
Una precaución a tener en cuenta es que la alimentación de aire del ventilador de enfriamiento se efectúe directamente del exterior, evitando que ingrese aire más caliente por influencia de los quemadores, o debido a que la secadora se encuentra en el interior de edificios o estructuras donde hay aire a mayor temperatura.
Por el contrario, en regiones donde priman temperaturas exteriores muy frías, en las que exista el peligro de congelamiento de los granos, hay que permitir un leve calentamiento del aire al ingresar en la cámara de enfriamiento.
En ciertas máquinas es posible aumentar el caudal de aire frío casi hasta el doble y de esta forma reducir el tamaño de la zona de enfriamiento y aumentar consecuentemente la zona de secado.
Se ha comprobado que una corriente de aire en contracorriente, es decir, hacia arriba mientras el grano va descendiendo, es mucho más efectiva para enfriar el grano que una corriente cruzada. Desde el punto de vista de eficiencia todas las secadoras debieran enfriar por contracorriente, pero el problema es de orden practico para instalar un sistema de esta naturaleza en una secadora de columnas o de caballetes.
Además la altura de la cámara de enfriamiento podría reducirse en una cierta proporción si se aplica esta técnica.
En general, en nuestras secadoras el volumen de enfriamiento es de alrededor de un tercio del volumen total de las cámaras de la máquina, o sea que los dos tercios restantes corresponden a la cámara de aire caliente. Sin embargo, estos valores son variables según las marcas, existiendo máquinas que permiten modificar la proporción entre arabas cámaras. En algunos modelos es posible suprimir la zona de enfriamiento y convertir la máquina "toda caliente".
Las secadoras europeas, sobre todo las francesas, se caracterizan por tener una zona de enfriado bastante menor, por ejemplo en muchas máquinas de aquel origen la cámara de enfriamiento solo tiene un 10% del total del volumen (Figura 34).
Las razones que explican este menor tamaño hay que encontrarlas - como se dijo en un tema anterior - en la elevada humedad inicial del maíz. La gran evaporación de agua que se produce en estos casos, no permite que el grano se caliente en exceso y pueda ser enfriado con mayor facilidad. Téngese en cuenta que en Francia las humedades iniciales para el secado se encuentran entre 35 y 40%.
Por otra parte, debe tenerse presente que las temperaturas ambiente en aquellos países son más frías, lo que favorece el proceso.
Esta disposición, con cámaras de secado proporcionalmente mayores, mejora la capacidad de la secadora, a fin de adaptarla a diferentes humedades iniciales del grano.
Como una forma de mejorar el proceso, se recomienda que el aire frío del exterior atraviese la columna de grano por la pared externa de la misma, pues así el grano más caliente y sobresecado de la parte interna del plenum es enfriado a un ritmo menos severo que si el aire frío entrara por el lado interno. La proporción de fisurado o cuarteado de grano se reduce de esta forma.
La proporción del enfriamiento en relación al calentamiento se puede calcular, conociendo los volúmenes de ambas cámaras, de la siguiente forma:
Donde:
N es el volumen de la cámara de enfriamiento
M es el volumen de la cámara de calentamiento
Siendo de tal importancia las temperaturas máximas que puede soportar un grano determinado, se recomienda tener muy en cuenta los valores respectivos, que Figuran, además, en el capítulo donde se bata del secado de cada especie agrícola.
Nellist (1986) aconseja las siguientes máximas temperaturas de grano.
| Humedad inicial % | Temperatura máxima °C | |
| Grano para semilla, | 18 | 67 |
| cebada cervecera y | 20 | 65 |
| trigo para molienda | 22 | 63 |
| 24 | 61 | |
| 26 | 59 | |
| 28 | 57 | |
| 30 | 55 | |
| Granos para forraje | 82 - 104 |
Para maíz destinado a molienda húmeda en Estados Unidos no debieran superarse los 60°C, pero en Francia admiten 80-90°C para secadoras de caballetes, de diseño moderno.
Es oportuno establecer que si bien a mayor humedad inicial del grano, las temperaturas máximas que puede soportar el grano deben ser menores, esto no significa que también deben serlo las temperaturas del aire de secado.
Por ejemplo, al secar trigo con 30% de humedad inicial, destinado a la molienda, no se debe calentar el grano a más de 50°C, aunque es posible secarlo con aire a 80°C.
Sin embargo, para secar trigo con 18% de humedad, el grano puede soportar una temperatura de 67°C, pero el aire de secado no deberá exceder los 70°C, debido a lo expresado en el inciso 6 de este capítulo.
Para medir correctamente la temperatura de los granos, a la salida de la secadora, debe hacerse con un recipiente térmico, es decir, aislado suficientemente del exterior. Para ello, el recipiente se llena con el grano que sale de la secadora y se deja que se caliente durante un minuto. Se vuelca esa muestra y se vuelve a llenar con el grano que sale de la secadora. Se tapa con una tapa provista de UD termómetro y se mide la temperatura. En el comercio pueden conseguirse termos especiales para esta operación.
Las sondas para medir la temperatura dentro de la secadora, deberían estar ubicadas en toda la altura de la torre. La más importante es la que se coloca en la zona baja, justo antes de la cámara de enfriamiento.
Esta es una operación fundamental en todas las secadoras continuas, particularmente en las máquinas verticales.
Como se ha expresado, esta parte de la secadora es la encargada de regular la velocidad del grano dentro de la misma, en función de la humedad inicial.
Pero además, interesa en forma primordial que la descarga se haga en forma pareja, de suerte que todos los granos fluyan uniformemente.
Son varios los sistemas empleados con estos fines. Uno es el sistema basculante, que tiene la posibilidad de variar la amplitud de las oscilaciones. Otro es el de roscas helicoidales, ubicadas debajo de las columnas de granos, cuya velocidad de rotación es regulable. Otras maquinas poseen rodillos con paletas en cada una de las pequeñas tolvas en que se divide toda la superficie horizontal de la descarga.
Siendo una sección tan importante es aconsejable que posea aberturas que se puedan abrir para inspección, las que también sirven para tomar muestras de granos.
En máquinas modernas la descarga es intermitente, es decir que cuando se acciona el mecanismo que abre las portadas o esclusas inferiores, por un tiempo breve que dura dicha descarga (a veces 1-2 segundos) se cierra el paso del aire de los ventiladores por algún sistema especial. Esto se efectúa para evitar la producción de una gran cantidad de polvo y de materias livianas.
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