Secado en lecho fijo

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Descripción y aspectos generales. El secado de lotes de granos y semillas en un secador de lecho fijo es una operación simple. El costo inicial para la instalación de este sistema de secado puede estar al alcance de la gran mayoría de los agricultores, ya que es más bajo que el de un secador comercial. Otro aspecto interesante de este tipo de secador es su versatilidad, puesto que se pueden secar diferentes granos y semillas: café en "cereza", frijol en vaina, maíz en mazorca, yuca en trozos y cacahuate en rama o desgranado. Este tipo de secador también puede ser utilizado para curar bulbos de ajo y cebolla. Las partes que componen el secador de lecho fijo son: i) la cámara de secado, ii) un piso de lámina o chapa metálica perforada, iii) una cámara de distribución del aire con expansión gradual, iv) un ventilador para mover el aire y v) un horno de calentamiento. La construcción en su mayor parte es de albañilería (figura 24).

Cámara de secado. La cámara de secado se encuentra arriba de la chapa perforada y en ella se coloca el material que va a ser secado. Sus dimensiones varían en función de la cantidad de granos que se va a secar. En el Brasil, por lo general se utiliza una capa de granos de 0,40-0,60 m de altura, ya que si se secan los granos con una altura superior se pueden presentar problemas de falta de uniformidad en el secado. Para evitar este problema se recomienda revolver los granos a intervalos regulares, de modo que al final del proceso su contenido de humedad sea uniforme. Si la capa de granos es muy alta, es difícil revolver los granos en forma manual. La altura de la cámara de secado es de 0,70 m y debe estar provista de puertas en sus paredes laterales con el objeto de permitir la descarga y el envasado del producto, y se deben colocar deflectores en sus esquinas para evitar la canalización del aire.

Figura 24. Vista general del secador de lecho fijo.

Lámina chapa perforada. La cámara de secado está separada de la cámara de distribución de aire por una lámina o chapa metálica perforada de 1,5 mm de espesor. Esta chapa debe tener perforaciones circulares de hasta 1,5 mm de diámetro, en un mínimo del 10 por ciento de su superficie total. La chapa perforada tiene el objetivo de sustentar el producto y permitir el paso de aire por la masa de granos.

Cámara de distribución de aire con expansión gradual. La cámara de distribución de aire está debajo de la chapa perforada. La altura de esta cámara se dimensiona de modo que la velocidad del aire proveniente de la expansión gradual sea la menor posible, para evitar pérdidas de la presión del ventilador y facilitar la distribución del aire en la masa de granos. Generalmente, esta cámara se construye con una altura de 0,5 m, lo que facilita el proceso de envasar los productos durante la descarga del secador. La expansión gradual es la parte del secador de lecho fijo que conecta el ventilador con la cámara de distribución del aire. Su principal función, por lo tanto, es reducir la velocidad del aire que sale del ventilador. La expansión se debe calcular de modo que el ángulo de abertura sea el menor posible para que la pérdida de presión del ventilador no sea muy elevada; sin embargo, se debe tener en cuenta la longitud de la expansión para que el ventilador no quede muy lejos de la cámara de distribución del aire, y para no aumentar innecesariamente el tamaño del conjunto.

Ventilador. El tipo de ventilador más empleado en el secador de lecho fijo es el centrífugo de aspas inclinadas hacia atrás. Las dimensiones del ventilador se calculan en base al flujo de aire que se desea pasar por la masa de granos y la altura de la capa de granos. El flujo de aire que se utiliza para el secado de granos en este tipo de secador varía de 10 a 30 m³ de aire por cada metro cúbico de producto. La temperatura del aire de secado varía entre 35°C a 70°C. Se recomienda que el ventilador esté conectado al motor por medio de correas o bandas de transmisión, ya que el aire de secado (aire caliente) pasa por el ventilador. La presión que el ventilador suministra al aire se debe calcular considerando el producto que presenta mayor resistencia al paso del aire.

Horno para calentamiento del aire. Para calentar el aire se puede utilizar cualquier tipo de horno o quemador. El combustible que se utiliza depende del tipo de horno o quemador y pueden ser los subproductos agrícolas, la leña, derivados del petróleo, gas metano, propano, etc. En el Brasil, donde está prohibida la quema de combustibles derivados del petróleo para el secado de productos agrícolas, se emplea la leña como combustible en la mayoría de los hornos de los secadores. En los países con problemas de deforestación se recomienda utilizar otros productos como la cascarilla de arroz, paja, residuos de mazorcas, etc.

Dimensiones del secador. En el cuadro 16 se recomiendan algunas dimensiones para el secador (ancho y largo de la cámara de secado) las cuales se calcularon en base a láminas o chapas perforadas de 2 m x 1 m. De esta manera se evita, en la mayoría de los casos, cortar las chapas en pedazos menores.

CUADRO 16: Dimensiones del secador de lecho fijo. Recomendaciones

Tamaño del secador Dimensiones Area de la chapa perforada (m²) Capacidad máxima de cámara de secado (m³)*
  Largo (m) Ancho (m)    
1 6,0 4,0 24,0 16,8
2 5,0 4,0 20,0 14,0
3 6,0 3,0 18,0 12,6
4 5,0 ** 3,0 15,0 10,5
5 4,0 3,0 12,0 8,4
6 4,0 ** 2,5 10,0 7,0

* Para la altura de la cámara de secado de 0,70 m.
** Tamaño del secador para el cual es necesario cortar la chapa perforada de 2 x 1 m.

Capacidad del secador. En el cuadro 16 se mostró la capacidad en metros cúbicos para diferentes tamaños de la cámara del secador de lecho fijo, considerando una altura de 0,70 m. En el cuadro 17 se presentan las alturas máximas de la capa de granos que se recomiendan para el secado de varios productos y sus respectivas capacidades; en el cuadro 18 las características del ventilador.

CUADRO 17: Capacidad máxima de secado por lote para diferentes tamaños de secador, en función del espesor máximo recomendable de la capa de granos

Producto Espesor máximo de la capa de granos (m) Tamaño del secador - Capacidad máxima por lote (kg)
    1 2 3 4 5 6
Maíz desgranado

(750 kg/m³)

0,5 9.000 7.500 6.750 5.625 4.500 3.750
Café cereza

(600 kg/m³)

0,5 7.200 6.000 5.400 4.500 5.625 3.000
Arroz con cáscara

(600 kg/m³)

0,4 5.760 4.800 4.320 3.600 4.500 2.400
Frijol (750 kg/m³) 0,5 9. 000 7.500 6.750 5.625 3.600 3.750
Raspadura de mandioca (700 kg/m³) 0,4 6.720 5.600 5.040 4.200 5.625 2.800
Cacahuate con cáscara

(240 kg/m³)

0,6 3.456 2.850 2.592 2.160 4.200 1.440
Sorgo (750 kg/m³) 0,5 9.000 7.500 6.750 5.625 4.500 3.750

CUADRO 18: Características ventilador (flujo de aire y presión estática) recomendable para cada tamaño de secador

VENTILADOR *

Tamaño del secador Espesor máximo de la capa de granos Flujo del aire (m³ min.-1m³ de grano) Flujo total del aire (m³ min.-1) Presión estática (mm de columna de agua) Potencia del motor eléctrico (Hp)**
1 0,5 20 240 80 10,0
2 0,5 20 200 80 7,5
3 0,5 20 180 80 7,5
4 0,5 20 150 80 5,0
5 0,5 20 120 80 5,0
6 0,5 20 100 80 4,0

* La presión estática fue calculada utilizando como referencia el arroz con cascarilla.
** Para una eficiencia del 50 por ciento del conjunto motor-ventilador.

Para elegir el tamaño del secador de una finca, centro de acopio, etc., es necesario considerar la cantidad de producto que se desea secar en cada lote, ya que en algunos casos puede ser necesaria la construcción de más de un secador de lecho fijo, dependiendo de la cantidad de producto que se cosecha diariamente. El ventilador del secador de lecho fijo se dimensiona en base al flujo de aire que se va a utilizar en el secado y del espesor de la capa del producto. En el cuadro 18 se proporcionan las características del ventilador para los tamaños de secadores mostrados en el cuadro 16.

Materiales necesarios para el secador de lecho fijo. Para un secador de 4 m de largo por 3 m de ancho con capacidad de 7,4 m³, con una altura de la cámara de secado de 0,70 m, se requieren los materiales que se detallan a continuación. En esta lista no está incluido el material para el techo y la instalación eléctrica.

Construcción del secador. El secador de lecho fijo debe ser instalado, si es posible, cerca del almacén (figuras 25 a 30).

Figura 25. Preparación del lugar donde se va aconstruir el secador de lecho fijo.

Figura 26. Diagramas de la base del secador.

Figura 27. Diagramas que muestran la forma de acoplar el ventilador al secador.

Figura 28. Estructura metálica y piso perforado del secador.

Figura 29. Construcción de la puerta de descarga del secador.

Figura 30. Construcción de la puerta del horno y de la puerta de inspección.

Figura 31. Construcción del registro de la entrada del aire de combustión.

Figura 32. Construcción del horno de combustión.

En el secador de lecho fijo se puede utilizar cualquier tipo de combustible para calentar el aire (por ejemplo: quemadores de aceite combustible, aceite diesel, cáscara de arroz, etc.), para lo cual basta con reemplazar el horno de leña. La construcción del secador se realiza, en la forma descrita con anterioridad, hasta la parte correspondiente al horno. La construcción del quemador o generador de calor se efectuaría de acuerdo con el combustible disponible.

Figura 33. Parte superior del horno de combustión.

Figura 34. Terminado del horno de combustión

Figura 35. Instalación del termómetro.

Figura 36. Vista general del secador ya terminado.

 

Operación del secador de lecho fijo. La operación del secador de lecho fijo es simple; sin embargo, deben tenerse en cuenta algunos detalles para evitar que el producto se dañe.

  1. La capa de granos de la cámara de secado debe nivelarse siempre durante el proceso de secado
  2. Para iniciar el proceso de secado no es necesario cargar el secador hasta la altura máxima recomendable; se puede iniciar con una capa de producto de 0,10 m de espesor.
  3. Se recomienda la instalación de un termómetro en el secador para medir la temperatura del aire de secado. Este termómetro puede ser del tipo carátula, que está provisto de un tubo de cobre flexible y un bulbo de longitud suficiente para quedar expuesto al aire de secado. Se debe observar periódicamente la temperatura del aire de secado. El control de la temperatura se realiza abriendo o cerrando las puertas de entrada del aire frío y la puerta localizada en el recipiente para la ceniza. En el cuadro 19 se recomiendan las temperaturas máximas del aire para el secado de algunos productos agrícolas; también se muestran los intervalos de tiempo necesarios para mezclar la masa de granos. Estos consejos son útiles para evitar daños térmicos al grano y falta de uniformidad en el secado.
  4. Con el objeto de lograr un almacenamiento seguro, el grano se debe enfriar después del período de secado. Para ello, en la última hora del secado se recomienda no agregar más leña al horno, dejando que se queme la leña existente y abriendo todas las entradas de aire frío. De esta manera, la temperatura del aire de secado disminuye gradualmente, al igual que la temperatura del producto. El grano está en condiciones de ser almacenado cuando su temperatura es igual a la del medio ambiente o superior en un máximo de 3°C.
  5. La humedad del producto se debe determinar antes del secado, durante el secado y después que el grano está frío. De esta manera se puede saber si el producto alcanzó el contenido de humedad final deseado, o si quedó húmedo o demasiado seco. La determinación de humedad del grano se puede efectuar utilizando los determinadores de humedad que existen en el mercado. El CENTREINAR desarrolló un determinador de humedad simple y barato que funciona a base de la destilación y recolección del agua del grano. Informaciones sobre la construcción y operación de este determinador de humedad simple, llamado LATATA, están disponibles en la publicación de la Serie CENTREINAR N° 7.

CUADRO 19: Temperatura máxima del aire para el secado de algunos productos agrícolas, en función de su uso, e intervalos de tiempo para mezclar el grano

Producto Finalidad Temperatura máxima 0°C Intervalo para revolver el grano hs.
Maíz Semilla 40 2
  Consumo 60 2
Arroz con cáscara Semilla 45 2
  Consumo 50 2
Frijol Semilla 40 2
  Consumo 45 2
Café Consumo 50 3
Soja Semilla 40 2
  Consumo 60 2
Raspadura de mandioca Consumo 60 2
Cacahuate con cáscara Semilla 30 -
  Consumo 35 -
Sorgo Semilla 40 -
  Consumo 60 -

 

Secado de arroz en secador de lecho fijo. Por lo general, la cosecha de arroz se lleva a cabo cuando los granos aún están muy húmedos para evitar el excesivo desgrane de las espigas y la pérdida del grano. Es común encontrar niveles de humedad superiores al 26 por ciento en arroz cosechado en zonas húmedas o lluviosas. El secado, por lo tanto, constituye la operación más importante en el procesamiento del arroz, pues de esta operación dependerá su calidad y futura comercialización. Es importante señalar que el producto debe tener buena calidad al salir del campo, ya que su procesamiento posterior no puede mejorarla, sino solamente mantenerla hasta el consumo. Un buen secado puede incrementar el porcentaje de granos enteros en los molinos hasta en 68 6 70 por ciento, en comparación con el rendimiento industrial que produce entre el 54 y el 56 por ciento.

El secado del arroz en el secador de lecho fijo también es sencillo; sin embargo, la configuración del secador difiere en comparación con aquellos para otros tipos de granos (Figuras 37, 38 y 39). En relación con la construcción, el único cambio propuesto en el secador es la existencia de dos cámaras de secado independientes, conectadas a un mismo ventilador y horno. Otro aspecto que difiere es la presencia de una válvula o compuerta para el flujo de aire, que sirve para desviar todo el aire para una de las cámaras de secado, bloqueando el paso hacia la otra.

Figura 37. Vista general del secador de lecho fijo para arroz.

Figura 38. Plano del secador de lecho fijo para arroz.

Figura 39. Corte con los detalles del secador de lecho fijo para arroz.

El secado de arroz debe recibir cuidados especiales para que el producto que se obtiene sea de buena calidad. Así, se recomienda que la temperatura del aire de secado sea de 50°C como máximo y la altura de la capa de granos, no mayor de 0,40 m. Además, el secado debe ser efectuado de tal modo que el producto pase por diversos períodos de reposo. Por lo general, el producto es sometido a secado durante un período de dos horas; después se revuelve el grano y se deja en reposo (sin secado) durante dos horas.

Este proceso se repite hasta que el arroz esté seco (contenido de humedad cercano al 13%, base húmeda). Un resumen del proceso de secado, en el que se utilizan las dos cámaras de secado y la válvula de flujo de aire, se muestra en el cuadro 20.

CUADRO 20: Esquema de la operación de secado de arroz en el secador de lecho fijo con dos cámaras de secado y compuerta para el flujo de aire

Pasos de la operación Operación cámara 1 Compuerta para el flujo del aire Operación cámara 2
1 Llenado Abierta cámara 1  
2 Secado (1 hora) Abierta cámara 1 Llenado
3 Reposo (1 hora) Abierta cámara 2 Secado (1 hora)
4 Secado (1 hora) Abierta cámara 1 Reposo (1 hora)
      mezcla de los granos
5 Reposo (1 hora)

mezcla de los granos

Abierta cámara 2 Secado (1 hora)

Repetir el proceso hasta que el producto en la cámara 1

alcance el contenido de humedad deseado

  Enfriado Abierta cámara 1 Reposo ( 1 hora) mezcla de los granos
  Descarga Abierta cámara 2 Enfriado

Secador de lecho fijo modelo Tailandia. El secador de lecho fijo desarrollado y usado en Tailandia para el secado del arroz, es un modelo semejante al representado anteriormente (con una cámara de secado). Este modelo puede emplear combustibles líquidos para calentamiento del aire y también hornos que queman cascarilla de arroz (figura 40).

Figura 40. Secador de lecho fijo modelo Tailandia.


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