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El secado a bajas temperaturas es el m�todo 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 despu�s del secado (figura 11). Para poder utilizar un silo se requieren algunas caracter�sticas especiales que no son necesarias para los silos que se emplean solamente para el almacenamiento. La primera caracter�stica se refiere al piso que debe consistir en una placa met�lica que tenga por lo menos el 10 por ciento del �rea perforada para facilitar la distribuci�n 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 (di�metro 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 t�rmico e higrosc�pico con las condiciones psicrom�tricas 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 acci�n del viento.
Figura 11. Silo con el piso perforado para secado a bajas temperaturas.
Las condiciones atmosf�ricas (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 combinaci�n 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 cap�tulo VI, se presentan los valores de humedad de equilibrio para el ma�z, 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 dise�ado y manejado correctamente, es un m�todo econ�mico y t�cnicamente eficiente. En las unidades de almacenamiento peque�as, el sistema es muy interesante porque la inversi�n inicial de capital es menor que la que se requiere para instalar sistemas que emplean altas temperaturas; sin embargo, existe un l�mite a partir del cual los costos pueden ser mayores, esto es, cuando se requiere un gran n�mero de silos de secado debido a los grandes vol�menes 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 m�s bajo. No obstante, estos datos deben estudiarse con m�s cuidado antes de ser aplicados en Am�rica Latina.
Algunos grandes productores de granos para semillas est�n utilizando el secado a bajas temperaturas para obtener una semilla de mejor calidad, en comparaci�n con la que se obtiene con los secadores que utilizan aire a altas temperaturas. En el secado a bajas temperaturas, la p�rdida de humedad es lenta y el producto no est� sometido a cambios bruscos, lo que evita las tensiones internas de los granos; adem�s, el producto tiene menos movimientos, con lo que se reducen los da�os mec�nicos 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, m�s r�pida es su deterioraci�n si no se reduce r�pidamente 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 m�s potentes.
La temperatura media del aire es otro factor que es necesario considerar, ya que el proceso de deterioraci�n tambi�n se acelera con el aumento de la temperatura. En el Brasil se ha recomendado la utilizaci�n 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, ser�an de tal magnitud que impedir�an la viabilidad econ�mica del sistema. En los pa�ses de clima templado, este l�mite es m�s flexible, pudiendo llegar hasta el 28 por ciento de humedad.
C�mo 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 per�odo de secado se pueden distinguir, en el silo, tres capas con distinto contenido de humedad (figura 12). En la primera capa, que est� formada por granos secos, el producto alcanz� su equilibrio higrosc�pico con las condiciones del aire. En la segunda capa, llamada frente de secado, el aire est� absorbiendo humedad del producto; generalmente el espesor de esta capa var�a entre los 30 y los 60 cent�metros. La tercera capa est� formada por granos h�medos, 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 evaporaci�n 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 m�s comunes y el contenido de humedad m�nimo para su desarrollo en ma�z, sorgo y soja. El cuadro 2 muestra las temperaturas m�nimas y �ptimas para el desarrollo de algunas especies de hongos, ya que la temperatura tambi�n influye en su desarrollo. Si el contenido de humedad no se mantiene bajo los niveles citados en el cuadro i, siempre existir� el peligro del ataque de hongos.
Otro factor que influye en la deterioraci�n de los granos lo constituye el proceso de respiraci�n, ya que se libera energ�a a trav�s de la oxidaci�n de carbohidratos y otros nutrientes org�nicos. Si esa energ�a no se disipa, los granos aumentan volviendo m�s propicio al medio para el desarrollo de los hongos.
CUADRO 1: Contenido de humedad m�nimo en algunos granos para el desarrollo de los hongos de almac�n (%)
| Especie de Hongos | Producto |
||
| Ma�z | 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 m�nima y �ptima para el desarrollo de algunas especies de hongos
| Especie de Hongos | Temperatura |
|
| M�nima | 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 p�rdida de materia seca del producto en funci�n del contenido de humedad, la temperatura y los da�os mec�nicos se ha usado la producci�n de CO2 por la masa de granos. El cuadro 3 muestra el tiempo que puede permanecer el ma�z en determinadas condiciones de humedad y de temperatura, sin que la p�rdida de materia seca supere el 0,5 por ciento. Estos valores se obtuvieron utilizando el modelo matem�tico 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 din�mico y que si la masa de granos se deja en un silo sin ventilaci�n, con alto contenido de humedad, podr� deteriorarse en menos tiempo que el previsto en el cuadro 3. Sin ventilaci�n, los granos se calentar�n como resultado de su proceso respiratorio y del de los hongos, acelerando el proceso de deterioraci�n.
CUADRO 3: Tiempo en d�as que pueden permanecer los granos de ma�z en determinadas condiciones para que la p�rdida 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 m�nimos de aire para el secado a bajes temperaturas. Para la buena operaci�n de los sistemas de secado a bajas temperaturas es muy importante la elecci�n 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 energ�a y de los costos de operaci�n, y una mayor inversi�n de capital inicial.
Por lo general, los silos y equipos para el secado de granos se venden en unidades completas, fabricados por compa��as especializadas, por lo que en la mayor�a de los casos, el usuario com�n no tiene que preocuparse de calcular y seleccionar los ventiladores y el flujo de aire que son aspectos t�cnicos especializados. A continuaci�n se dan algunas recomendaciones que son una gu�a para quienes quieren modificar instalaciones ya existentes o dise�ar nuevas. Los flujos de aire que se recomiendan para el secado se llaman generalmente flujos m�nimos y se expresan por unidad de volumen del producto. El flujo m�nimo de aire depende de los siguientes factores:
El tipo de producto o grano influye, en funci�n de su susceptibilidad, a la deterioraci�n, composici�n qu�mica y facilidad con que los hongos pueden penetrar en su interior; por esta raz�n, las necesidades de aire para el secado de arroz son menores que para el ma�z.
El clima de la regi�n es muy importante tambi�n 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 determinaci�n del flujo m�nimo de aire, pues est� relacionado directamente con la susceptibilidad del producto al ataque de hongos.
Los flujos m�nimos para secar un producto se determinan mediante el uso de un modelo matem�tico de simulaci�n de secado que se procesa en un computador. El modelo matem�tico que se elige debe ser validado para cada producto, comparando los resultados obtenidos en la simulaci�n con los obtenidos en forma experimental secando el producto.
En el modelo matem�tico se deben incorporar los par�metros que permitan cuantificar la p�rdida de calidad, en funci�n 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 estaci�n metereol�gica y los registros de la temperatura y humedad relativa de, por lo menos, diez a�os consecutivos. Con estos datos se determina para cada a�o el flujo m�nimo de aire que se requiere para el secado de granos sin que se afecte su valor comercial.
El flujo m�nimo de aire se establece en base al flujo de aire mayor que se obtiene con los datos meteorol�gicos considerados en los c�lculos, o utilizando el flujo inferior m�s pr�ximo a este valor. El valor inferior m�s pr�ximo al mayor flujo de aire es muy utilizado en la proyecci�n de sistemas de secado a bajas temperaturas porque ofrece una probabilidad de �xito del 90 por ciento, y porque en los a�os 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 a�o que ha tenido peores condiciones clim�ticas, se corre el riesgo de sobredimensionar la capacidad de los ventiladores.
Si no existen estudios locales para determinar los flujos m�nimos para el secado de ma�z a bajas temperaturas, la elecci�n 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 p�rdida de materia seca de ma�z, 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) | P�rdida 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 p�rdida de materia seca de ma�z 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) | P�rdida 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.
