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Flujos de aire minimos para secado a bajas temperaturas
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La elecci�n de un flujo de aire adecuado tiene vital importancia para el �xito de los sistemas de secado a bajas temperaturas. Si el flujo de aire es inferior al valor adecuado, hay demora en el secado y se puede comprometer la calidad del producto. Si el flujo de aire es superior al valor adecuado, si bien disminuye el tiempo de secado, aumenta el consumo de energ�a para accionar el ventilador y aumenta, por tanto, el costo operativo del sistema, adem�s de exigir una mayor inversi�n inicial.
Los flujos de aire recomendados para el secado, que tambi�n se conocen como flujos m�nimos de aire, se expresan normalmente en funci�n de la unidad de volumen del producto. El flujo m�nimo de aire depende de los factores siguientes:
a) tipo de producto
b) clima de la regl�n
c) contenido de humedad inicial.
La dependencia del tipo de grano est� ligada a la mayor susceptibilidad al deterioro que presentan algunos granos, en relaci�n con otros, debido a su composici�n qu�mica y a la facilidad que tienen los hongos para penetrar en su interior en busca de alimento para sobrevivir. De tal modo, las necesidades de aire para secar el arroz son diferentes de las necesidades del ma�z, por los factores citados. La influencia del clima de la regl�n determina el potencial de secado: en reglones en que hay grandes probabilidades de que ocurran per�odos prolongados de elevada humedad relativa, durante la �poca de secado, se necesita un flujo de aire mayor o bien calentamiento suplementario, o ambas cosas, por el mayor riesgo del proceso. El contenido de humedad inicial tambi�n es un factor que determina el flujo m�nimo, pues est� directamente relacionado con la susceptibilidad del producto al ataque de hongos. Los granos que tienen un alto contenido de humedad son atacados con m�s facilidad por los hongos, por lo que est�n m�s expuestos al deterioro. As�, los productos cuyo cotenido de humedad inicial es alto necesitan un flujo de aire m�s intenso.
La definici�n de los flujos m�nimos para secar un producto en una regl�n determinada se hace mediante un modelo matem�tico de simulaci�n de secado, realizado en computador. El modelo matem�tico escogido se debe validar, respecto del producto en cuesti�n, mediante una comparaci�n entre resultados simulados y resultados experimentales de secado de ese producto. Hay que tener, adem�s, un modelo matem�tico que exprese la p�rdida de calidad, de acuerdo con el contenido de humedad y la temperatura del producto, para incorporarlo al modelo matem�tico de secado.
La regl�n para la cual se desea determinar el flujo de aire de secado debe contar con una estaci�n meteorol�gica, en la que se hayan recogido los datos de temperatura y humedad relativa durante diez a�os consecutivos, por lo menos. Con estos datos se determina, respecto de cada a�o, cual deber�a ser el menor flujo de aire necesario para secar el producto sin afectar su valor comercial. El flujo de aire m�nimo se establece sobre la base del flujo de aire m�s elevado o del segundo m�s elevado en los a�os cuyos datos se conocen. El segundo flujo de aire m�s elevado es el que se ha usado m�s frecuentemente en los proyectos de sistemas de secado a balas temperaturas, pues, en tal caso, el sistema ya tiene una probabilidad de �xito del 90% y los a�os de clima muy adverso se pueden controlar con el manejo apropiado del sistema. Adem�s, el dimensionamiento de los sistemas sobre la base del peor a�o para el secado acarrea, por lo general, una necesidad demasiado elevada de potencia para mover el ventilador.
En ausencia de estudios para determinar los flujos m�nimos para el secado a bajas temperaturas del ma�z, el flujo de aire se puede escoger mediante los Cuadros 12, 13, 14 y 15. Dichos cuadros son el resultado de simulaciones con el modelo de Morey, suponiendo que las condiciones del aire son constantes y capaces de reducir el contendo de humedad del producto hasta cerca del 13%.
Resistencia al flujo de aire
Una vez determinada la cantidad de aire que se debe utilizar para el secado, es preciso determinar la cantidad de energ�a mecanica que el ventilador tiene que transferir al aire para vencer la resistencia que of recen los granos. Dicha resistencia se expresa, por lo general, como presi�n est�tica y depende, b�sicamente, de los factores siguientes:
a) tipo de grano
b) contenido de impurezas y presencia de granos quebrados
c) relaci�n di�metro-altura del silo y
d) grado de compactaci�n del producto.
Los granos m�s voluminosos, como el ma�z y la soya, tienen espacios intergranulares m�s grandes y ofrecen menos resistencia, en tanto que los granos m�s peque�os, como el trigo, el arroz y el sorgo, ofrecen m�s resistencia.
La presencia de granos partidos y material fino aumenta la resistencia al flujo de aire. Adem�s, dicho material tiende a concentrarse debajo del lugar de descarga, lo que provoca la mala distribuci�n del aire entre la masa de granos y compromete el �xito del proceso. Con el objeto de minimizar el problema, se recomienda la buena limpieza de los granos al cargarlos en el silo.
La relaci�n di�metro - altura del silo, influye de manera importante en la presi�n est�tica que el ventilador tendr� que proporcionar para abarcar toda la masa de granos. Cuanto mayor sea esa relaci�n, con igual flujo de aire y capacidad del silo, menor ser� la presi�n est�tica que el ventilador tendr� que asegurar, pues disminuyen tanto la altura de la masa de granos que hay que abarcar como la velocidad del aire en los espacios intergranulares. Este hecho es interesante, pues reduce la potencia necesaria para accionar el ventilador, pero con el inconveniente
de que aumenta el precio del silo, por el incremento de su base y del �rea de la plancha perforada. Es frecuente el uso de una relaci�n di�metro - altura de 5:3. Respecto a la altura del silo, se recomienda que no pase de 6 m, para no elevar demasiado la presi�n est�tica.
A medida que aumenta el grado de compactaci�n de la masa de granos, aumenta tambi�n la resistencia al flujo de aire.
El uso de dispositivos para dispersar el grano generalmente provoca un aumento del grado de compactaci�n de la masa del producto, con lo que disminuye el movimiento de aire que el ventilador puede proporcionar; a pesar de ello, su uso es beneficioso porque ayudan a nivelar la masa del producto y reducen la concentraci�n de material fino en el centro del silo. El empleo de sistemas para revolver el producto disminuye el grado de compactaci�n, adem�s de homageneizar la masa de granos.
Cuadro 12
Influencia del flujo aire y del contenido de humedad en el tiempo
de secado y en
la p�rdida de materia seca del ma�z, con temperatura de bulbo
seco de 30 �C y
humedad relativa de 70% (I)
| Humedad del producto | Flujo de aire m3/s m3 |
Tiempo de secado (h) |
P�rdida de materia seca (%) |
|
| Inicial(%) | Final(%) | |||
| 22 | 12,6 | 3,75�10-2 | 312 | 0,90(2) |
| 12,6 | 5,00�10-2 | 240 | 0,53(2) | |
| 12,7 | 6,25�10-2 | 192 | 0,37 | |
| 12,7 | 7,50�10-2 | 168 | 0,28 | |
| 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 | |
| 20 | 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 | |
| 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 | 006 | |
| 18 | 12,6 | 1,25�10-2 | 600 | 0,55 (2) |
| 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 | |
| 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 | 1,25�10-1 | 96 | 0,03 | |
(1) Calentamiento del aire por
ventilador: 1�C
(2) Condiciones de flujo de aire no recomendables.
Cuadro 13
Perdida de materia seca del
ma�z, con temperatura de bulbo seco de 25�C y humedad relativa
de 67% ()
| Humedad del producto | Flujo de aire m3/s m3 |
Tiempo de secado (h) |
P�rdida de materia seca (%) |
|
| Inicial(%) | Final(%) | |||
| 22 | 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 | |
| 12,7 | 7,50�10-2 | 192 | 0,17 | |
| 12,7 | 8,75�10-2 | 10-2 168 | 0,14 | |
| 12,7 | 1,00�10-1 | 10.-1 168 | 0,11 | |
| 12,8 | 1,13�10-1 | 10.-1 144 | 0,10 | |
| 12,7 | 1,25�10-1 | 10.-1 144 | 0,08 | |
| 20 | 12,6 | 2,50�10-2 | 10- 384 | 0,34 |
| 12,6 | 3,75�10-2 | 10-2 288 | 0,19 | |
| 12,7 | 5,00�10-2 | 216 | 0,13 | |
| 12,7 | 6,25�10-2 | 10-2 192 | 0,10 | |
| 12,7 | 7,50�10-2 | 10-2 168 | 0,08 | |
| 12,8 | 8,75�10-2 | 10-2 144 | 0,06 | |
| 12,7 | 1,00�10-1 | 10-1 144 | 0,05 | |
| 12,9 | 1,13�10-1 | 10-1 120 | 0,05 | |
| 12,8 | 1,25�10-1 | 10-1 120 | 0,04 | |
| 18 | 12,6 | 1,25�10-2 | 10-2 624 | 0,30 |
| 12,6 | 2,50�10-2 | 10-2 336 | 0,13 | |
| 12,7 | 3,75�10-2 | 10-2 240 | 0,08 | |
| 12,7 | 5,00�10-2 | 10-2 192 | 0,06 | |
| 12,7 | 6,25�10-2 | 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 | |
(1) Calentamiento del aire por
ventilador: 1�C
(2) Condiciones de flujo de aire no
recomendables.