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Flujos de aire minimos para secado a bajas temperaturas
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La elección de un flujo de aire adecuado tiene vital importancia para el éxito 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 energía para accionar el ventilador y aumenta, por tanto, el costo operativo del sistema, además de exigir una mayor inversión inicial.
Los flujos de aire recomendados para el secado, que también se conocen como flujos mínimos de aire, se expresan normalmente en función de la unidad de volumen del producto. El flujo mínimo de aire depende de los factores siguientes:
a) tipo de producto
b) clima de la reglón
c) contenido de humedad inicial.
La dependencia del tipo de grano está ligada a la mayor susceptibilidad al deterioro que presentan algunos granos, en relación con otros, debido a su composición química 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 maíz, por los factores citados. La influencia del clima de la reglón determina el potencial de secado: en reglones en que hay grandes probabilidades de que ocurran períodos prolongados de elevada humedad relativa, durante la época 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 también es un factor que determina el flujo mínimo, pues está directamente relacionado con la susceptibilidad del producto al ataque de hongos. Los granos que tienen un alto contenido de humedad son atacados con más facilidad por los hongos, por lo que están más expuestos al deterioro. Así, los productos cuyo cotenido de humedad inicial es alto necesitan un flujo de aire más intenso.
La definición de los flujos mínimos para secar un producto en una reglón determinada se hace mediante un modelo matemático de simulación de secado, realizado en computador. El modelo matemático escogido se debe validar, respecto del producto en cuestión, mediante una comparación entre resultados simulados y resultados experimentales de secado de ese producto. Hay que tener, además, un modelo matemático que exprese la pérdida de calidad, de acuerdo con el contenido de humedad y la temperatura del producto, para incorporarlo al modelo matemático de secado.
La reglón para la cual se desea determinar el flujo de aire de secado debe contar con una estación meteorológica, en la que se hayan recogido los datos de temperatura y humedad relativa durante diez años consecutivos, por lo menos. Con estos datos se determina, respecto de cada año, cual debería ser el menor flujo de aire necesario para secar el producto sin afectar su valor comercial. El flujo de aire mínimo se establece sobre la base del flujo de aire más elevado o del segundo más elevado en los años cuyos datos se conocen. El segundo flujo de aire más elevado es el que se ha usado más frecuentemente en los proyectos de sistemas de secado a balas temperaturas, pues, en tal caso, el sistema ya tiene una probabilidad de éxito del 90% y los años de clima muy adverso se pueden controlar con el manejo apropiado del sistema. Además, el dimensionamiento de los sistemas sobre la base del peor año 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 mínimos para el secado a bajas temperaturas del maíz, 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 energía 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 presión estática y depende, básicamente, de los factores siguientes:
a) tipo de grano
b) contenido de impurezas y presencia de granos quebrados
c) relación diámetro-altura del silo y
d) grado de compactación del producto.
Los granos más voluminosos, como el maíz y la soya, tienen espacios intergranulares más grandes y ofrecen menos resistencia, en tanto que los granos más pequeños, como el trigo, el arroz y el sorgo, ofrecen más resistencia.
La presencia de granos partidos y material fino aumenta la resistencia al flujo de aire. Además, dicho material tiende a concentrarse debajo del lugar de descarga, lo que provoca la mala distribución del aire entre la masa de granos y compromete el éxito del proceso. Con el objeto de minimizar el problema, se recomienda la buena limpieza de los granos al cargarlos en el silo.
La relación diámetro - altura del silo, influye de manera importante en la presión estática que el ventilador tendrá que proporcionar para abarcar toda la masa de granos. Cuanto mayor sea esa relación, con igual flujo de aire y capacidad del silo, menor será la presión estática que el ventilador tendrá 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 área de la plancha perforada. Es frecuente el uso de una relación diámetro - altura de 5:3. Respecto a la altura del silo, se recomienda que no pase de 6 m, para no elevar demasiado la presión estática.
A medida que aumenta el grado de compactación de la masa de granos, aumenta también la resistencia al flujo de aire.
El uso de dispositivos para dispersar el grano generalmente provoca un aumento del grado de compactación 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 concentración de material fino en el centro del silo. El empleo de sistemas para revolver el producto disminuye el grado de compactación, además 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 pérdida de materia seca del maíz, 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) |
Pérdida 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
maíz, 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) |
Pérdida 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.