El secado de granos es el proceso de secar el grano para evitar su deterioro durante el almacenamiento . El secado de granos descrito en este artículo es aquel que utiliza procesos alimentados con combustible o electricidad, complementarios a los naturales, incluido el hilerado / hileras para su secado al aire ambiente y al sol, o el avivamiento antes de la trilla. [1]
Cientos de millones de toneladas de trigo , maíz , soja , arroz y otros cereales como sorgo , semillas de girasol , colza / canola , cebada , avena , etc., se secan en secadores de granos. [2] En los principales países agrícolas, el secado comprende la reducción de la humedad desde aproximadamente el 17-30% p/p [ se necesita clarificación ] a valores entre el 8 y el 15% p/p, dependiendo del grano. El contenido de humedad final para el secado debe ser el adecuado para el almacenamiento. Cuanto más aceite tenga el grano, menor será su contenido de humedad de almacenamiento (aunque su humedad inicial para el secado también será menor). Los cereales suelen secarse hasta un 14% p/p, mientras que las semillas oleaginosas, hasta un 12,5% (soja), un 8% (girasol) y un 9% (maní). El secado se lleva a cabo como requisito para un almacenamiento seguro, con el fin de inhibir el crecimiento microbiano. Sin embargo, también son muy recomendables temperaturas bajas en el almacenamiento para evitar reacciones degradativas y, especialmente, el crecimiento de insectos y ácaros. Una buena temperatura máxima de almacenamiento es de unos 18 °C.
Los secadores más grandes se utilizan normalmente "fuera de granja", en ascensores, y son del tipo continuo: en Europa se prefieren los secadores de flujo mixto, mientras que en Estados Unidos se prefieren los secadores de flujo cruzado. En Argentina son comunes ambos tipos. Los secadores de flujo continuo pueden producir hasta 100 toneladas métricas de grano seco por hora. La profundidad del grano que debe atravesar el aire en los secadores continuos varía desde unos 0,15 m en los secadores de flujo mixto hasta unos 0,30 m en los secadores de flujo cruzado. Los secadores discontinuos se utilizan principalmente "en granjas", particularmente en Estados Unidos y Europa. Normalmente consisten en un recipiente, en el que el aire caliente fluye horizontalmente desde un cilindro interno a través de una lámina metálica perforada interior, luego a través de un lecho de grano anular, de unos 0,50 m de espesor (coaxial con el cilindro interno) en dirección radial, y finalmente a través del exterior. chapa perforada, antes de ser vertida a la atmósfera. Los tiempos de secado habituales oscilan entre 1 h y 4 h, dependiendo de la cantidad de agua que se debe eliminar, el tipo de grano, la temperatura del aire y la profundidad del grano. En los Estados Unidos, se pueden encontrar secadores continuos a contraflujo en las granjas, que adaptan un recipiente para secar lentamente el grano alimentado en la parte superior y retirado por la parte inferior del recipiente mediante un sinfín de barrido.
El secado de granos es un área activa de investigación. El desempeño de una secadora se puede simular con programas de computadora basados en modelos matemáticos que representan los fenómenos involucrados en el secado: física, química física, termodinámica y transferencia de calor y masa. Más recientemente, se han utilizado modelos informáticos para predecir la calidad del producto logrando un compromiso entre la velocidad de secado, el consumo de energía y la calidad del grano. Un parámetro de calidad típico en el secado del trigo es la calidad panificable y el porcentaje de germinación, cuyas reducciones en el secado están algo relacionadas.
El secado comienza en el fondo del contenedor, que es el primer lugar en contacto con el aire. El ventilador eleva el aire seco a través de una capa de grano húmedo. El secado ocurre en una capa de 1 a 2 pies de espesor, que se llama zona de secado. La zona de secado se mueve desde el fondo del silo hacia arriba, y cuando llega a la capa más alta, el grano está seco. El grano debajo de la zona de secado tiene un contenido de humedad en equilibrio con el aire de secado, lo que significa que es seguro para el almacenamiento; mientras que el grano de arriba todavía necesita secarse. Luego, el aire sale del recipiente a través del respiradero de escape.
El tiempo de almacenamiento permitido es una estimación de cuánto tiempo se debe secar el grano antes de que se eche a perder y mantener la calidad del grano durante el almacenamiento. En el proceso de almacenamiento de granos, los hongos o mohos son la principal preocupación. Muchos otros factores, como insectos, roedores y bacterias, también afectan las condiciones de almacenamiento. Cuanto menor sea la temperatura del grano, mayor será el tiempo de almacenamiento permitido. [3]
Es posible un almacenamiento seguro durante períodos prolongados si el contenido de humedad del grano es inferior al 14% y se almacena lejos de insectos, roedores y pájaros. La siguiente figura es el contenido de humedad recomendado para un almacenamiento seguro. [4]
El contenido de humedad del grano está relacionado con la humedad relativa y la temperatura del aire circundante. El punto de equilibrio del contenido de humedad es el punto en el que el grano ya no pierde ni gana agua al entrar en contacto con el aire de secado. El contenido de humedad final del grano es igual a la cantidad de humedad en el aire de secado, que es la humedad relativa. La baja humedad relativa significa que el aire está seco y tiene un gran potencial para recoger agua. Cuanto menor es la humedad relativa, más seco está el aire. En general, una reducción de la mitad de la humedad relativa se debe a un aumento de 20° grados en la temperatura del aire. [5]
Se puede utilizar aire caliente en el proceso de secado de granos. No sólo puede acelerar la migración de humedad dentro del grano, sino que también puede evaporar la humedad en la superficie. El principal problema del aire caliente para el proceso de secado es la temperatura del grano. El grano del grano puede resultar dañado por las altas temperaturas. Generalmente, la temperatura del grano es más baja que la temperatura del aire. Para diferentes usos del maíz, las temperaturas varían. Por ejemplo, para semilla de maíz, la temperatura máxima es de 110 °F; para el ganado que se alimenta con maíz, la temperatura máxima es de 180 °F.
El proceso de aireación se refiere al proceso de mover aire a través del grano. El flujo de aire es una medida de la cantidad de aire en pies cúbicos por minuto (CFM). En el proceso de secado de granos, el tiempo de secado depende en gran medida de las tasas de aireación. Sin suficiente flujo de aire, el grano puede dañarse antes de que se complete el secado. Los ventiladores se utilizan para mover el aire a través del grano. [6]
El costo de secado se compone de dos partes: el costo de capital y el costo de operación. El costo de capital depende en gran medida del requisito de velocidad de secado y del costo del equipo. El costo operativo se refiere al costo del combustible, la electricidad y la mano de obra. La cantidad de energía necesaria para secar un bushel de grano es similar para todos los métodos de secado. Algunos métodos dependen en gran medida del aire natural, mientras que otros pueden utilizar calor LP o gas natural, lo que hace que el costo de la energía varíe. Básicamente, el combustible y la energía eléctrica son la mayor parte del costo operativo. [7] El costo de secado se basa en el consumo de BTU del cambio de temperatura del ambiente al deseado.
[8]
Los métodos de secado en almacenamiento se refieren a aquellos granos que se secan y se almacenan en el mismo recipiente. El secado a baja temperatura, también conocido como secado casi ambiental, es uno de los métodos de secado en almacenamiento. Hay cuatro factores principales que influyen en el secado a baja temperatura: la variabilidad del clima, el contenido de humedad de la cosecha, el flujo de aire en el recipiente de almacenamiento y la cantidad de aire caliente. [9] La mayoría de los secadores de baja temperatura están construidos para secar el grano lo más lentamente posible, mientras que al mismo tiempo se deteriora menos el grano. Se sugiere que el sistema de secado a baja temperatura funcione mejor cuando la temperatura diaria promedio esté entre 30 °C y 50 °C. En lugar de controlar la temperatura del aire de secado, el secado a baja temperatura se centra en la humedad relativa para lograr el contenido de humedad en equilibrio (EMC) en todas las capas del grano. [10] El proceso de secado a baja temperatura suele tardar entre 5 días y varios meses y depende de varias variables importantes: clima, flujo de aire, contenido de humedad inicial y cantidad de calor utilizado. Entre los cuales, el flujo de aire es el factor clave. Sin una tasa de flujo de aire adecuada, se producirá deterioro antes de que se complete el secado. Al utilizar aire caliente (calor LP, calor eléctrico y calor solar), la humedad relativa del aire de secado se controla mejor para lograr el contenido de humedad deseado. Por lo general, el secador de aire caliente se utiliza cuando la humedad relativa es superior al 70%. En los secadores de calor eléctricos, generalmente se coloca un calentador resistente a la electricidad antes del ventilador para calentar la corriente de aire. En algunos casos, se emplea un humidistato para controlar el calentador. En los secadores de calor solar, el aire de secado pasa primero a través del colector solar para calentarse (generalmente un aumento de 10 a 12 °F) y luego ingresa al recipiente a través del ventilador y el motor. Las ventajas del secado a baja temperatura en almacenamiento son el llenado rápido, el producto de alta calidad y la menor necesidad de equipo; mientras que las desventajas son el largo tiempo de secado, la demanda eléctrica si se utiliza calor eléctrico, las altas habilidades de gestión y el contenido incierto de humedad de la cosecha.
El método de secado de múltiples capas se refiere al uso de calor LP o gas natural para secar el maíz. En comparación con los métodos de baja temperatura, el secado de múltiples capas requiere temperaturas más altas, lo que resulta en un tiempo de almacenamiento permitido más corto. El secado de múltiples capas sin agitación es el método básico de secado de múltiples capas, en el que un ventilador ingresa una corriente de aire a través de un calentador LP. Por lo general, el aumento de temperatura después del quemador LP se mantiene bajo para evitar un secado excesivo en las capas inferiores del recipiente. Tan pronto como el maíz se seca en el recipiente, se apaga el quemador y se utiliza el ventilador para llevar el maíz a temperatura ambiente. Las ventajas del secado en capas múltiples sin agitación son la poca manipulación del maíz y el contenedor puede usarse como secador o almacenamiento; las desventajas son el llenado lento y el secado excesivo en las capas inferiores (Bern y Brumm, 2010). El secado de múltiples capas con agitación no solo puede secar el equilibrio del grano de arriba a abajo, sino que también disminuye la resistencia al aire del grano. Además, el uso del sistema de agitación puede evitar el problema del secado excesivo en la capa inferior y proporcionar un contenido de humedad del grano uniforme en todo el contenedor. Cuando se completa el secado, se apaga el quemador mientras se usan el ventilador y el agitador para mezclar el maíz hasta lograr el mismo contenido de humedad y temperatura. Las ventajas de agregar agitación son evitar el secado excesivo y acelerar el secado y la tasa de llenado permitida; Las desventajas del sistema de agitación son los gastos adicionales y la disminución de la capacidad del contenedor.
En los métodos de secado por lotes, primero se coloca cierta cantidad de grano, generalmente de 2 a 4 pulgadas, el lote se seca y se enfría más tarde, luego se detiene el secado y se retira el lote. Los secadores por lotes normalmente funcionan según esta secuencia y la repiten varias veces. Los métodos de secado por lotes emplean un piso completamente perforado como secadora. Sin agitación, se dispone de una gran variedad de equipos y el lote se puede utilizar como secador y enfriador, pero puede haber un gran gradiente de humedad de arriba a abajo y perder tiempo en el proceso de carga y descarga. Al agregar un sistema de agitación, se produce desequilibrio [¿ ortografía? ] Se evita el problema del contenido de humedad, sin embargo, el agitador supone un gasto adicional. Cuando se utiliza un secador de techo por lotes, se puede resolver el problema de pérdida de tiempo. Hay un piso de secado debajo del techo del contenedor y el ventilador de secado y el quemador están instalados en lo alto de la pared del contenedor. Cuando se completa el proceso de secado, el grano se coloca en el piso normal del silo, reduciendo así el tiempo de descarga. Sin embargo, no hay retención de grano húmedo en los secadores de techo por lotes y hay más gasto en máquinas.
La columna formada en este tipo de secador está formada por dos láminas de acero perforadas verticales, de aproximadamente 12 pulgadas de espesor cada una. La capacidad de los secadores de columnas por lotes es demasiado pequeña para almacenar granos. Las ventajas del secador de lecho estacionario por lotes de columna son fáciles de mover y el secador se puede utilizar como enfriador; mientras que las desventajas son la pérdida de tiempo al enfriar, cargar y descargar y la distribución desigual de la humedad cuando se completa el secado. Cuando se utiliza un secador de recirculación por lotes de columnas, se evita el problema de variación del contenido de humedad, pero el proceso de manipulación adicional puede provocar el deterioro del grano.
Los secadores de flujo cruzado son uno de los secadores de flujo continuo más utilizados. En el secador de flujo cruzado, la corriente de aire es perpendicular al flujo de grano. Luego, el grano cerca del aire de secado se seca excesivamente, mientras que en el otro lado, el grano se seca insuficientemente. El gradiente de humedad existe cuando se completa el secado. En realidad, cuanto menor sea el caudal de aire, mayor será la variación del contenido de humedad del grano entre los dos lados de la columna. [11]
En el secador de flujo concurrente, tanto el grano como el aire se mueven en la misma dirección, lo que significa que el grano más húmedo está sujeto al aire de secado más caliente. Los granos salen de la región de secado a la misma temperatura y con el mismo contenido de humedad. La eficiencia energética es un 40% mejor en comparación con el secador de flujo cruzado. Sin embargo, la profundidad del lecho debe ser superior a 12 pulgadas de profundidad que el tipo de flujo cruzado. Por tanto, los requisitos de potencia del ventilador son elevados en este tipo de secadora.
En el secador de contraflujo, el grano y el aire se mueven en direcciones opuestas, lo que significa que el grano más seco está sujeto al aire de secado más caliente. Los granos salen de la región de secado a la misma temperatura y la misma humedad que en los secadores de flujo concurrente. Las temperaturas del aire sugeridas son inferiores a 180 °F porque los granos más secos tienen más probabilidades de dañarse con el aire caliente.
Para diferentes tipos de girasoles, el contenido de humedad de conservación es diferente. Las semillas de girasol oleaginosas se secan mejor con un contenido de humedad del 9 por ciento, mientras que las semillas de girasol con alpiste tienen un contenido de humedad del 10 por ciento. En comparación con el secado del maíz, los girasoles se secan más fácilmente y se almacenan de forma segura. Es más, es posible que las altas temperaturas no tengan efectos adversos en las semillas de girasol, lo que puede deberse a la composición de ácidos grasos. No hubo evidencia de daños cuando el aire se calentó hasta 220 °F durante el secado. Sin embargo, los pelos y fibras finos de la cubierta de las semillas de los girasoles pueden provocar un riesgo de incendio. Se sugiere eliminar primero las partículas en llamas al calentar los girasoles.
La cubierta de la semilla del frijol es bastante frágil y fácil de dañar al agrietarse y partirse, lo que puede causar pérdidas al productor. Algunos estudios sobre frijoles sugirieron que para evitar que se agrieten, es mejor mantener el aire de secado por encima del 40 por ciento de humedad relativa. [12]
Al secar los granos de maíz es importante tener en cuenta que las grietas y fracturas en el maíz pueden provocar muchos problemas tanto en el almacenamiento como en el procesamiento. El principal problema que se produce por el secado a alta temperatura y luego el rápido enfriamiento del grano es el agrietamiento por tensión. El agrietamiento por tensión ocurre cuando se presentan fracturas en el endospermo del maíz. Los granos agrietados por tensión a menudo absorben agua demasiado rápido, tienen más probabilidades de romperse y son cada vez más susceptibles a daños por insectos y moho durante el almacenamiento en seco. Para reducir la cantidad de grano que se pierde debido al agrietamiento por tensión, se deben emplear métodos de secado a temperatura media y enfriamiento lento, o aire natural y baja temperatura. [13]
La era en la que millones de toneladas de cereales se secan mediante secadoras alimentadas por combustible o eléctricas a escala industrial como algo rutinario, por supuesto, no comenzó hasta la era de la posguerra, después de la Segunda Guerra Mundial. Su aparición fue necesaria para la aparición de la cosecha combinada en todas las regiones, incluso en las húmedas y en las más frías de latitudes más altas, ya que la cosecha no implica ningún intervalo de tiempo entre la cosecha y la trilla, a diferencia de la cosecha tradicional de granos de cereales, que implicaba sacudir ( avivar ) los granos. grano y dejarlo secar al aire durante semanas en un paso intermedio antes de la trilla. Tan recientemente como la década de 1930, cuando Cyrus McCormick III escribió su trascendental historia de la mecanización de la cosecha de cereales ( El siglo de la cosecha ), la destreza mecánica del diseño de las cosechadoras ya había avanzado sustancialmente, pero la humedad del grano todavía representaba un gran factor. barrera para extender la combinación a la ubicuidad. El avance general del manejo mecanizado de materiales a granel que se produjo a mediados del siglo XX coincidió con estos otros aspectos interrelacionados de los sistemas novedosos, incluidos los muy avanzados transporte por carretera , equipos agrícolas energéticos, construcción de carreteras , electrificación , infraestructura de distribución de GLP y combustible. petróleo , etcétera. Todos estos factores actuando en conjunto fueron necesarios para hacer posible la era en la que los humanos produzcan granos en abundancia asequible con una amplia mecanización y muy poca mano de obra por tonelada.
