2. Consumo espec�fico de energ�a

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Una secadora convencional, tipo torre, correctamente construida, utilizada y mantenida, tiene un consumo energ�tico de poco m�s de 1 000 kcal por kg de agua evaporada. Esta cantidad se compone de la siguiente manera (aproximadamente):

El valor de 600 kcal/kg de agua no puede ser disminuido de ninguna forma, pues es el calor m�nino que se requiere para evaporar el agua. Las otras perdidas pueden ser rebajadas en una cierta por medio de mejoramientos en las secadoras o utilizando algunos sistemas de secado m�s eficientes, como se demuestra en otros cap�tulos de esta obra.

Casi el 50% del calor producido por el combustible se puede perder. Las calor�as necesarias para el secado las suministra, entonces, el combustible. Mas adelante se analizar�n las causas de las diferentes p�rdidas.

Para conocer la forma de calcular el consumo espec�fico de energ�a de una secadora particular, un ejemplo puede servir para ello.

Sea una secadora que rinde 40 t/h de grano seco, con ma�z de 17% a 13,5%.

Es preciso calcular la entrada del grano h�medo que produce 40 t/h de grano seco, por esta f�rmula:

[100 - 13.5] / [100- 17,0] x 40 t/h = 41,7 t/h

41,7 t/h - 40 t/h = 1,7 t de agua/h = 1 700 kg de agua/h que es el poder de evaporaci�n.

Si el consumo de gasoil medido fuera, por ejemplo, de 260 l/hora, para un gasoil de 0,820 kg por litro, ser�n 213 kg de gasoil/hora. Si este gasoil tiene un poder cal�rico de 10 100 kcal/kg, el consumo energ�tico ser� de:

10 100 kcal/kg x 213 kg/h = 2 151 300 kcal/hora

Dividiendo este consumo energ�tico por el poder de evaporaci�n:

2 151 300 kcal/h / 1 700 Kg/h = 1 265 kcal/kg de agua

Un consumo espec�fico de energ�a de 1 265 kcal/kg de agua evaporada puede considerarse algo elevado, pero todav�a aceptable.

Este consumo de energ�a, 1 265 kcal/kg agua, significa un rendimiento energ�tico de un 47,4% es decir que se han utilizado 665 kcal m�s que las 600 necesarias para evaporar 1 kg de agua. Un rendimiento de un 50% debe ser el promedio de nuestras secadoras tradicionalmente empleadas.

El consumo espec�fico de energ�a va creciendo cuando el grano que ingresa a la secadora tiene menor porcentaje de humedad. As�, es posible que un grano con 22% de humedad represente un consumo espec�fico de unas 1 250 kcal/kg, mientras que el mismo grano, con 16% de humedad inicial, puede consumir en esa secadora alrededor de 1 500 kcal/kg.

Esta menor eficiencia es debida a que resulta m�s dif�cil remover el agua del grano menos h�medo porque esta m�s fuertemente ligada a la estructura de la semilla.

3. Eficiencia una secadora

Es la relaci�n entre las kcal m�nimas necesarias para evaporar el agua de una masa determinada de granos y la cantidad de kcal realmente consumidas.

Ef = [kg de agua evaporada x calor latente del agua (kcal/kg)] / [kg de combustible usado x poder cal�rico del combustible] x100

Ejemplo: se deben secar 50 t de ma�z, de 18 a 13,5% de humedad, con una secadora de 50 t/h de capacidad, y se ha consumido 205 kg de gasoil, que tienen un poder cal�rico de 10 800 kcal/kg.

Agua a evaporar:

5,2% de 50 t (50 000 kg) = 2 600 kg de agua

El calor latente del agua es de unas 600 kcal/kg

Esto significa que un 29,5% de la energ�a consumida del combustible se pierde en esta secadora. Una secadora moderna con un dise�o m�s racional, puede aumentar su eficiencia a 75% o m�s.

Entonces la mejor forma de medir la eficiencia de una secadora es calcular las kcal consumidas para evaporar 1 kg de agua. Veamos otro ejemplo:

Supongamos dos secadoras similares "A" y "B", que est�n secando ma�z 18 a 13,5%, y que ambas tienen una capacidad de secado de 40 t/h, con igual temperatura del aire de secado.

La secadora "A" consumi� 240 l gasoil/hora

La secadora "B" consumi� 280l gasoil/hora

La cantidad de agua a evaporar es igual para ambas:

[18 - 13.5] / [100- 13,5] x 40 t/h = 2 081 kg agua/hora

Para un gasoil de 10 120 kcal/kg y de una densidad de 0,82 kg/l, resulta:

Secadora A:

240 l/h x 0,82 kg/l x 10 120 kcal/kg = 1 991 616 kcal/hora

1 991 616 kcal/h / 2 081 kg agua/h = 957 kcal/kg

Secadora B:

280 l/h x 0,82 kg/l x 10 120 kcaI/kg = 2 323 552 kcal/hora

2 323 552 kcal/h / 2 081 kg agua/h = 1 1 17 kcal/kg

La secadora A es m�s eficiente pues consume menos kcal por cada kg de agua a evaporar.

Otra forma de medir la eficiencia con que est� trabajando una secadora es midiendo las temperaturas del aire de secado, del aire usado y del aire ambiente (Aguilar and Boyce, 1966), aplicando esta f�rmula:

Donde:

Tas: temperatura del aire de secado
Tau: temperatura del aire usado
Taa: temperatura del aire ambiente

Un ejemplo permitir� entender este c�lculo. Una secadora trabaja con aire de secado a 120�C, el aire usado sale de la c�mara de secado a 40�C, y el aire ambiente est� a 18�C. Si el aire se calienta a 120�C y estaba a 18�C, quiere decir que hay 102�C (120 - 18) que la secadora puede utilizar; pero si el aire se calent� a 120�C y sale a 40�C, significa que la secadora s�lo aprovech� 80�C (120 40). Si pod�a utilizar 102�C y s�lo aprovech� 80�C, la eficiencia es:

80 / 102 = 0,78 o sea el 78%

que es el mismo valor al aplicar la f�rmula de arriba.

Hay que tener cuidado cuando se trata de la temperatura del aire de secado. El aire de secado puede salir del equipo generador de calor a 150�C, pero cuando est� por penetrar en la masa de grano, puede estar a 120�C, es decir, perdi� ya 30�C. Es por ello que en realidad en el denominador debiera colocarse como valor de la temperatura del aire de secado 150�C.

Estos c�lculos son relativamente aproximados, y los mismos autores (Aguilar and Boyce, 1966 aconsejan, para mayor exactitud, emplear la temperatura de bulbo h�medo (Tasw) del aire de secado en el denominador de la ecuaci�n, en lugar de Tau; dicen que cuando el aire usado est� saturado, su valor es casi igual a Taa, y el resultado se acerca mucho al 100%.

Toftdahl Olesen (1987) propone la siguiente f�rmula para calcular el consumo especifico de energ�a:

q = 1,06 (600 + 0,24 tb-ta/ xb-xa)

Donde:

q: consumo espec�fico de energ�a (en kcal/kg agua)
tb: temperatura del aire usado
ta: temperatura del aire exterior
xb: kg de agua por kg de aire seco del aire usado
xa: ka de agua por kg de aire seco del aire exterior

Este c�lculo fue realizado para cebada, pero puede ser empleado aproximadamente para otros cereales.

4. P�rdidas de energ�a

Hemos visto ya que las p�rdidas de energ�a o de calor de una secadora son de variado tipo. Las m�s importantes de ellas son las que se producen por el calor sensible que se va con el aire usado. Aun cuando el aire usado salga saturado, siempre una p�rdida de calor se origina por el calor sensible que conduce.

En definitiva, las condiciones m�s favorables para el secado se presentan cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura del aire de secado que entra en contacto con los granos y la del aire usado. Se deduce entonces que ser� favorable el balance cuando la temperatura del aire de secado sea m�s elevada. Igualmente favorable es una mayor temperatura del aire ambiente.

La otra p�rdida importante es el calor que se va con el grano que sale caliente. En este caso no nos referimos a la temperatura del grano que sale de la m�quina (pues ha pasado por el enfriamiento) sino a la que tiene el grano al final de la c�mara de secado. La mejor forma de aprovechar ese calor es empleando secaaireaci�n, es decir, trabajando toda la maquina en caliente (ver Cap�tulo VIl).

5. Saturaci�n del aire osado

Es sabido que cuanto m�s saturado salga el aire de la secadora, mejor ser� la eficiencia energ�tica de la maquina.

Este aire se satura por dos razones: 1) porque absorbe humedad al atravesar los granos h�medos, es decir, aumenta su humedad absoluta, y 2) porque cede calor al grano y por ende se enfr�a y entonces disminuye su humedad de saturaci�n. Es decir, que cuanto menor sea la diferencia de temperatura entre el bulbo seco y el bulbo h�medo de un psicr�metro, el aire estar� m�s saturado.

Seg�n Isaac y Muhlbauer, 1975, una secadora trabajando a 80�C de temperatura del aire de secado, y cuyo aire usado sale casi 100% saturado, estar� consumiendo unas 900 kcal/kg de agua evaporada, mientras que si el aire sale con solo 20% de saturaci�n, el consumo ser� de unas 1 500 kcal/kg.

Tambi�n es importante la humedad relativa del aire ambiente o exterior. Cuanto menor sea la humedad relativa del aire ambiente y mayor la del aire usado, mejor ser� el rendimiento, en kcal/kg.

Estas caracter�sticas de la humedad relativa del aire tienen fundamento cuando se est� refiriendo a secado con aire natural o a baja temperatura, pero cuando se habla de secado con altas temperaturas, la variaci�n de la humedad relativa del aire exterior tiene escasa trascendencia.

Hay varias maneras de aumentar la saturaci�n del aire usado.

Una de ellas es reducir el caudal del aire pues as� aumenta el fiemo de contacto entre aire y grano, y el aire puede recoger m�s humedad. Pero, esto se consigue a costa de disminuir la capacidad de secado, pues el ingreso total de energ�a al sistema se restringe. El aumento de eficiencia compensa, en parte, la reducci�n de capacidad.

Otra forma, como ya se ha expresado en otra parte, es incrementar la temperatura del aire secado, pero dentro de las limitaciones de esta medida.

6. Medici�n de la saturaci�n del aire usado

Esta medici�n, que significa determinar la humedad relativa del aire usado, puede hacerse por medio de un psicr�metro (ver Cap�tulo I - 11).

Para ello se debe colocar el psicr�metro en la corriente de aire usado que sale de la maquina, mantenerlo hasta que los valores se mantengan estables (1 a 3 minutos), procurando siempre que se conserve h�meda la tela que cubre el bulbo h�medo. Registrados los datos de bulbo seco y de bulbo h�medo, se consulta el Cuadro 5.

Este cuadro, extra�do de Berhaut y Lasseran, 1986, permite conocer el consumo especifico de energ�a. Aclaran dichos autores que estos datos son aproximados, y no pueden reemplazar a controles m�s completos.

En las secadoras comerciales verticales, la humedad relativa del aire usado se va reduciendo a medida que el grano se seca.

Entonces, en la parte superior de la c�mara de secado, el aire puede salir con una HR cercana a la saturaci�n, mientras que en la parte inferior puede estar a s�lo 20% de HR.

Cuadro 5. Cantidad de calor, en kcal, usada para evaporar 1 kg de agua, en funci�n de las temperaturas seca (Ts) y h�meda (Th) del aire usado. (Cortes�a Berhaut y Lasseran)

7. Medici�n de la temperatura del aire usado

Como se ha mencionado antes, esta temperatura var�a entre 35 y 60�C, dependiendo del tipo de secadora y las condiciones de secado. Es menester vigilarla regularmente pues es un �ndice del buen funcionamiento del sistema. Normalmente se mantiene estable, pero si aumenta con rapidez, puede significar un principio de incendio.

Aun sin llegar a un principio de incendio, la elevaci�n de dicha temperatura es una se�al de un comienzo de obstrucci�n, que se acompa�a de una disminuci�n de la saturaci�n del aire, seguido de una reducci�n del rendimiento de la m�quina.

Es por esta raz�n que las secadoras deber�an estar equipadas con un sistema de control que avise, por alg�n tipo de alarma, de una elevaci�n brusca de temperatura. El control tendr�a que estar regulado para actuar cuando esa elevaci�n sea de unos 15-20�C encima de la temperatura corriente del aire usado. Lo ideal ser�a un sistema autom�tico que, al alcanzar esas temperaturas, apague el quemador y detenga los ventiladores.

La medici�n de la temperatura de dicho aire debe ser realizada a distintos niveles de la c�mara de secado, para asegurarse que est� bien distribuida, de acuerdo a las temperaturas de entrada.

8. C�lculo caudal de aire de la secadora

Conocida la cantidad de agua a evaporar y calculado el consumo energ�tico, es �til determinar la cantidad de aire para transportar la cantidad de calor ya establecida sin superar una temperatura de trabajo prefijada.

El c�lculo, en m�/min, se puede hacer con la siguiente f�rmula:

Caudal (m�/min) = consumo energ�tico (kcal/h) / [Dt x 17]

Donde:

Dt: diferencia entre la temperatura del aire de secado y la temperatura ambiente

17: constante de Foster

Ejemplo: En la cita del tema "Eficiencia de una secadora" se determin� un consumo energ�tico de 2 214 000 kcal/h. Se supone que la temperatura del aire de secado es de 100�C y la del ambiente de 20�C, luego Dt = 80.

Caudal = 2 214 00 kcal/h / [80 x 17]= 1 628 m�/minuto

El conocimiento de este dato permite seleccionar el tama�o del ventilador o de los ventiladores.

Los caudales de aire de los ventiladores de aire caliente var�an de 700 a 3 000 m�/min, de acuerdo al tipo de m�quina. En promedio, alrededor de 1 800 m�/min. Esto significa valores medios entre 2 000 y 2 800 m�/hora y por m� de grano en la c�mara de secado.

Este caudal espec�fico se obtiene dividiendo el caudal del ventilador por el volumen de la c�mara secado.

9. Consumo de combustible

Se presenta a continuaci�n un c�lculo aproximado para conocer cu�l es el consumo de combustible de una secadora comercial tipo torre, para que los usuarios puedan compararlo con el consumo real de sus secadoras.

Ejemplo: Una secadora que debe secar ma�z de 21 a 14% de humedad, y que tiene una capacidad de f�brica de 30 t/h. Se supone un consumo espec�fico de energ�a de 1 200 kcal/kg de agua evaporada.

Secar de 21 a 14% significa una merma de 8,14%.

30 t/h es la capacidad de grano seco, pero debe calcularse la cantidad de grano h�medo que ingres� en 1 hora. Para ello se aplica la f�rmula:

[100-14] / [100 - 21] x 30 t/h = 32,65 t/h

32,65-30 = 2 658 t/h = 2 658 kg de aguad/h

2 658 kg/h x 1 200 kcal/kg = 3 189 600 kcal/h

Si cada kg de gasoil libera 10 100 kcal/kg, resulta un consumo de:

3 189 600 / 10 100 = 316 kg gasoil/hora

o sea 316 kg/h / 32,65 t/h = 9,67 kg/t = 0,97 kg/quintal

Que ser�n iguales a 1,18 l/quintal, o a 385 l/hora

Otra forma de expresar el consumo de combustible es en litros por tonelada y por punto de humedad. En el ejemplo anterior ser�a:

11.8 l/t / 7p = 1 ,69 l/t.p

10. Medici�n del consumo de combustible

Como en la mayor parte de las plantas de acopia el combustible se encuentra depositado en grandes tanques, generalmente subterr�neos, resulta dif�cil medir el consumo del mismo. La soluci�n ser�a equipar la l�nea con alg�n medidor especial, que se hallan en el comercio, del tipo usado en las estaciones de servicio de automotores.

Una soluci�n m�s barata para hacer mediciones por per�odos de una hora o m�s, se muestra en la Figura 21. Para ello se aprovecha el retorno de combustible, colocando un tanque de unos 200 litros (E) que es llenado por dicho retorno, cerrando la v�lvula A y abriendo la v�lvula B. Este dep�sito tiene una varilla graduada que permite conocer con facilidad el combustible consumido. Cuando este tanque est� lleno, se abre la v�lvula C y se cierra la D, para que el combustible fluya del tanque E hacia la bomba de combustible, y luego al quemador.

Pesando la cantidad de grano seco que sali� de la secadora en el per�odo de tiempo que se uso este equipo y midiendo el consumo de combustible, es f�cil calcular los litros gastados por quintal o por hora.

Si el consumo real as� medido fuera mayor que el valor calculado, significa que el consumo espec�fico de energ�a es mayor que lo normal, y que la secadora, por consiguiente, es poco eficiente.

11. Consumo de electricidad

De acuerdo a los datos suministrados por diversos fabricantes, la potencia total absorbida por las m�quinas se puede calcular de la siguiente forma (en CV):

Secadoras de caballetes: 1,5 x capacidad secado en t/h

Secadoras de columnas: 2,0 x capacidad secado en t/h

As� una secadora de caballetes de 50 t/h requerir� una potencia de 75 CV (1,5 x 50) mientras que una de columnas requerir� 100 CV (2 x 50).

Los CV se deben expresar en kw, multiplic�ndolos por 0,736.

Figura 21. Equipo para medici�n de combustible (Cortes�a Ing. Su�er)

Para la secadora de caballetes: 75 CV x 0,736 = 55,2 kw. En una hora de trabajo ser�n 55,2 kwhora.

Esto significa un consumo por t de grano:

55.2 kwhora / 50 t/h = 1,1 kwh/t

Este consumo se refiere a un ma�z que se seca de 18 a 13,5%. Si se secara, por ejemplo, de 25 a 13,5%, el consumo aumentar�a a:

55,2 kwhora / 15,2 t/h = 3,6 kwh/t

Este consumo de electricidad, para sumarlo al consumo de combustible y obtener as� el consumo total de energ�a, deber�a transformarse a kcal/hora:

1 kw = 859,8 kcal/hora

Para 55,2 kw = 47 461 kcal/hora, que es el consumo de electricidad.

Comparado con el consumo de combustible, que era de 2 214 000 kcal/hora, de acuerdo al ejemplo visto anteriormente, resulta ser s�lo de 2,1%, de manera que para estos tipos de c�lculos el consumo de electricidad tiene poca incidencia.

12. Potencia consumida

Hay una relaci�n proporcional entre la capacidad nominal de una secadora en t/hora y la potencia en CV necesaria para accionar todos los mecanismos. Las secadoras m�s grandes absorber�n, por supuesto, mayor potencia total.

La potencia se precisa para impulsar los ventiladores de aire caliente y de aire fr�o, la bomba de combustible, el ventilador de aire secundario para el quemador, el mecanismo de descarga, sinfines de tolva superior y otros dispositivos. Tambi�n hay que agregar la potencia consumida por la noria elevadora o el transportador de carga de la secadora.

Una forma interesante de comparar los consumos de potencia en secadoras es dividir la potencia total consumida en CV por la capacidad nominal en t/hora, c�lculo que se expresa en CV hora por tonelada y que denominamos "potencia consumida por t".

Cuanto menor sea este �ndice, mejor ser� el aprovechamiento de la potencia (Cap�tulo XI).

13. Combustibles I�quidos para el secado

Se encuentran en el mercado los siguientes:

Gasoil
Diesel o�l
Diluyente para fueloil
Fueloil
Kerosene

El gasoil es el mas caro y el fueloil el m�s barato, pero por razones operativas y de mantenimiento no se aconseja el uso de este �ltimo, ya que es un combustible sucio. El kerosene es un buen combustible, pero suele producir olores objetables y su costo es algo mayor.

En cuanto al diluyente, si bien tiene un buen poder cal�rico y otras propiedades, presenta ciertos inconvenientes, como degradarse en almacenamientos prolongados, y tapar con m�s frecuencia los filtros y los picos.

Estos combustibles l�quidos producen compuestos qu�micos en la combusti�n (ver tema "Ventajas del gas") que se consideran contaminantes de los granos, siendo mayor esta contaminaci�n cuanto m�s pesados sean. Sin embargo, un gasoil limpio, con un quemador bien regulado y mantenido, origina muy poco benzopireno, un contaminante.

La diferencia de precios de los combustibles mencionados es el motivo principal de la elecci�n de su uso, lo cual no suele estar de acuerdo con los factores de calidad del grano.

Esto es particularmente trascendente en el secado de trigo, debido a su consumo directo como harina y pan.

Cuando se adquieran combustibles m�s baratos, como dieseloil, diluyente y fueloil, hay que tener muy en cuenta la elecci�n del proveedor, para evitar mezclas, adulteraciones y otras maniobras que perjudican la calidad de los productos. S�lo deben contratarse los proveedores de agentes o distribuidores oficiales de las distintas compa��as.

Otra advertencia es que cuando se emplean combustibles pasados y en climas muy fr�os, deben ser mantenidos en dep�sitos a temperaturas de 50-55�C para que no coagulen.

Un consejo para los acopladores: pesar el cami�n que trae el combustible (cargado y vac�o). Con los kg obtenidos y el dato de densidad que figura en el Cuadro 6, se calculan los litros recibidos, los cuales deben ser muy aproximados a los que figuran en la nota de remisi�n.

14. Combustibles gaseosos

Hay dos tipos principales de gas que pueden emplearse:

1. Gas licuado (propano y/o butano), que es provisto en tanques o cisternas. Es un producto l�quido, que se gasifica r�pidamente al abrir las v�lvulas, por la alta presi�n a que est� sometido.
2. Gas natural, que se recibe por ca�er�as de la red general de gasoductos que abastecen a gran parte del pa�s. Este ges circula a baja presi�n y su precio es inferior al primero.

El gas licuado requiere, adem�s de la provisi�n regular del mismo por las empresas abastecedoras, de un sistema de combustible que contiene v�lvulas, man�metros, llaves, elementos de seguridad y conductos, adem�s de los tanques o dep�sitos de gas.

El gas natural, si bien es m�s barato y m�s simple su manejo, necesita contar con la l�nea que conecte la secadora con la red general. En la mayor�a de los casos la red est� alejada, y el propietario de la planta debe hacerse cargo del costo de la misma. Sin embargo, el gas natural tiene la ventaja de no tener la necesidad de un dep�sito o tanque y de la seguridad de su aprovisionamiento.

La equivalencia entre el consumo de gasoil y de gas envasado (propano) se establece sobre el poder cal�rico de ambos combustibles y los pesos espec�ficos respectivos (Cuadro 6).

1 litro gasoil/hora = 0,78 kg gas/hora = 1,54 l gas/hora

As�, una secadora que consuma 180 l/hora de gasoil, consumir� aproximadamente 140 kg/hora de gas envasado � 277 l/hora del mismo gas.

Cuadro 6. Conversiones energ�ticas

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