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El secador de flujos cruzados es el que m�s se usa en el mundo, gracias a su popularidad en los Estados Unidos. Dicha popularidad se deriva de los principlos simples de su construcci�n y funcionamiento, Junto con el costo Inicial m�s moderado, en comparaci�n con otros tipos de secadores (Figura 16).
Los secadores de flujos cruzados se caracterizan por el paso del aire perpendicular a una capa de granos, que se mueven entre planchas perforadas. Esos secadores pueden tener diversas configuraciones y la forma comercial m�s com�n es el secador de tipo torre, fijo a una fundaci�n permanente (Figura 17).
La torre puede ser circular, con la capa de granos rodeando el quemador y el ventilador, o bien rectangular, con columnas de granos en dos o en los cuatro costados. En la Figura 18 se presentan esquemas de estos tipos de secadores.
Figura 18. Esquemas de secadores de flujos cruzados de tipo torre.
El secador del tipo de torre rectangular tambi�n puede presentar varias columnas dispuestas unas al lado de otras. En la Figura 19 se presenta otro esquema de secador de flujos cruzados, Junto con el tipo de torre rectangular de varias columnas.
Figura 19. Esquema de secadores de flujos cruzados.
Algunos secadores de flujos cruzados son de construcci�n horizontal, con las columnas de granos colocadas a los dos lados de la c�mara de distribuci�n de aire. Se les puede usar como secadores de partidas, de etapas m�ltiples, o como secadores continuos. Los secadores de flujos cruzados horizontales se pueden montar unos sobre otros, cuando se quiere secar una mayor candidat de granos. Los m�dulos pueden funcionar a la misma temperatura o a temperaturas diferentes. Algunos m�dulas intermedios pueden servir de zonas de reposo, para lo cual basta con desconectar la fuente de movimiento del aire. El m�dulo de base se usa, generalmente, como enfriador. Se ve un esquema de este tipo de secador, en la Figura 20.
Figura 20. Esquema de un secador de flujos cruzados de construcci�n horizontal de varias etapas.
En el secador de flujos cruzados convencional, aire y granos se mueven en direcciones perpendiculares. Los granos pr�ximos a la entrada de aire tienden a resecarse y recalentarse; los que quedan cerca de la salida, en la columna, tienden a quedar h�medos. La diferencia de humedad a trav�s de una columna de 0,30 m. puede alcanzar puntos porcentuales de humedad elevados, dependiendo de los par�metros de secado.
La optimizaci�n de desempe�o de un secador de flujos cruzados se puede obtener mediante el manejo adecuado de los par�metros del secador: altura, profundidad y espesor o ancho de la columna, flujo de masa, temperatura y velocidad del aire (BAUER et al., 1978). La profundidad del secador influye solamente en su capacidad total, siempre que haya simetr�a, en esa dimensi�n, en cuanto a la temperatura y humedad de los granos. La altura de la columna y el flujo del producto determinan el tiempo de residencia de los granos dentro del secador. As�, en el proceso de optimizaci�n del secador de flujos cruzados hay cuatro par�metros principales que investigar: espesor de la columna, tiempo de residencia, flujo de aire y temperatura de secado.
Se han hecho algunas tentativas de reducir las diferencias de temperatura y humedad, pero sin influir significativamente en la capacidad y eficiencia del secador. Se investigaron, inicialmente, los efectos de invertir el sentido del flujo de aire en la mitad de la zona de secado. Aun cuando este cambio en el secador convencional dio como resultado una leve disminuci�n en la eficiencia y capacidad del secador, se observ� una reducci�n del 60 a 75 por ciento en la diferencia de humedad a trav�s de la columna (CONVERSE, 1972; LEREW, et al., 1982; PAULSEN y THOMPSON, 1973; MOREY y CLOUD, 1973).
La recirculaci�n de parte del aire del escape es un adelanto en los secadores de flujos cruzados. Generalmente se recircula cerca del 50 por ciento del aire total, en el secado de ma�z. Por recirculacion se entiende la reutilizacion total o parcial del aire de escape en el secado, pas�ndolo o no por una fuente de calentamiento. En los secadores que funcionan con esta t�cnica, el aire saturado proveniente de la primera etapa de secado sale al ambiente. El aire que sale de las etapas siguientes de secado se mezcla con el aire que pasa por la zona de enfriamiento y se dirige a la fuente de calentamiento, para usarse nuevamente. En la Figura 21 se presenta un esquema de secador de flujos cruzados modificado, con inversi�n del flujo de aire y recirculacion de parte del aire de escape. El principal beneficio de la recirculacion de una parte del aire est� en el aumento de la eficiencia t�rmica del secado. As�, pues, se ha observado en un secador modificado, una reducci�n del 50 por ciento en el consumo de energ�a por unidad de agua evaporada (LEREW et al., 1972). Otras Investigaciones se�alaron una econom�a del orden de 30 a 42 por ciento, cuando recircula cerca del 50 por ciento del aire de escape (BAKKERARKEMA et al., 1972 y 1979; BAUER et al., 1977).
La inversi�n de sentido del flujo de aire no es posible en ciertos secadores de flujos cruzados, porque las columnas de granos est�n situadas alrededor de la fuente de calor. En tales secadores se hace uso de un dispositivo que alterna la posici�n de los granos respecto del aire de secado; los granos m�s h�medos pasan hacia el interior del secador y los m�s secos pasan a la parte externa. En la Figura 22 se presente un esquema de este dispositivo.
La utilizaci�n de zonas de reposo es recomendable en los secadores de flujos cruzados. En esas etapas, la humedad se redistribuye al interior de los granos, lo que facilita su evaporaci�n en la etapa de secado siguiente. Con la introducci�n de zonas de reposo en un secador de flujos cruzados para secar soya, de 20,5 a 12,1%, se previ� una reducci�n de alrededor de 40 por ciento en el consumo de energ�a especifica (DALPASQUAL E, 1981). Aun as�, los efectos del uso de zonas de descanso en los secadores de flujos cruzados no se conocen del todo, por lo que deber�n ser objeto de investigaciones futuras. Un esquema de secador de flujos cruzados, con inversi�n del sentido del flujo de aire de escape y etapas de descanso, aparece en la Figura 23.
El secado de granos en flujos paralelos es una t�cnica que apareci� en el comercio en los a�os setenta, aunque sus principios se conoc�an desde los a�os cincuenta. La introducci�n en el mercado de los secadores de flujos paralelos se retras� a causa del bajo costo de la energ�a en la �poca de su desarrollo, adem�s de la disponibilidad de secadores de construcci�n m�s barata. Con el advenimiento de la crisis energ�tica mundial, a partir de 1973 la demanda de secadores de flujos paralelos aument� notablemente en los paises desarrollados. La raz�n de su popularidad es la elevada eficiencia energ�tica caracter�stica de dichos secadores. En un secador de flujos paralelos, aire y granos fluyen en la misma direcci�n. Hay altas tasas de evaporaci�n en la parte superior de la capa de granos, donde el aire caliente se encuentra con los granos m�s h�medos. Los intercambios intensos y simult�neos de energ�a y masa a la entrada de aire o de granos, causan un r�pido descenso de la temperatura inicial del aire de secado, as' como en el contenido de humedad de los granos. Por este motivo, la temperatura del producto permanece muy por debajo de la temperatura inicial del aire de secado. Dichas temperaturas alcanzan valores muy pr�ximos, a medida que el aire y el producto se mueven hacia abajo por el secador. En consecuencia, el potencial de secado disminuye, en virtud de la reducci�n de temperatura del aire y del aumento de su humedad relativa, con el consiguiente aumento de la humedad de equilibrio del producto. En la Figura 24 se ve un esquema de un secador de flujos paralelos.
En el secador de flujos paralelos todos los granos se someten al mismo tratamiento de secado. En consecuencia, no hay diferencia de humedad entre los granos, como sucede con los secadores de flujos cruzados. La reducci�n continua de la temperatura del aire, hasta la parte inferior de la c�mara de secado, alivia la tensi�n impuesta a los granos durante el secado y disminuye la tendencia a los da�os mec�nicos durante el transporte posterior.
El secador b�sico de flujos paralelos se compone solamente de una secci�n de secado y una secci�n de enfriamiento en flujos contrarios. Los modelos de una sola etapa, que tienen una secci�n de secado �nicamente, son de capacidad limitada, si se trata de eliminar m�s de ocho puntos de humedad. En tales casos, los secadores paralelos de una etapa someten al producto a un tratamiento de secado relativamente severo, por las bajas velocidades del producto dentro del secador.
Figura 24. Esquema de secador de flujos paralelos.
Se han construido secadores de flujos paralelos de dos y tres etapas. El aumento en el n�mero de etapas permite el uso de temperaturas m�s elevadas del aire de secado, adem�s de subir la velocidad del producto dentro del secador. Otra caracter�stica importante de este tipo de secador es la presencia de etapas de reposo, colocadas entre dos c�maras sucesivas de secado. En estas etapas de reposo, la humedad se redistribuye al interior de los granos calentados y la tensi�n t�rmica disminuye a�n m�s. Algunos estudios de simulaci�n matem�tica del secado senalaron la conveniencia de agregar una zona de descanso entre la �ltima c�mara de secado y la de enfriamiento, para acrecentar la evaporaci�n de humedad en esta �ltima c�mara. Para no elevar demasiado la altura del secador, se propuso reducir la altura de las zonas de reposo entre c�maras de secado, en favor de la etapa de reposo instalada antes del enfriamiento. Qued� en claro tambi�n que, si se trata de secadores de etapas m�ltiples, los granos se deben someter a per�odos de reposo m�s prolongados, a medida que pasan por las sucesivas c�maras de secado, lo que Indica la necesidad de contar con zonas de descanso de diferentes alturas en el secador de flujos paralelos y etapas m�ltiples (DALPASQUALE, 1981; QUEIROZ, 1984). En la Figura 25 se puede ver un esquema de un secador de flujos paralelos de tres etapas.
Se ha observado que el uso de secadores de flujos paralelos y etapas m�ltiples aumenta la capacidad de secado del sistema, adem�s de propiciar la obtenci�n de un producto final de mejor calidad (BAKKER-ARKEMA et al., 1977). En los secadores de dos y tres etapas se observan las siguientes ventajas respecto de los de una sala etapa: a) mayor capacidad de secado; b) mejor calidad del producto final; c) mayor flexibilidad de adaptaci�n a diferentes productos; y d) mayor eficiencia (WESTELAKEN y BAKKER-ARKEMA, 1978; MUHLBAUER et al., 1978).
Se nao usado varios productos para probar los secadores de flujos paralelos. Los estudios sobre secado de ma�z con alto contenido de humedad, en secador de flujos paralelos, se�alaron que el aire de secado a 220 �C no afect� significativamente el valor nutritivo del ma�z. Se supone que a temperaturas superiores se podr�a evitar el da�o t�rmico con el uso de una proporci�n adecuada entre los flujos de granos y los de aire (MUHLBAUER et al., 1971). En experiencias realizadas con trigo se lleg� a resultados parecidos (AHMADNIA, 1977; BAKKERARKEMA et al., 1977).
Se secaron semillas de soya en modelos de secador de flujos paralelos, de una sola etapa y de etapas m�ltiples. En ninguno de los casos se observaron alteraciones significativas en la extracci�n y calidad del aceite, ni en el poder germinativa delas semillas, (KALCHIK, 1977; DALPASQUALE, 1979).
Secador de flu�os contracorrientes
Los principios del secado en flujos contracorrientes se emplean en la industria para dimensionar los enfriadores de los secadores de flujos contrarios.
El enfriador de flujos contracorrientes se usa en los secadores paralelos, porque el m�todo evita los choques t�rmicos indeseables en los granos, puesto que la diferencia de temperatura entre el aire y el producto permanece pr�cticamente constante en toda la c�mara de enfriamiento.
El secado en silos se puede considerar secado en flujos contrarios, cuando se utiliza un tornillo sin fin que gira lentamente sobre el fondo perforado y retira los granos parcialmente secos, los que pasan a otro silo. La zona de secado permanece pr�cticamente estacionaria y pr�xima a la entrada del aire de secado en la masa de granos. El enfriamiento posterior de los granos se efect�a en otro silo, donde se termina el secado. En la Figura 26 hay un esquema de dicho sistema de secado.
Figura 26. Secado en flujos contrarios, en silos.
El secado de granos en silos provistos de este tipo de mecanismo representa un adelanto en relaci�n con el secado de partidas en silos y presenta las siguientes caracter�sticas:
a) no hay p�rdida de energ�a en el secado de
granos con humedad inferior a la deseada, puesto que no se
permite que el producto llegue a la humedad de equilibrio;
b) los granos est�n sujetos a temperaturas elevadas mientras
pierden humedad a una tasa razonable. Con esto se evita que el
producto alcance la temperatura del aire de secado. Comparado con
el sistema de secado en partidas, en silos, el tiempo de
exposici�n de los granos a las condiciones del aire de secado es
menor; y
c) como el producto no se reseca, los da�os mec�nicos debidos
al transporte posterior se reducen.
Dicho sistema de secado en flujos contrarios presenta ciertos problemas, entre ellos la carga adicional que deben soportar las paredes del silo debido a los equipos que mueven los granos.
Los secadores continuos ya descritos se pueden usar como secadores intermitentes. Para ello, basta que el producto, al salir del secador, vuelva a entrar a �l, ya que estos secadores no retiran la humedad deseada del producto en una sola pasada y exigen que aqu�l pase m�s de una vez por el secador.
Hay secadores hechos para el secado intermitente, los cuales poseen en su parte superior una c�mara de reposo para los granos. En estos secadores, los granos permanecen en la c�mara de reposo cerca de 90% del tiempo total y solamente el 10% en contacto con el aire de secado. El prop�sito de la permanencia m�s prolongada en la c�mara de reposo es que haya redistribuci�n de humedad en los granos, lo que facilita el secado posterior. Al mismo tiempo, debido al breve periodo en que los granos quedan expuestos al aire de secado, la eliminaci�n de humedad de los granos en cada pasada por la c�mara de secado es peque�a y exige un elevado n�medo de pasadas. En la Figura 27 aparece el esquema de un secador intermitente de flujos cruzados.
El uso de secadores en canal es muy com�n en paises de Am�rica Latina; muchas veces se les ocupa como secadores intermitentes y sencillamente se hace pasar el producto varias veces por el secador. Es imponente destacar que, en tales casos, la capacidad nominal del secador disminuye proporcionalmente con el n�mero de pasadas del producto por el secador y es preciso tenerlo presente al dimensionar sistemas de secado/almacenamiento que emplean dicha t�cnica.
Ciertos productos agr�colas no soportan el secado continuo hasta alcanzar el contenido de humedad final que se busca, sin sufrir considerables da�os f�sicos y fisiol�gicos. Es el caso de las semillas en general, del arroz y de los productos que se cosechan con humedad muy elevada. Estos productos se deben secar de manera intermitente.
Figura 27. Esquema de un secador intermitente de flujos cruzados.
Cuando el producto no est� destinado a semilla, con excepci�n del arroz, la temperatura del aire de secado intermitente es la misma que se usa en los procesos continuos.
El secado intermitente no se realiza solamente en secadores adaptados para ello, pues los secadores de etapas m�ltiples tambi�n ocupan esa t�cnica. Estos �ltimos se componen de diversas c�maras de secado intercaladas con c�maras de reposo. i-De este modo, los granos entran al secador h�medos y salen secos, en una �nica pasada, con lo que el secador funciona en flujo continuo. El producto, en cambio, se somete a secado en cada c�mara y el secado es, por tanto, intermitente.
El uso de equipos de etapas m�ltiples para efectuar el secado intermitente es ventajoso, en relaci�n con el de recirculaci�n del producto en secadores que no tienen zonas de descanso, porque en los primeros es posible usar diferentes temperaturas y flujos de aire en cada c�mara de secado, con lo que se optimiza el uso del secador.
El secado combinado es una t�cnica que consiste en utilizar un sistema de secado a altas temperaturas cuando el producto presenta un contenido de humedad m�s elevado, sobre 16-18%, y a partir de ese punto, completar el secado con un sistema de secado a bajas temperaturas.
La eficiencia t�rmica de secado de los secadores de altas temperaturas aumenta significativamente cuando ellos forman parte de sistemas de secado combinado. Los motivos principales para ese aumento de eficiencia son los siguientes:
a) los secadores funcionan con productos en una
faja de humedad en que la evaporaci�n de agua es m�s f�cil; y
b) los enfriadores, en general no se usan, porque los granos
normalmente deben llegar al sistema de secado a bajas
temperaturas mientras est�n todav�a calientes. Muchas veces los
enfriadores se convierten en zonas de secado, lo que aumenta la
capacidad de los secadores a altas temperaturas.
Hace falta explorar mejor los sistema de secado combinado, especialmente a nivel de granja.
La seca-aireaci�n de granos es un proceso en el cual el producto se seca, mediante un secador a altas temperaturas, hasta un contenido de humedad superior, en uno a tres puntos porcentuales, al contenido ideal para almacenarlo, sin someterse a enfriamiento mientras pasa por el secador. Luego, el producto pasa a un silo, donde permanece en reposo por un lapso de cuatro a seis horas y posteriormente se enfr�a, con el sistema de aireaci�n del propio silo, que se debe proyectar para cumplir esa etapa en un per�odo de 12 a 16 horas (Figura 28).
El proceso de seca-aireaci�n presenta tres ventajas en relacion al proceso de secado a altas temperaturas, con enfriamiento en el propio secador: a) reducci�n del consumo de energ�a; b) producto final de mejor calidad; y c) aumento de la capacidad de secado del secador.
Durante el proceso de secado a altas temperaturas se desarrolla al Interior de los granos una diferencia en el contenido de humedad y la parte interna permanece m�s h�meda que la parte superficial. Durante el per�odo de reposo, en el proceso de seca-aireaci�n, el contenido de humedad al interior del grano se empareja y permite que se retire entre uno y tres puntos porcentuales de humedad durante el periodo de enfriamiento. Cuando el enfriamiento se efect�a en el mismo secador, no se consigue retirar la misma cantidad de humedad, porque el enfriamiento se efect�a inmediatamente despu�s del secado, en un lapso muy corto, sin aprovechar la energ�a almacenada en el grano en forma de calor sensible. Por ello el consumo de energ�a es menor cuando se emplea el proceso de seca-aireacion
Las tensiones internas que se desarrollan en el grano al final del proceso de secado a altas temperaturas y con enfriamiento r�pido, se reducen al m�nimo en el proceso de seca-aireaci�n. As�, los granos est�n menos sujetos a fracturas y da�os durante las operaciones posteriores al secado.
En el proceso de seca-aireaci�n, el flujo de granos en el secador puede aumentar, ya que la cantidad de humedad que se ha de eliminar es menor. El aumento del flujo de granos permite utilizar temperaturas m�s elevadas en el aire de secado, en virtud del menor tiempo de residencia del producto en el secador. Con el aumento de temperatura, el aire gana m�s capacidad de secado, lo que permite aumentar aun m�s el flujo de granos. En esa forma, el secador pasa a tener mayor capacidad de secado y su eficiencia energ�tica aumenta, debido a la elevaci�n de la temperatura de secado. Se consiguen, generalmente, econom�as de 20 a 40% de energia y aumentos de la capacidad de secado entre 50 y 75%. El aumento real de la capacidad del secador y la econom�a de energ�a dependen del contenido de humedad inicial, de las condiciones clim�ticas del lugar y de la caracter�stica de la unidad almacenadora donde est� instalado el sistema.
Enfriamiento. la operaci�n de enfriamiento debe Iniciarse cuatro a seis horas despu�s de que la primera partida de granos entre en el silo. Incluso, una vez iniciado el enfriamiento, se puede seguir agregando producto hasta completar la capacidad del silo, porque el sentido del movimiento de aire es de abajo hacia arriba. En tal caso, el ventilador escogido debe permitir que el producto quede en el silo por lo menos cuatro horas, sin someterlo a enfriamiento.
Si se trata de instalar sistemas de seca-aireaci�n en que el secador es de baja capacidad de secado, generalmente se deben destinar dos silos al enfriamiento. Cada silo debe tener capacidad para recibir todo el grano secado en un dia, de modo que, mientras un silo se carga, el producto del otro se puede estar enfriando o descargando. En aquellas unidades de almacenamiento que poseen un secador de gran capacidad, es preciso emplear m�s de dos silos para enfriar el producto, para que la potencia de los ventiladores no sea demasiado elevada.
Equipos empleados en el proceso de seca-aireaci�n. En la instalaci�n de un sistema de seca-aireaci�n, es importante realizar un proyecto que incorpore todos los beneficios que el sistema puede proporcionar.
Los silos de enfriamiento deben tener capacidad compatible con la capacidad del secador. Cuando se usa un secador en un sistema de secaaireaci�n, su capacidad de secado aumenta en 50 a 75%. Hay que considerar tambi�n la posibilidad de ampliaci�n futura del sistema, recordando que un silo sobredimensionado en un momento determinado no es problema, puesto que al final de la cosecha los silos de enfriamiento normalmente se transforman en silos de almacenamiento.
El ventilador se debe proyectar para que suministre la cantidad de aire necesaria para enfriar el producto durante el tiempo previsto. Si se tiene solo dos silos de enfriamiento, de modo que cada d�a el producto secado se destina a uno de ellos, es ideal que el ventilador entregue un flujo de aire suficiente para que el frente de enfriamiento se desplace dentro del silo, en la misma proporci�n en que este �ltimo se va cargando. De este modo, todo el producto permanecer� en reposo dentro del silo por un periodo de cuatro a seis horas. En tal situaci�n, la cantidad m�nima de aire recomendada es de 13 m�/min. por cada tonelada de capacidad horaria del secador empleado.
Si se ocupa la seca-aireaci�n cuando la capacidad de secado del secador es elevada, el silo se repleta en corto tiempo. En tales condiciones, la cantidad de aire recomendada para el enfriamiento es de 0,5 a 1 m�/min. por tonelada de capacidad del silo.
Adem�s de entregar la cantidad ideal de aire, el ventilador debe hacer que el aire venza todas las resistencias que el sistema impone a su paso. Es importante considerar la resistencia que impone la masa de granos y el sistema de distribuci�n de aire.
La distribuci�n del aire en los silos de enfriamiento se realiza normalmente mediante conductos de superficie perforada. La ubicaci�n de estos conductos debe ser tal que el enfriamiento alcance a toda la masa de granos. Las velocidades ideales del aire en sistemas de aireaci�n aparecen en NAVARRO y CALDERON (1984) (Figuras 29 y 30).
El sentido del movimiento del aire, en el enfriamiento del producto dentro del silo, debe ser de abajo hacia arriba, puesto que el enfriamiento normalmente comienza cuando el silo todav�a no se termina de cargar. Con este procedimiento, la primera partida de granos que entra en el silo ser� la primera en enfriarse. As�, el aire caliente y h�medo que sale del frente de enfriamiento no entra en contacto con el producto ya enfriado, lo que podr�a provocar condensaci�n de la humedad y un nuevo calentamiento de los granos.
El proceso de seca-aireaci�n exige un sistema eficiente de transporte de granos, puesto que el producto debe pasar por correas transportadoras m�s veces que en el proceso de secado con enfriamiento en el propio secador. Las principales operaciones de transporte en un sistema de seca-aireaci�n son tres: a) carga del secador con producto h�medo; b) traslado del producto caliente del secador al silo de enfriamiento; y c) traslado del producto enfriado al sistema de almacenamiento.
Los determinadores de humedad que normalmente se emplean en las unidades de almacenamiento son los de m�todo indirecto, es decir, que la determinaci�n se hace correlacionando, generalmente, alguna propiedad el�ctrica, con el contenido de humedad existente en el producto. Este tipo de aparato no entrega, generalmente, resultados satisfactorios en la determinaci�n de la humedad del producto caliente que sale del secador. En vista de eso, es necesario establecer un factor de correcci�n para los valores que se�ala el determinador.
El secador de granos debe ofrecer dos opciones de uso: la operaci�n tradicional y la operaci�n en sistema de seca-aireaci�n.
En la tradicional, el producto se seca y se enfria en al mismo secador. En la de seca-aireaci�n, al producto se retira caliente del secador. Para esto, lo ideal es que el secador permita transformar la secci�n de enfriamiento en secci�n de secado; el ello no fuera posible, sencillamente se debe suspender la entrada de aire por la secci�n de enfriamiento.
