Fundamentos de Secado, Acondicionado y Almacenaje de Semilla

7/18/2019 Fundamentos de Secado, Acondicionado y Almacenaje de Semilla

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GENERALIDADES DEL SECADO DE GRANOS. EFICIENCIA DE SECADO.

VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA EFICIENCIA DE UNA SECADORA

SISTEMAS DE SECADO.

DESCARGA EN SECADORAS DE GRANO.

SISTEMAS DE COMBUSTION.

INCENDIOS EN SECADORAS. PROTECCION.

AUTOMATIZACION EN SECADORAS.

INDICE.



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Cuando el grano se cosecha con contenidos de agua los cuales no son aptos para su almacenamiento y correcta

conservación, se debe realizar el proceso de secado.El agua no se encuentra repartida uniformemente en el grano. Según el tipo de fijación podemos clasificarla en:

A. Fijada químicamente.B. Fuertemente adsorbida. (ligazones electromagnéticas)C. Ligada bajo tensión osmótica.D. Retenida por fuerzas capilares.

El agua ligada bajo tensión osmótica y el agua libre retenida por fuerzas capilares favorecen el desarrollo dehongos, bacterias y reacciones químicas que deterioran el grano.

El contenido de humedad final del grano (posterior al proceso de secado) dependerá de:

• La naturaleza o tipo de grano: soja, maíz, trigo, etc.

• Forma de almacenamiento: silo sin aireación, silo con aireación, etc.

• Características climáticas del lugar: temperatura ambiente, humedad ambiente, etc.

• Requerimientos del proceso al que será afectado el grano: almacenamiento, transporte,proceso de extracción de aceite, etc.

Vale aclarar, que el contenido de humedad del grano no es un fenómeno estático sino que existe un permanenteintercambio de agua entre el grano y la atmósfera que lo rodea.

A continuación analizaremos un grafico donde se representa la variación de la humedad del grano en el tiempocuando el mismo esta afectado al proceso de secado.

Regimen y Tiempo de Secado

14

16

18

20

22

24

0 1 2

Tiempo

H u m e d a d d e l G r a n o [ % ]

A

B

C

D

Si analizamos la permanencia del grano dentro del sistema de secado vemos que:

• Unidad de tiempo: 1. Humedad inicial: 22%. Humedad final: 16%. Puntos extraídos: 6.

• Unidad de tiempo: 1. Humedad inicial: 16%. Humedad final: 14%. Puntos extraídos: 2.Con lo anterior vemos que a medida que se extrae humedad del grano se necesita mas energía para mantener elmismo “ritmo de secado” en el proceso.

GENERALIDADES DEL SECADO DE GRANOS.

A: 0-5 %.B: 5-13 %.C: 13-24 %.D: AGUA LIBRE.



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En el grafico siguiente vemos una curva típica de energía necesaria para extraer humedad en función de cómoesta ligada el agua al cuerpo del grano.

Eficiencia de Secado

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

% de Humedad

K c a l / K g d e A g u

Cálculo del consumo especifico de una secadora.

A continuación se detallan los datos mínimos y necesarios a relevar para realizar un estudio de consumoespecífico en una secadora:

• Fecha de toma de muestras.

• Tipo de grano en proceso.

• Prelimpieza. Si / No.

• Consumo de gas natural. [m³ / hora o día]

• Humedad de entrada y de salida de la soja.

• Temperatura del aire de secado.

• Temperatura ambiente.

• Humedad ambiente.

• Toneladas hora (o día) procesadas.

Luego, para el caso de aceiteras, donde en general los parámetros fijos son tn/h descargada por la máquina (losque requiere el proceso) y humedad de salida del grano (según calidad final delo aceite) y los variables que sontemperatura del aire de secado y humedad de entrada podemos graficar:

Agua libre. Agua capilar. Agua adsorbida.



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Humedad de entrada vs. consumo especifico

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

11,6 11,8 12 12,2 12,4 12,6 12,8 13 13,2

Humedad de entrada [%]

C o

n s u m o e s p e c i f i c o

[ k c a l / k g H 2 0 e v a p . ]

Humedad de salida 10,6%

Se observa el considerable aumento del consumo específico cuando menor es la humedad de soja a la entrada

de la secadora.



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0

10

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70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Aumento de tempera tura: (Tx-Ti)/(Tf-Ti)*100 [%]

A l t u r a d e

s e c a d o : ( h y ) / ( H c ) * 1 0 0

[ % ]

Externos a la secadora:

• Operador: en general, en fábricas de aceite de gran envergadura, la humedad de entrada y salida delgrano a la secadora es aproximadamente constante. Esto acompañado de automatizaciones con que engeneral cuentan las secadoras, hace que esta variable no tenga demasiada relevancia.

• Temperatura ambiente: incremento de 10 ºC en la diferencia de temperatura entre el aire de secado yel aire a temperatura ambiente modifican el consumo en aproximadamente un 20 %. (Para rango detrabajo de 90 ºC de temperatura de aire de secado)

• Humedad ambiente: no se tiene cuantificado cuanto es el decremento de la eficiencia de la máquinasecadora en función del aumento de humedad relativa ambiente. No obstante, se detecto que para uncierto valor de humedades relativas, la recuperación de calor en máquina secadoras en aceiteras deja deser eficiente.

• Temperatura del grano a la entrada de la secadora: en una máquina secadora, el aumento detemperatura del grano es función del tiempo de permanencia del mismo dentro de la zona de airecaliente. A mayor temperatura de entrada a la secadora del grano, menor será el tiempo de permanencianecesario para la evaporación de una determinada cantidad de agua. Ello colabora con la eficiencia delproceso de secado.

Se adjunta grafico de curva de variación de temperatura en el grano en proceso de secado.

• Materia extraña en la masa grano: a mayor cantidad, mayor probabilidad de incendio y menoreficiencia de secado del equipo.

VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA EFICIENCIA DE UNA SECADORA.

Hcaire caliente

Hf aire frío

(Hf ; tf) Tmáxima grano

(Hi ; ti) Tmínima grano

(Hf,tf) : Maximum graintemperature

Hc : Hot air

(Hi;ti) = Minimum grain

temperature

Hf : Cold air

Ti: temperatura grano a la entrada de la

secadora.

Tf: temperatura máxima del grano.



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Propios de la secadora:

• Mala regulación de basculantes. (Ver Descargas en Secadoras de Grano. Pag. 10)

• Incorrecta distribución interna del aire de secado o/y mal funcionamiento de equipo decombustión. (Ver Sistemas de Combustión. Pag. 15)



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SISTEMAS DE SECADO.

Dentro de los diseños de secadoras que se encuentran en los puertos, acopios, fábricas, etc., son las

preponderantes máquinas a caballete y máquinas a columnas con chapa perforada.En adelante analizaremos ambos diseños:

1. “MAQUINAS A CABALLETES”

En este sistema el grano en el descenso dentro del equipo, va sorteando caballetes que le producen unarotación. (movimiento permanente)Son equipos que logran una buena calidad de secado, en lo que se refiere a fisuración y cuarteado de granos.

Características generales del diseño.

Analizando el croquis adjunto, tenemos:

1 a.- En el ancho del equipo, el grano recorre diferentes caminos en su descenso, por lo que hay granos queestán mas secos y otros no tanto en función del tiempo de permanencia en la secadora. (Kepler-Weber)Para corregir este problema es que algunas marcas construyen columnas internas en el equipo de caballetes.(Tecnigranel)

1 b.- Si analizamos una vista lateral de la máquina, la temperatura del grano al salir del equipo varíanotablemente. Del lado de los ventiladores está mas caliente que en la zona opuesta. (cámara de quemador)Esto es debido a que la depresión que crean los ventiladores, hacen tomar al aire alta velocidad al ingresar alcaballete, produciendo diferentes distribución en la masa de granos.

1 c.- El caudal específico con que trabajan normalmente es bajo. Sisuperan este caudal comienza a arrastrar granos por la abertura delcaballete.La contrapresión normal de estos sistemas es de 35 a 38 mmH2O.

1 d.- La pared lateral exterior del equipo está en contacto con elgrano. Esto no es bueno ya que en días fríos y de humedad el granose adhiere obstruyendo el descenso del conjunto. Este fenómenoproduce calentamientos y normalmente, son los lugares de incendio

de las secadoras de caballete.

1 e.- En general los diseños de máquinas a caballete juntan susventiladores en la zona baja o alta del equipo. A causa de esto no hayuna buena distribución del aire en toda la masa del grano.Se han medido máquinas con recuperación de calor y hay zonasdonde no circula aire.



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2. “MAQUINAS A COLUMNAS”

En este tipo de máquinas el grano al descender lo hace dentro de columnas de chapa perforada. La calidad desecado es “inferior” al sistema de caballetes.

Características generales del diseño.

Analicemos el croquis adjunto:

2 a.- El grano al ingresar a la zona de secado, lo hace por diferentes columnas, lo cual es bueno. Si la regulacióndel sistema de descarga es efectivo, el tiempo de permanencia del grano dentro de cada columna tiene que serprácticamente el mismo.

2 b.- El grano que se encuentra contra una de las caras de la columna, sigue pegado a esa cara mientras

desciende. Esto no es bueno ya que ese grano se recalienta con relación al otro que está junto a la caraopuesta.Para solucionar estos problemas se colocan pisos divisores los cuales invierten el sentido de circulación del aire.El grano que esta junto a la chapa perforada (de uno u otro lado) está mucho mas caliente que el que seencuentra en el centro de la columna.

Aquí hay muy mala calidad de secado; existe un fisurado muy alto. (Proceso térmico)En algunos equipos se produce inversión de recorrido del grano dentro de la columna, pero el problema semantiene. (G.S.I.)

2 c.- Como vimos en el detalle anterior, estos equipos tienen pisos ensu interior para producir las desviaciones de aire. En estos pisos es

donde se acumulan livianos generándose zonas de muy altaprobabilidad de focos de incendio tan clásicos en las secadoras decolumnas.

2 d.- La contrapresión y el caudal específico de un sistema de columnacon chapa perforada, es más alta que la de un caballete.Existe la posibilidad de aumentar el caudal específico a costas de unmayor incremento en la potencia eléctrica.Los diseños de G.S.I. (Belen – EE.UU.), tienen este principio: altoscaudales con alta potencia eléctrica. (Altísimo fisurado) Los nacionales,bajo caudal con baja potencia. Estas tienen que secar a alta

temperatura, aparece alto fisurado y alto consumo de combustible portonelada en proceso.



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3. NOVEDADES. DISEÑO MEGA.

El diseño de otro sistema de secado es el mixto, combinación decolumna y caballete. Ver figura.

Aquí el grano trabaja en su descenso dentro de columnas (sin chapaperforada), con medios caballetes en su interior que le da elmovimiento de rotación.El grano es acompañado por el aire en un tramo calentándolo yluego se produce un tempering (espera) hasta que nuevamente loatraviesa otra maza de aire caliente. Esto lo hace permanentementeen su descenso.La calidad de secado es superior a los otros dos sistemas antesdetallados. Esto se corrobora con ensayos realizados por INTA. (Ing.Juan Carlos Rodríguez) donde se demostró que el fisurado es

inferior en un 35% a los demás sistemas.

N a.- El grano ingresa a las columnas y tienen un mismo tiempo depermanencia dentro del equipo. Por tal motivo existe excelenteuniformidad de secado.

N b.- La columnas de aire generan una zona de presión y depresióna ambos lados de la columna de granos.El ingreso del aire a la maza de granos se produce a muy bajavelocidad, no existiendo en la secadora zonas dispares detemperatura.

N c.- La pared lateral del equipo se corresponde en su interior conuna columna de aire. No existe el problema de condensado yapelotonado de grano húmedo caliente.

N d.- Los caudales con que trabaja el sistema son muy superiores alos sistemas convencionales.La contrapresión del sistema es muy baja. Esta en el orden de 15 a20 mmH2O.

Aquí se da que tenemos mucho aire y baja potencia eléctrica.Esto permite al equipo lograr rendimientos altos con bajo consumo

(menor temperatura de secado) y con menos volumen de grano enproceso. (menos permanencia)El sistema se torna más eficiente.

N e.- Los ventiladores se distribuyen en todo el alto del equipo, para lograr una uniforme distribución del aire.

N f.- Las columnas de aire no cuentan con pisos divisores en todo el alto de la máquina.Esto beneficia la limpieza y minimiza el riesgo de incendio.El piso de las columnas de aire es un caballete invertido para producir el drenaje de los livianos al basculante.



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En resumen:

CABALLETE.COLUMNA DE CHAPA

PEFORADA

.

SISTEMA MIXTO.

SISTEMA DE SECADO

Calidad de secado.(Fisurado)

Bueno. Regular. Muy bueno.

Consumo depotencia.

Media. Alta. Baja.

Riesgo de incendio. Alto. Alto. Bajo.

Rendimiento 3 ptos,Maíz, Temp.: 100°C.

Su capacidad de granoen proceso.

10 a 15 % porencima de su

capacidad.

40 a 50 % porencima de sucapacidad.

Uniformidad desecado.

Bueno. Regular. Muy Bueno.

Caudal especificode aire. Bajo. Medio. Alto.

Particularidad: el sistema mixto permite secar granos con humedades de entrada superior a 28%, en una solapasada, enfriando en máquina, sin variar la calidad.Los sistemas tradicionales no pueden secar granos con humedad superior a 22% sin recircular.



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DESCARGA EN SECADORAS DE GRANOS. BASCULANTE)

La descarga en una máquina secadora de granos es el elemento que controla el flujo de granos dentro de ella.

Como consecuencia maneja el tiempo de exposición y permanencia de éste dentro de la masa de aire caliente yseca provocando la baja en el contenido de humedad que es el objetivo buscado.Independientemente del tipo de secadora de granos, es una de las partes más importantes ya que el malfuncionamiento provoca disminución en el rendimiento, aumento en el consumo de combustible por TN secada,mala calidad de secado (desparejo y quebrado), alto riesgo de incendio, desgaste excesivo.De lo observado en un gran número de acopios vemos que generalmente son problemas de regulación, menosfrecuente de diseño o falta de mantenimiento.

Analizaremos las descargas según las siguientes características:

Proporcionalidad Regulación Manejo Mantenimiento Roturas Vaciado

Proporcionalidad.

Le llamaremos proporcional cuando la descarga tenga una relación lineal con la variación de frecuencia de lasalida durante el rango de trabajo.Esto que parece obvio la mayoría de los sistemas no lo cumplen y muchas veces se colocan inverters o sistemaspara variar la frecuencia no consiguiendo el efecto deseado.

Regulación:

Esta formado por un conjunto de elementos mecánicos, los cuales mediante modificaciones de susparámetros permiten alterar el caudal de salida y además calibrar la descarga en forma tal que sea similar entodos sus puntos, provocando una descarga uniforme en toda la superficie de la máquina.



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Manejo:

Operaciones que se deben ejecutar para alterar el flujo de descarga.

Mantenimiento:

Son las paradas necesarias para ejecutar medidas preventivas.

Roturas:

Fallas de algún componente provocadas por elementos extraños o propios del sistema que dejan fuera deservicio a todo el equipo.

Vaciado:

Posibilidad de vaciar la máquina sin energía eléctrica. (Muy importante en caso de incendio)

Tipos de descargas analizadas

Molinete Oscilante Basculante decolumna individual Válvulas Basculante Mega con placa de barrido

Comparativa de los distintos tipos.

SISTEMAS PROPORCIONALIDAD M ANEJO M ANTENIMIENTO ROTURAS V ACIADO

Molinete BUENA FACIL MEDIO ALTO NOOscilante MALA FACIL MEDIO MEDIO SI

Basculante MALA FACIL BAJO BAJO SI

Válvulas BUENA FACIL MEDIO MEDIO SI

Basc. c/ Placa BUENA FACIL BAJO BAJO SI



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Comentarios, observaciones, opiniones.

En este espacio trataremos de comentar lo que hemos observado en una gran cantidad de maquinas y que a

nuestro entender se debe tratar de corregir.

Espacios muy pequeños entre boca de salida y plataforma oscilante.

Cualquier suciedad o cuerpo extraño interfiere no permitiendo la correcta descarga generando columnascalientes dentro de la máquina.

Plataformas de salidas (basculantes) cruzadas respecto a las bocas de salida.

Chorreado con el sistema parado, secado desparejo

Excesivo tiempo de reposoResulta en un secado tipo bach que baja muchísimo el rendimiento respecto a un flujo continuo además cuandomueve el grano libera las cáscaras y la suciedad de golpe produciendo una gran nube de polvos muy difícil decontrolar.

Asimetría en el recorrido del basculante

Este es el problema mas frecuente y uno de los más peligrosos ya que se forman sectores calientes que seestancan aumentando su temperatura hasta prenderse fuego.



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Esta asimetría es el desplazamiento desparejo hacia uno de los lados de la boca de descarga provocado poruna mala regulación inicial o bien al alterar la abertura del basculante en altura o recorrido.

Al hacer esta modificación se debe tener mucho cuidado ya que se cambian las alturas relativas de los centrosde rotación haciendo necesaria la corrección (alargar o acortar) del largo del brazo de empuje (biela) para evitarla asimetría.Los casos aquí expuestos son los errores más comunes y muchas veces, repetidos en una misma máquina.Para comprobar que una descarga esta funcionando correctamente debemos realizar tomas de temperatura yhumedad en el grano en varios puntos de toda la superficie de salida de la máquina verificando que estas seansimilares entre ellas dependiendo del proceso posterior el rango de diferencias aceptados.



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SISTEMAS DE COMBUSTION.

Un factor a tener en cuenta en las máquinas secadoras de grano es el sistema de combustión el cual se encargade elevar la temperatura del aire de secado. El buen diseño de este, toma significativa importancia debido a queuna gran parte del costo de secado deriva del combustible consumido.

Para realizar una breve reseña de los sistemas de combustión los clasificaremos según el combustible a utilizar.

• Gas Natural / Gas Licuado de Petróleo: quemadores de llama continua o tipo caja.

• Leña: hornos de mampostería y/o material metálico.

• Gas Oil: no se tratará el tema, debido al poco uso de este combustible en el proceso de secado.

Quemadores a gas.

Quemador de llama continúa. Quemador tipo “caja”.

CaracterísticasGenerales

Relación de Superficies:llama / entrada de aire.

73% 25%

Potencia consumida c/1.000.000 kcal/h.

0 5 HP

Posibilidad de Modulación. Si. Si.

Rango de presión detrabajo.

0,20 a 1,40 Bar. 0,020 a 0,160 Bar.

Para mejorar la distribución de temperatura dentro de la secadora, se han diseñado sistemas con doble nivel dequemadores. Con ello se busca entregar alta temperatura en la zona donde el grano aun contiene elevadahumedad y disminuirla en una segunda cámara cuando el grano ha perdido parte del agua que lo constituye.

A continuación se adjunta foto de una máquina con doble quemador en altura.



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Horno a leña.

En zonas donde no existe la posibilidad de alimentar el equipo de combustión con Gas Natural, y a causa del altocosto que tiene en la actualidad el Gas Licuado de Petróleo, se suele usar como combustible madera.Se trata de diseñar un sistema de combustión el cual tenga como objeto reunir las siguientes “cualidades”:

• Sencilla operación. (Regulación de temperatura, carga de leña, etc.)

• Bajo costo de construcción.

• Bajo consumo.

• Mínima probabilidad de “escape de brasas”.

Se adjuntan fotos ilustrativas de máquinas con instalación de equipos a leña.



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Nivel 2

Tolva de carga

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 1

Tolva de Carga

INCENDIOS EN SECADORAS. INSTALACIONES.

Los motivos por los cuales pueden producirse smolders o principios de incendios en secadoras se pueden

resumir en los siguientes puntos:

• Ineficiente limpieza del equipo.

• Gran suciedad del grano.

• Obstrucción en alguna de las columnas internas o salida de basculantes.

• Falta de nivel de grano.

• Explosiones a causa de acumulación de polvo.

Las dos primeras, en general, si son detectadas a tiempo no causan mayores problemas en el equipo. Las tresrestantes son realmente peligrosas y pueden ocasionar la puesta fuera de servicio y/o destrucción del equipo.

¿Cómo prevenir o combatir?

• Frecuente inspección de conjunto de basculantes de descarga.

• Eficiente sistema de detección de niveles de tolva de carga de secadora.

• Instalación interna de red contra incendios. (Se adjunta croquis tipo)



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