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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali

Universidad Nacional de Córdoba Facultad de Ciencias Agropecuarias Departamento de Producción Vegetal

Manejo Postcosecha de Granos Guía de Trabajos Prácticos Orlando J. J. Badiali Ing. Agr. M. Sc. Profesor Asociado

2012

“CEREALES Y OLEAGINOSAS”

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali

Curso Manejo Postcosecha de Granos Cronograma 2012 Fecha

Clase Nº

Actividad

17/08/12

1

Problemas del Almacenamiento. Propiedades de los granos, Agentes bióticos, Respiración, Termometría, Tiempo de Almacenaje Seguro.

24/08/12

2

Práctica Comercial y Tipificación de Granos

31/08/12

3

07/09/12

4

14/09/12

5

21/09/12 28/09/12 05/10/12

6

12/10/12

7

19/10/12

8

26/10/12

9

02/11/12

10

09/11/12 16/11/12 23/11/12

11 12

Humedad de los Granos. Problemas. Importancia de la Humedad Psicrometría, Carta Psicrométrica, Usos, Problemas Psicrométricos Presión Estática, Criterios para la Selección de Ventiladores. Semana del Estudiante Parcial I Secado en Silos y Secadoras. Principios del Secado, Capacidad de Secado, Determinación del Consumo de Combustible de una Secadora Secado-Aireación. Principios, Transformaciones de la secadora, Cambios en la Infraestructura de la planta. Aireación, Principios de la Aireación. Diseño del Sistema de Aireación. Manejo de la Aireación. Costos del Secado Almacenamiento en bolsas y a granel. Dimensiones de silos, Capacidad de almacenamiento. Efectos del Almacenaje y el Secado sobre la Calidad de los Granos Visita a Cámara de Cereales Visita a Planta de Silos. Evaluación Final

Docentes Badiali, Orlando Mazzuferi, Vilma Viotti, Gloria I. Giambastiani, Gustavo Badiali, Orlando Badiali, Orlando Badiali, Orlando Badiali, Orlando Badiali, Orlando Ricardo Accietto Badiali, Orlando Ricardo Accietto Badiali, Orlando Ricardo Accietto Badiali, Orlando Giambastiani, Gustavo Badiali, Orlando Badiali, Orlando Badiali, Orlando

Requerimientos: Aula PC Cañón Modalidad de dictado: Presencial 4 horas por semana. Costo: $ 45 para adquirir CD Manejo Postcosecha de Granos y la Guía de Trabajos Prácticos del curso.

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PROGRAMA ANALÍTICO UNIDAD 1

PROBLEMAS DEL ALMACENAMIENTO Características de los granos. Calentamiento espontáneo. Respiración de los granos. Cambios estacionales de la temperatura. Migración de humedad. Factores de deterioro: Hongos y otros Microorganismos. Micotoxinas, Insectos del almacenamiento y su control, Temperatura y Humedad de almacenamiento. Control de la Temperatura de Almacenamiento. Tiempo de almacenamiento seguro (TAS). Explosiones de Polvo en Plantas de Acopio.

UNIDAD 2

PRÁCTICA COMERCIAL Y TIPIFICACION DE GRANOS Operaciones en el comercio de granos, Normas de tipificación de los granos. Standards y Bases de Comercialización. Práctica de determinación de Calidad.

UNIDAD 3

HUMEDAD DE LOS GRANOS Y PSICROMETRIA: Concepto, agua libre, agua absorbida, agua adsorbida y agua, ligada. Métodos de determinación de la humedad. Contenido de humedad de equilibrio. Histéresis. Modelos de contenido de humedad de equilibrio. Concepto. Definición de términos psicrométricos. Carta psicrométrica. Usos de la carta psicrométrica. Problemas de psicrometría. Enfriamiento con deshumidificación. Secado. Calor específico.

UNIDAD 4

PRESION ESTATICA: Concepto. Determinación de la presión estática. Variación de la presión estática: en relación con el tipo de grano, contenido de humedad, impurezas, caudal de aire y altura de la camada de granos. Gráfica de Shedd y multiplicadores de la gráfica de Shedd. Uso de la gráfica de Shedd para la selección de ventiladores. Ventiladores, tipos. Selección de ventiladores para secado y aireación de granos.

UNIDAD 5

SECADO DE GRANOS: Concepto de secado. Tipos de secado: natural y artificial: con aire natural y con aire calentado. Silos de secado. Secadoras estacionarias y de flujo continuo: tipos y características. Selección de secadoras. Eficiencia de una secadora. Flujo de aire en el secado. Calculo del consumo de combustible de una secadora y del secado en silos. Capacidad de secado y enfriamiento. Optimización de secadoras. Consumo específico de energía. Cálculo del caudal de aire de una secadora. Tiempo de secado. Mermas por secado. Re-humedecimiento de granos resecados.

UNIDAD 6

SECA-AIREACION: Concepto de Seca-aireación. Descripción. Diseño y funcionamiento. Modificaciones en las secadoras. Secadoras en tandas. Silos de enfriamiento. Cantidad de silos. Temperatura del aire de secado. Termometría. Enfriamiento del grano. Ventajas e inconvenientes.

UNIDAD 7

AIREACIÓN Y REFRIGERACION DE GRANOS: Concepto de aireación. Diferencias entre aireación y transilado. Diseño de sistemas de aireación. Requisitos básicos para el diseño del sistema de aireación. Operación del sistema. Flujos de aire en la

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali aireación: ventajas y desventajas. Equipos funcionamiento. Ventajas de la refrigeración.

de

refrigeración.

Principios

de

UNIDAD 8

SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO: Concepto de almacenamiento. Almacenamiento a granel y en bolsas. Cálculos de instalaciones de almacenamiento y costos de instalación y operativos. Estibas, diseño de estibas. Almacenamiento a granel: celdas y silos de almacenamiento. Silos temporarios. Cálculo de silos.

UNIDAD 9

EFECTO DEL ALMACENAJE Y EL SECADO SOBRE LA CALIDAD DE LOS GRANOS EN LA CADENA AGROALIMENTARIA: Introducción. Composición Química de los Principales Cereales y Oleaginosas. Cambios Producidos en los Granos Durante el Almacenaje. Efecto del secado sobre las propiedades físico-químicas y funcionales de los granos. Métodos para cuantificar pérdidas en las etapas de postcosecha. Sistemas de aseguramiento de la calidad (Normas ISO, HACCP, etc.).

BIBLIOGRAFÍA GENERAL Badiali, O. J. J. 2005. Manejo Poscosecha de Granos. 191 Pág. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Universidad Nacional de Córdoba. En CD. Bragachini, M. y C. Casini (Ed.). 2003. TRIGO Eficiencia de Cosecha y Poscosecha. Manual Técnico Nº 1. Ediciones Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Imprenta Editorial Maita. Oncativo. Provincia de Córdoba. Argentina. Bragachini, M. y C. Casini (Ed.). 2004. GIRASOL Eficiencia de Cosecha y Poscosecha. Manual Técnico Nº 2. Ediciones Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Imprenta Editorial Maita. Oncativo. Provincia de Córdoba. Argentina. Bragachini, M. y C. Casini (Ed.). 2005. SOJA Eficiencia de Cosecha y Poscosecha. Manual Técnico Nº 3. Ediciones Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Imprenta Editorial Jorge O. Maita. Oncativo. Provincia de Córdoba. Argentina. Brooker, D. B.; F. W. Bakker-Arkema y C. W. Hall. 1992. Drying and Storage of Grains and Oilseeds. An avi Book. 450 pág. Van Nostrand Reinhold. New York. U.S.A. Christensen, C. M. (De.). 1982. Storage of Cereal Grains and their Products. 544 pág. American Association of Cereal Chemists. St. Paul. Minnesota. U.S.A. De Dios, C. A. 2000. Secado de Granos y Secadoras. 224 Pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. Argentina. Delouche, J. Preceptos para el almacenamiento de semillas. 18 pág. Laboratorio Tecnológico de Semillas. Mississipi State University. U.S.A. Justice, O. L. y L. N. Bass. 1979. Principles and Practices of Seed Storage. 289 pág. Castle House Publications Ltd. London. Great Britain. Marsans, G. J. 1987. Manejo y Conservación de Granos.266 Pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires Argentina. Puzzi, D. 1984. Manual de Almacenamiento de Granos. Depósitos y Silos. 349 pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. República Argentina. Yanucci. D. 1984. Conservación. 129 pág. Asoc. Coop. “Amigos de la Escuela de Recibidores de Granos”. Buenos Aires. República Argentina. Yanucci. D. 2001. SECADO. Libro de Actualización Nº 1. 200 Pág. Granos & postcosecha latinoamericana. De la Semilla al Consumo. YPF-GAS, REPSOL YPF. “CEREALES Y OLEAGINOSAS”

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Revistas Científicas: Revista Brasileira de Armazenamento. Editada por CENTREINAR de la Universidade Federal de Viçoza. Transactions of the ASAE. Revista de la Asociación de Ingenieros Agrícolas de Estados Unidos. Journal of Agricultural Engineering Research ahora Biosystems Engineering Journal of Stored Products Research Revistas de Divulgación Aposgran. Revista editada por la Asociación Postcosecha de Granos. Cantis, A; K Thielemann, C. Vollert y M. Miguens. 1977. Almacenamiento, Secado y Conservación de Granos. AACREA. Cuaderno de actualización técnica Nº 20. Buenos Aires, República Argentina. Granos y Postcosecha Latinoamericana. Editada por Consulgran. Peluffo, A. L. 1982. Acondicionamiento y Almacenaje de Granos. AACREA. Cuaderno de actualización técnica Nº 30. Buenos Aires, República Argentina. PÁGINAS WEB www.aposgran.com.ar APOSGRAN www.consulgran.com CONSULGRAN GRANOS www.bccba.com.ar BOLSA DE CEREALES DE CORDOBA

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Teórico Práctico Nº 1

Problemas del Almacenamiento Objetivos  Definir los problemas del almacenamiento.  Tomar conciencia de la influencia de las condiciones de cosecha y almacenamiento sobre la conservación y la calidad de los granos y semillas.  Determinar las condiciones más adecuadas de almacenamiento para un período de conservación prolongado.  Reconocer los métodos adecuados para el control de la temperatura y de la humedad de los granos en el silo.  Establecer los métodos más eficaces para el control de plagas durante la etapa de postcosecha

Introducción La postcosecha es una etapa muy importante para que año a año haya disponibilidad de materia prima suficiente para todas las actividades industriales relacionadas con la alimentación animal y humana y para los mercados de exportación. Un manejo adecuado de la postcosecha permite que los granos sean almacenados en condiciones adecuadas de humedad, temperatura y de ambiente que permitan la conservación de la calidad con que fueron cosechados hasta que vayan a ser utilizados. La etapa de postcosecha se inicia con el traslado de los granos desde el establecimiento del productor hasta que son utilizados en la agroindustria o son embarcados para la exportación. En una primera etapa los granos llegan a una planta de acopio mayoritariamente por medio de camiones. Al ingreso a la planta del conductor del camión debe exhibir y entregar al recibidor de los granos la carta de porte (Figura 1). La carta de porte es un documento obligatorio para el transporte automotor y ferroviario de los granos cualquiera sea el destino de los mismos. No es requerido para el transporte internacional. Los procedimientos y demás información relacionada con la carta de porte pueden consultarse en la página web http://www.afip.gob.ar/cartadeporte/#sujetos Una vez verificados los datos de la carta de porte el camión es muestreado para determinación del contenido de humedad y la calidad de la mercadería que ingresa. Posteriormente al muestreo se procede al pesado y luego se realiza la descarga. De acuerdo con las condiciones de ingreso son las operaciones que se realizan con los granos. Pueden tener una cantidad de materias extrañas en exceso de las tolerancias en ese caso se procede a la prelimpieza. El contenido de humedad

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali puede ser superior al de recibo en cuyo caso se procede al secado. Puede ingresar con alta cantidad de materias extrañas y humedad, en ese caso es conveniente realizar primero la prelimpieza y después el secado para evitar secar materiales no grano. También la mercadería puede llegar en condiciones de recibo tanto de materias extrañas como de humedad, caso en que posteriormente a la descarga se transporta por medio de las norias al silo que corresponda de acuerdo con el tipo de grano. En el almacenamiento es necesario llevar un control permanente de las condiciones que se encuentra el grano para poder llevar a cabo todas las medidas conducentes a mantener la calidad con la que ingreso a la planta (Figura 1).

Figura 1: Flujo de los granos desde el ingreso a una planta de acopio hasta que la mercadería es entregada para su venta a un camión, ferrocarril u otro medio de transporte.

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Teórico Práctico Nº 2

Humedad de los Granos y Humedad de Equilibrio Objetivos 1. Definir humedad de los granos. 2. Diferenciar métodos de determinación de contenidos de humedad de los granos. 3. Relacionar humedad de la semilla con humedad relativa ambiente (humedad de equilibrio). 4. Diferenciar contenidos de humedad de equilibrio entre cereales y oleaginosas. 5. Seleccionar métodos de determinación del contenido de humedad de equilibrio. 6. Resolver problemas relacionados con la humedad de los granos.

Introducción Los granos y semillas de los cereales y oleaginosos están constituidos de materia seca y diferentes cantidades de agua, en relación con el estado de madurez de los mismos. La cantidad de aproximadamente desarrollo de la dependiendo de la

agua que contienen los granos y semillas varía desde 80% cuando se produce la fecundación del óvulo y comienza el semilla, disminuye a 50% - 35% en madurez fisiológica especie hasta 20 % a 14% en equilibrio con el ambiente.

Figura 1: los granos estan compuestos de materia seca y diferentes contenidos de agua. Las grandes diferencias en composición q uímica entre los granos de los cereales y los de las oleaginosas se encuentran en los contenidos de almidón y de materia grasa. Así el principal componente de reserva de los cereales es el almidón que

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali supera en general el 70%, mientras que en las oleaginosas como el girasol no supera el 12 % mientras que el contenido de materia grasa puede variar entre 35 y 52% en el girasol. La soja por otra parte tiene un contenido de materia grasa promedio de 20% y de proteínas de 40%, con un 13% de agua y el resto es hidratos de carbono. En las figuras 2 y 3 se pueden observar las composiciones químicas aproximadas del trigo y del girasol.

Figura 2: composición química aproximada del grano de trigo

Figura 2: composición química aproximada del grano de girasol. Los contenidos de humedad de cosecha para pérdidas mínimas de los diferentes granos de cereales y oleaginosas son en general más elevados que los requeridos para una conservación prolongada en el almacenaje. Por otro lado, los porcentajes de humedad de comercialización se relacionan con los adecuados para la conservación hasta su utilización con niveles mínimos de deterioro. El contenido de humedad es el factor de deterioro más importante para los granos y semillas ya que crea condiciones óptimas para el crecimiento de los hongos del almacenaje que reducen la viabilidad de la semilla, consumen materia seca, los contaminan con micotoxinas y disminuyen su valor comercial. Las toxinas

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali son perjudiciales para la salud de los animales y personas que se alimentan de los granos y los productos elaborados con granos contaminados. Por estos motivos, cuando un camión ingresa a una planta de acopio la primera operación que se realiza es el muestreo de la carga y luego, la determinación del contenido de humedad. Este condiciona el destino posterior del grano dentro de la planta: el almacenamiento cuando el contenido de humedad está dentro de las tolerancias; o el secado si es elevado.

Determinación del Contenido de Humedad El contenido de humedad de los granos y semillas puede ser determinado por diferentes métodos, desde el método de Estufa hasta Peso Constante con diferentes temperaturas y tiempos de exposición hasta los más sofisticados que utilizan la resonancia magnética nuclear (RMN) o la espectrometría de infrarrojo cercano (NIR). El método más común es el electrónico para lo cual se utilizan aparatos que miden la RESISTENCIA que ejercen los granos al paso de la corriente eléctrica; o la CAPACITANCIA que es la capacidad que tienen los granos de almacenar energía eléctrica; y ambas se relacionan con el contenido de humedad. Los aparatos más modernos son de lectura directa. El contenido de humedad se obtiene cuando una cantidad de grano preestablecida, ha sido introducida en una celda que contiene un electrodo y que realiza automáticamente los ajustes correspondientes de acuerdo con la temperatura que tiene el grano en el momento de la medición. Para la mayor precisión de los resultados la muestra obtenida debe ser representativa de la carga del medio de transporte.

Figura 1: Medidor de humedad marca DELVER modelo 1021B (www.delver.com.ar).

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Figura 2: Medidor de humedad portátil marca TESMA modelo Campo www.tesma.com.ar.

Formas de Expresión del Contenido de Humedad El contenido de humedad de los granos se expresa en porcentaje en base húmeda o en base seca Humedad en base húmeda (Hbh) es la relación entre el peso del agua y el peso total de la muestra.

H bh 

Pa Pa  PT Pa  Pms

Pa = Peso del agua Pms = Peso de la materia seca Pt = Peso total Ejemplo 1: Una muestra de granos pesa 170 g antes del secado en estufa y 135 g después del secado. Determine el contenido de humedad en base húmeda. Resolución:

Pa = 170 – 135 = 35 g

H bh 

Pa Pa x 100  x100 PT Pa  Pms

H bh 

35 35 x 100  x 100 170 35  135 Hbh = 20,6 %

Humedad en base seca (Hbs) es la relación entre la cantidad de agua y el peso de la materia seca multiplicado por 100.

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H bs 

Pa x 100 Pms

Ejemplo 2: Una muestra de granos pesa 217 g antes del secado en estufa y 175 g después del secado. Determine el contenido de humedad en base seca. Resolución:

Pa = 217 – 175 = 42 g

H bs 

Pa x 100 Pms

H bs 

42 x 100 175

Hbs = 24,0 % En el comercio de granos la expresión que se usa es en base húmeda. Ambas formas de expresión son intercambiables mediante fórmulas como las siguientes.

H bs 

H bh x 100 100  H bh

H bh 

H bs x 100 100  H bs

Ejemplo 3: Una planta de acopio recibe un camión de maíz cuyo contenido de humedad determinado con un medidor electrónico es de 17,5 %. Determine el contenido de humedad en base seca. Resolución:

H bh x 100 100  H bh 17,5  x 100 100  17,5

H bs 

H bs

Hbs = 21,2% Ejemplo 4: Un laboratorio de investigación que realiza determinaciones de contenido de aceite en girasol estableció que la humedad en base seca de una muestra es de 14,8%. Determine el contenido de humedad en base húmeda.

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Resolución:

H bh 

H bs x 100 100  H bs

H bh 

14,8 x 100 100  14,8

Hbh = 12,9%

Importancia Práctica de la Humedad Mermas por Secado Los contenidos de humedad de los granos superiores a los que fijan los estándares y bases de comercialización indican que se está vendiendo o comprando granos que tienen más agua que la permitida por las tolerancias para cada tipo de grano. Para esto el comercio de granos prevé mermas por secado cuyos valores se extraen de tablas confeccionadas para tal fin. Las mermas también pueden ser calculadas mediante la fórmula

M% 

Hi  H f 100  H f

x 100

M% = Merma en porcentaje Hi = Humedad inicial Hf = Humedad final Ejemplo 5: Un camión transporta 30 toneladas de trigo con 17 % de humedad. Determine la merma para un contenido de humedad de comercialización de 14 %. Resolución:

M% 

Hi  H f

x 100 100  H f 17  14 M%  x 100 100  14 M% = 3,49%

Los valores de tolerancia de humedad utilizados para el cálculo de la merma que se expresa en las tablas son inferiores entre 0,5 y 1,5 a los que corresponden a las tablas de comercialización establecidas por el Servicio Nacional de Sanidad y Calidad Agroalimentaria (SENASA) de acuerdo con la Tabla 1.

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Tabla 1: Tolerancias de recibo de porcentaje de humedad y contenidos de humedad para el cálculo de merma en el comercio de granos (Marsans, 1987). HUMEDAD PRODUCTO Maíz Sorgo Avena, cebada, centeno, trigo, arroz con cáscara. Mijo Lino, Cártamo Colza Girasol Maní (descascarado) Soja

Base o Tolerancia 14,5 15,0

Humedad Final Cálculo de Merma

DIFERENCIA

13,5 13,5

1,0 1,5

14,0

13,5

0,5

15,0 10,0 8,0 11,0 9,0 13,0

14,5 9,5 7,5 10,5 8,5 12,5

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Ejemplo 6: Una planta de acopio recibe un camión de sorgo que tiene 18% de humedad. Determine la merma real y la merma de tabla considerando que la tolerancia de humedad para el sorgo es de 15%. Resolución:

M% 

Hi  H f

x 100 100  H f 18  15 M%  x 100 100  15 %M = 3,53%

M% 

Hi  H f

x 100 100  H f 18  13,5 M%  x 100 100  16,5 %Mt = 5,2% Diferencia = 5,2 – 3,53 Diferencia = 1,67%

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Cantidad de Agua Extraída por Secado Las fórmulas de merma también pueden ser utilizadas para el cálculo de la cantidad de agua a extraer por secado reemplazando en la fórmula el valor 100 por los Kg de capacidad de secado que tenga la secadora o de almacenamiento del silo de secado.

kgagua 

Hi  H f 100  H f

x kg de grano

Ejemplo 7: Una planta de acopio dispone de una secadora cuya capacidad de secado es de 50 ton/h secando granos de maíz desde 17% hasta 14% de humedad cuando la temperatura y la humedad relativa ambiente son de 20ºC y 70% respectivamente con una temperatura de secado de 94ºC. Determine la cantidad de agua a extraer por secado desde los granos. Resolución:

kgagua 

Hi  H f

x kg de grano 100  H f 17  14 kg agua  x 50000 100  14 Kg de agua = 1744,2 Kg

Contenido de humedad de Equilibrio Los granos tienen un contenido de humedad que depende del contenido de humedad del ambiente que los rodea, o dicho de otra manera, el agua dentro del grano y el vapor de agua que tiene el ambiente tienen una determinada presión de vapor. Cuando ambas presiones de vapor son iguales el contenido de humedad del grano está en equilibrio con el contenido de humedad que tiene el ambiente. Cualquier circunstancia que cambie las condiciones de equilibrio determinará que el grano absorba o pierda humedad según que la presión de vapor del ambiente sea mayor o menor que la presión de vapor del grano. La determinación del contenido de humedad de equilibrio puede ser realizada por diferentes métodos. Los que mayor uso tienen son las soluciones salinas saturadas que producen diferentes humedades relativas en recipientes cerrados, en los que se introducen los granos durante un tiempo determinado hasta que el equilibrio se alcanza, posteriormente el grano se pesa, se seca en estufa y se determina el contenido de humedad. Ese contenido de humedad es el que corresponde al equilibrio para la humedad relativa de la solución salina utilizada. Un ejemplo es la solución de cloruro de sodio saturada que a 32ºC produce una HRA de 75%.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali También se han desarrollado modelos matemáticos que para cada grano permiten determinar el contenido de humedad de equilibrio, pero a los fines prácticos se pueden consultar tablas que reflejan los promedios de humedad de equilibrio para distintos porcentajes de humedad relativa ambiente determinadas por diferentes investigadores. El contenido de humedad de equilibrio cambia según que el tipo de grano sea de cereal o de oleaginosa, con las condiciones del año de producción, con las variedades o híbridos. Desde el punto de vista de la importancia práctica, el grano tiene un determinado contenido de humedad que está en equilibrio con una determinada humedad relativa ambiente, la que representa la saturación máxima que alcanza el aire de secado. Esto quiere decir que un grano que tenga 18% de humedad y cuya humedad relativa ambiente (HRA) de equilibrio sea de 85%, al secarlo, el aire que sale del silo de secado tiene una HRA de 85% y no más. Estos conceptos se comprenderán mejor cuando se vea la clase de psicrometría. Ejemplo 8: Un silo de maíz tiene grano con 14% de humedad y una temperatura de 15ºC. ¿Cual será la humedad relativa de equilibrio? Solución: Consultando la tabla 2, se ingresa por el grano de maíz y por la temperatura de 15ºC hasta encontrar el contenido de humedad del grano que corresponde a 14%. Por la misma columna se lee en la parte superior la humedad relativa correspondiente, que en este caso es HRA = 70%. Ejemplo 9: La semilla genética de trigo obtenida de una parcela de multiplicación fue cosechada con un contenido de humedad de 16%. Para proceder a su secado en forma natural se la extiende sobre una superficie firme en un ambiente con humedad relativa del aire de 65% y temperatura de 25ºC. Determine a) la humedad relativa de equilibrio que corresponde a la humedad inicial del grano y b) el contenido de humedad que alcanzará el grano una vez finalizado el secado. Solución: a)

De la misma forma, ingresamos a la Tabla 2 por el grano de trigo (duro rojo de invierno) y la temperatura de 25ºC hasta encontrar el valor de humedad de 16% (15,8% en la tabla). Sobre la misma columna en la parte superior de la Tabla 2 se lee HRA = 80%

b) El valor exacto de HRA de 65% no se encuentra en la tabla pero se puede establecer el contenido de humedad de equilibrio por interpolación lineal sin que ocurra un error demasiado alto.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Para 10% de diferencia de HRA la diferencia de contenido de humedad del grano es de 1,4 %. Para 5% de humedad relativa la diferencia será de 0,7%, de manera que el contenido de humedad que alcanzará el grano será: Hbh = 12,5% + 0,7% Hbh = 13,2%

Ejercicios: 1)

Un camión cargado con 35000 kg de cebada tiene 4800 kg de agua. Determine el contenido de humedad en base húmeda.

2)

Un silo de girasol de 50 toneladas tiene 6580 Kg de agua. A) Determine el contenido de humedad en base seca. B) transforme el valor en % en base húmeda.

3)

Un silo de 100 toneladas tiene almacenado maíz con 18,5% de humedad: a) determine la merma por secado para una humedad de comercialización de 14,5%; b) ¿cuál será la merma de tabla para ese contenido de humedad del grano; c) compare ambos valores y piense en lo que representa para los ingresos del productor.

4)

Una empresa de semillas dispone de una secadora de granos con una capacidad de secado de 40 tn. Determine: a) la merma por secado de trigo que tiene 17,5% de humedad; b) la cantidad de agua a extraer por secado.

5)

Un silo de 200 tn está lleno de maíz con 17% de humedad y una temperatura del grano de 10ºC. Determine la humedad relativa de equilibrio del aire intergranos.

6)

De una variedad de soja fueron cosechados dos bolsones de 400 Kg de semilla genética con humedad próxima al 15% que se distribuyeron sobre una lámina plástica para su secado en un ambiente con 25ºC de temperatura y HRA de 68%. Determine: a) el contenido de humedad relativa de equilibrio del aire intergranos dentro de los bolsones; b) el contenido de humedad que alcanzará la semilla de soja una vez finalizado el secado.

Bibliografía Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W. y C.W. Hall. 1992. Drying and Storage of Grains and Oilseeds. an avi Book. Van Nostrand Reinhold. New York. U.S.A. Christensen, C. M. 1982. Storage of Cereal Grains and their Products. 544 Pág. American Society of Cereal Chemists, Inc. St. Paul, Minnesota. U.S.A. Dávila, S.; S. Peske y R. Aguirre. 1988. Beneficio de semillas. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT). Unidad de Semillas. Cali, Colombia. Puzzi, D. 1984. Manual de Almacenamiento de Granos. Depósitos y Silos.349 Pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. República Argentina.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Tabla 2: Contenido de humedad de equilibrio de los granos (Porcentaje en base húmeda) adaptado de Foster (1982) Cap. IV: Drying Cereal Grains. In: Storage of Cereal Grains and Their Products. MATERIAL

T(º C)

Cebada 25 Alforfón 25 Lino 25 Avena 25 Arroz 25 Centeno 25 Maíz -15.5 Desgranado 0 Dentado 4.4 Amarillo 10 15.5 25 30 32.2 37.8 48.9 68.3 71 Sorgo -1.1 15.5 25 37.8 48.9 Soja 25 Trigo -6.6 blando rojo de 0 Invierno 10 21.1 25 Duro Rojo 25 de Invierno Duro – Rojo de 25 Primavera Blanco 25 Durum 25 Trigo -1.1 15.5 25 32.2 48.9

10 4.4 5.0 3.3 4.1 5.2 5.2 --6.3 6.6 7.5 5.1 4.4 4.9 4.0 --3.9 --4.4 ----

20 30 7.0 8.5 7.6 9.1 4.9 5.6 6.6 8.1 7.6 8.7 7.6 8.7 ----8.6 9.8 8.0 9.3 7.8 9.0 7.0 8.3 7.4 8.2 6.6 7.7 6.0 7.3 ----6.2 7.6 8.2 10.1 7.5 9.5 7.3 8.6 7.0 8.7 6.6 8.0 5.5 6.5 --

HUMEDAD 40 50 9.7 10.8 10.2 11.4 6.1 6.8 9.1 10.3 9.9 10.9 9.9 10.9 10.4 11.8 11.0 12.5 11.0 12.4 10.8 12.2 10.3 11.3 9.8 11.2 9.0 10.2 9.3 10.8 8.7 9.0 8.6 10.0 7.4 8.4 9.1 10.4 11.2 12.3 10.7 11.8 9.8 11.0 10.2 11.8 9.4 10.7 7.1 8.0

RELATIVA 60 70 12.1 13.5 12.7 14.2 7.9 9.3 11.8 13.0 12.2 13.5 12.2 13.5 13.3 15.0 14.0 15.8 13.8 15.7 13.8 15.2 12.4 13.9 12.9 14.0 11.4 12.9 12.4 14.0 11.0 12.5 11.2 13.1 10.0 11.5 11.9 13.9 13.5 14.5 12.9 14.0 12.0 13.8 12.2 13.1 11.6 12.7 9.3 11.5

80 15.8 16.1 11.4 14.9 15.7 15.7 16.6 18.0 17.6 17.5 16.3 15.6 14.8 16.2 14.2 14.9 12.2 15.2 15.8 15.5 15.8 14.8 14.3 14.8

11.3 12.8 14.1 15.3 17.0

90 19.5 19.1 15.2 18.5 20.6 20.6 -21.8 21.5 21.8 19.8 19.6 17.4 19.3 16.7 --17.9 --18.8 --18.8

100 26.8 24.5 21.4 24.1 -------23.8 --------21.9 ----

--

--

--

--

---4.3

---7.2

-- 11.0 12.2 13.5 14.7 16.2 ---- 10.2 11.7 13.1 14.4 16.0 ---9.7 11.0 12.4 14.0 ---8.6 9.7 10.9 11.9 13.6 15.7 19.7 25.6

4.4

7.2

8.5

9.7 10.9 12.5 13.9 15.8 19.7 25.0

4.4

7.2

8.5

9.8 11.1 12.5 13.9 15.9 19.7 25.0

5.2 5.1 --5.8 ---

7.5 7.4 6.9 6.1 7.6 5.3 --

8.6 9.4 10.5 11.8 13.7 16.0 19.7 26.3 8.5 9.4 10.5 11.5 13.1 15.4 19.3 26.7 9.2 10.4 11.8 13.2 14.5 16.3 --7.8 9.6 10.7 12.7 13.8 15.3 --9.1 10.7 11.6 13.0 14.5 16.8 20.6 -7.0 8.6 10.3 11.5 12.9 14.3 --6.2 7.4 9.6 10.4 11.9 13.6 ---

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Teórico Práctico Nº 3 Psicrometría Objetivos -

Conocer las propiedades del aire usado para el secado y la aireación de granos. Conocer la carta psicrométrica. Determinar las propiedades del aire por medio de la carta psicrométrica. Determinar la utilidad de la psicrometría y del uso de la carta psicrométrica para el manejo poscosecha de los granos. Resolver problemas psicrométricos.

Introducción El aire es el medio de transporte que se utiliza para realizar el enfriamiento de los granos a través de la aireación extrayendo el calor; y el secado que elimina los excesos de humedad. Sin embargo, el aire no siempre tiene las condiciones adecuadas para realizar alguna de estas operaciones, ya que puede estar demasiado húmedo lo que puede provocar que el grano se rehumedezca si ya está seco; o demasiado seco, ocasionando que sea sobresecado con las pérdidas económicas consiguientes por mermas de peso. El conocimiento de las propiedades del aire es necesario para un adecuado manejo del secado y de la aireación de los granos. El estudio de las propiedades del aire se realiza por medio de la psicrometría.

Propiedades del aire de Secado El aire es una mezcla de gases de los que la mayor proporción la constituyen el oxígeno y el nitrógeno. Además, otros gases tales como argón, neón, dióxido de carbono y vapor de agua se encuentran en bajas proporciones. Las propiedades del aire tales como temperatura, cantidad de calor, cantidad de vapor de agua y volumen específico son las que definen su aptitud para las operaciones de secado y aireación de granos. Dentro del término temperatura debemos distinguir entre temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo y temperatura del punto de rocío. Temperatura de Bulbo Seco. Es la que se mide en un termómetro común. Las temperaturas de bulbo seco utilizadas para el secado de granos varían desde los valores de temperatura ambiente hasta 300ºC que se utilizan en algunos tipos de secadoras. Temperatura de Bulbo Húmedo. Es la que se mide con un termómetro cuyo bulbo se encuentra envuelto en una tela en contacto con un recipiente con agua de manera que por capilaridad el bulbo está siempre humedecido. Cuando el aire está seco, la evaporación consume calor y el bulbo se enfría a una temperatura inferior a la correspondiente al bulbo seco. La diferencia de temperatura es mayor mientras

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali más baja sea la humedad relativa ambiente. El aire saturado de humedad (100% de humedad relativa) no permite la evaporación del agua que humedece la tela que recubre el bulbo y la temperatura del termómetro de bulbo húmedo es igual a la temperatura del bulbo seco. Temperatura del Punto de Rocío. Es la temperatura del punto de saturación en la que la temperatura de bulbo seco es igual a la del bulbo húmedo. Entalpía. Es la cantidad de calor que tiene una masa de aire a una temperatura determinada. Se mide en kJ/kg de aire seco o en Kcal./kg de aire seco. Humedad absoluta. Es la cantidad de vapor de agua que contiene una masa de aire a una determinada temperatura. Se mide g/kg de aire seco o en kg/kg de aire seco. Humedad relativa. Es la relación entre la cantidad de vapor de agua que contiene el aire y la máxima que podría tener si estuviera saturado de humedad a una determinada temperatura. Volumen Específico. Es el volumen que ocupa una determinada masa de aire. Se expresa en m3/kg de aire seco. La inversa del volumen específico es la densidad y su forma de expresión es kg/m3. La determinación de la temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo se realiza por medio de un psicrómetro, constituido por dos termómetros, uno de los cuales se encuentra envuelto en una tela humedecida en contacto con un recipiente con agua. Las temperaturas que registran ambos termómetros pueden ser iguales cuando el aire está saturado de humedad, por lo cual no hay evaporación que consuma calor. De lo contrario siempre la temperatura del bulbo húmedo es menor que la temperatura del bulbo seco. Diferentes fórmulas matemáticas permiten calcular las restantes propiedades del aire, sin embargo, para facilitar el trabajo se han desarrollado las gráficas denominadas cartas psicrométricas (Figura 1).

Carta Psicrométrica En el eje X que corresponde a la humedad relativa de 0%, las líneas verticales indican las temperaturas de bulbo seco (Figura 2). Sobre la izquierda formando una línea curva se encuentran las temperaturas de bulbo húmedo que corresponden a la línea de saturación o de humedad relativa de 100% (Figura 3). Las líneas de temperatura de bulbo húmedo son líneas rectas en diagonal de manera que se cruzan con las líneas de temperatura de bulbo seco y las de humedad absoluta. Las líneas de entalpía coinciden con las líneas de temperatura de bulbo húmedo (Figura 5). En el eje Y de la Carta Psicrométrica sobre la derecha se encuentran los valores de humedad absoluta. Las líneas de humedad absoluta son horizontales y paralelas al eje X (Figura 4).

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Las líneas de volumen específico también son diagonales pero con mayor pendiente que las líneas de temperatura de bulbo húmedo (Figura 6). Las líneas curvas que se encuentran en el interior de la carta corresponden a los valores de humedad relativa decrecientes hacia la derecha (Figura 1). La carta psicrométrica permite que, conocidas dos propiedades del aire, se puedan conocer las restantes. Los únicos valores que son interdependientes son los de humedad absoluta y de temperatura del punto de rocío.

Figura 1: Gráfica psicrométrica en unidades Standard Internacionales. Temperatura normal a nivel del mar con una presión barométrica de 101.325 kPa.

Figura 2: Las líneas verticales indican puntos de igual temperatura de bulbo seco.

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Figura 3: Las líneas diagonales indican puntos de igual temperatura de bulbo húmedo.

Figura 4: Las líneas horizontales indican a la derecha, puntos de igual contenido de humedad absoluta del aire; a la izquierda la temperatura del punto de rocío, que es el punto donde la temperatura de bulbo seco, de bulbo húmedo y del punto de rocío son iguales y corresponde al aire saturado.

Figura 5: Las líneas diagonales coincidentes con las líneas de temperatura de bulbo húmedo representan la cantidad de calor que tiene el aire.

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Figura 6: Las líneas diagonales representan puntos de igual volumen específico. Ejemplo 1: En una planta de acopio el psicrómetro registra 23ºC de temperatura de bulbo seco (T = 23ºC) y 19ºC de temperatura de bulbo húmedo (Tbh = 19ºC). Determinar las restantes propiedades del aire. Resolución: En la gráfica psicrométrica ubicamos la T y la Tbh (Figura 7). a) En el punto de intersección de ambas líneas leemos hacia la derecha la humedad absoluta (W) que es de 12 g/Kg (0,012 kg/kg) de aire seco. b) Siguiendo la misma línea pero hacia la izquierda se obtiene la temperatura del punto de rocío Tpr = 16,7ºC. c) Por la línea de Tbh leemos el valor de entalpía que es h = 53,6 kJ/Kg de aire seco. d) La línea curva corresponde a la humedad relativa Φ = 68%. e) Trazando una paralela a la línea de volumen específico y por interpolación lineal se obtiene el volumen específico que es ν = 0,855 m3/Kg de aire seco.

Figura 7: Conocidos los valores de T y Tbh obtenidos de la lectura del psicrómetro se pueden determinar las restantes propiedades del aire para el Ejemplo 1.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Ejemplo 2: El psicrómetro en contacto con el aire que sale de los ventiladores de un silo registra temperaturas de T = 18ºC y Tbh = 14ºC. Determine las restantes propiedades del aire. Resolución: En la gráfica psicrométrica nuevamente ubicamos la T y la Tbh a) En el punto de intersección de ambas líneas leemos la humedad relativa que por interpolación determinamos como Φ = 64%. b) Hacia la derecha se lee la humedad absoluta (W) que es de 8,2 g/Kg (0,0082 kg/kg) de aire seco. c) Siguiendo la misma línea pero hacia la izquierda se obtiene la temperatura del punto de rocío Tpr = 11ºC. d) Por la línea de Tbh leemos el valor de entalpía que es h = 39 kJ/Kg de aire seco. e) Trazando una paralela a la línea de volumen específico y por interpolación lineal se obtiene el volumen específico que es ν = 0,836 m3/Kg de aire seco. Ejemplo 3: El ventilador de un silo de secado de 200 toneladas provee un caudal específico de 0,8 m3/min Ton. La temperatura ambiente es de 25ºC y la humedad relativa Φ=65%. Para el secado de semillas el aire debe ser calentado hasta 38ºC. La humedad relativa del aire de salida del silo es 85%. Determine: a) La masa de aire que libera el ventilador b) La cantidad de calor sensible que debe agregarse al aire por hora de trabajo para elevar la temperatura desde 25ºC hasta 38ºC. c) La cantidad de humedad extraída por hora para la misma unidad de secado. Resolución: a) Se debe conocer la masa de aire que libera el ventilador por hora de trabajo, considerando que los caudales se expresan en m3/min y los valores de la gráfica psicrométrica están expresados por Kg de aire seco. Para ello multiplicamos el caudal específico por la cantidad de grano almacenado en el silo y dividirlo por el volumen específico para obtener el resultado en kg/min.

Masa de aire (kg/h) 

Caudal específico (m 3 / min tn) x Cantidad de grano (tn) Vol. Esp. (m 3 /kg ) x Tiempo (min/h)

0,8 (m 3 / min tn) x 200 (tn) Masa de aire (kg/h)  0,865 (m 3 /kg ) x 60 (min/h) Masa de aire = 11098,3 kg/h b)

La masa de aire debe ser multiplicada por la diferencia de entalpía (h2 – h1) para obtener la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali desde 25ºC hasta 38ºC. La diferencia de entalpía se obtiene determinando la entalpía que corresponde a la temperatura de 25ºC y la de 38ºC. Cantidad de calor (kJ/h) = 11098,3 kg/h x (72 – 58 kJ/kg de aire seco) Cantidad de Calor = 266358,4 kJ/h c)

De la misma manera se determina la cantidad de agua que se extraerá por el secado. Esta surge de la cantidad de vapor de agua inicial que tiene el aire después del calentamiento y la que tiene después de haber atravesado el grano. Cantidad de agua (kg) = 11098,3 kg/h x (0.0182 – 0.013 kg/kg de aire seco) Cantidad de agua = 57,7 kg/h de agua

Figura 8: Representación gráfica en la carta psicrométrica del proceso de calentamiento del aire de secado y de la extracción de humedad desde el grano para el Ejemplo 3. Ejemplo 4: Una secadora de granos tiene una capacidad de 30 ton/h para secar grano de maíz desde 17% de humedad hasta 14% a una temperatura de trabajo de 94ºC cuando la temperatura ambiente es de 20ºC y la Φ = 70%. Si las condiciones ambientales son de T = 27ºC y Φ = 65% y la temperatura de trabajo de 65ºC y el aire de salida de la secadora tiene Φ = 90%, el caudal del ventilador es de 50m3/min. ton. Determinar: a) ¿cuánto aire libera el ventilador por hora de trabajo? b) ¿cuanto calor será necesario para elevar la temperatura desde 27ºC hasta 65ºC?. c) ¿qué cantidad de agua se extraerá por hora de trabajo de la secadora?

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Resolución: Volumen específico 0,87m3/kg. Densidad del aire = 1,15 kg/m3. Entalpía 1 = 65 kJ/kg Entalpía 2 = 107kJ/kg W1 = 0.145 kg/kg W2 = 0.0287 kg/kg a) Caudal del ventilador = 30 ton x 50m3/min. ton x 60 min./h x 1,15 kg/m3 Caudal del ventilador = 103500 kg/h de aire seco b) Cantidad de Calor necesario para elevar la temperatura del aire desde 27ºC hasta 65ºC. Cantidad de Calor = 103500 kg/h x (107 – 65 kJ/kg) Cantidad de Calor = 4347000 kJ/kg c) Cantidad de Agua extraída por hora de secado Cantidad de agua = 103500 kg/h x (0.0287 – 0.0145 kg/kg) Cantidad de agua = 1469,7 kg/h Ejemplo 5: Una empresa semillera dispone de un equipo de refrigeración para enfriar un silo que contiene 300 ton de trigo semilla. El aire ambiente de T = 28º y Tbh = 22ºC de debe ser enfriado a 5ºC de temperatura y humedad relativa de 100%. El caudal de aire es de 0,2 m3/min. ton. Determine: a) La cantidad de aire que se mueve por hora de trabajo del equipo de refrigeración. b) La cantidad de calor que debe ser extraído por hora de enfriamiento del aire a temperatura ambiente. c) La cantidad de agua que se extrae por el proceso de deshumidificación del aire. Solución: En primer lugar estableceremos las condiciones iniciales del aire a temperatura ambiente y después de haber pasado por la unidad de refrigeración. Como observamos en la Figura 9, el proceso de enfriamiento del aire ocurre a humedad absoluta constante hasta que se llega a la Tpr. A partir de este punto ocurre condensación hasta que se llega a la T = 5ºC. En la Figura 9 se encuentran los valores correspondientes que se necesitan para la resolución del problema (Se considera prudente revisar los valores para facilitar el aprendizaje): a) Cantidad de aire = (0,2 m3/min. ton x 300 ton. x 60 min./h)/ 0,875 m3/kg Cantidad de aire = 4114,3 kg/h b) Cantidad de Calor = 4114,3 kg/h x (65 – 18,5 kJ/kg)

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Cantidad de Calor = 191315 kJ/h c) Cantidad de Agua = 4114,3 x (0,0142 – 0.0054 kg/kg) Cantidad de Agua = 36,2 kg/h

Figura 9: Representación gráfica del enfriamiento con deshumidificación del Ejemplo 5. Ejemplo 6: La secadora de una planta de acopio tiene un sistema de recuperación de aire usado para disminuir los costos de combustible, en los que recupera aire seco y caliente de la segunda sección de secado, que se mezcla con aire a temperatura ambiente, por lo que se produce la mezcla de dos corrientes de aire. El aire de la segunda sección de secado tiene un caudal de 2300 m3/h, una T = 38ºC y Tbh = 32ºC. El ventilador de aire ambiente tiene el mismo caudal, T = 18ºC y Tbh = 15,5ºC. Determine: a) b) c) d)

Las masas de aire de ambas corrientes La humedad absoluta de la mezcla de las dos corrientes de aire. La entalpía. La temperatura de la mezcla.

Resolución: En primer término ubicamos en la carta psicrométrica correspondientes a ambas corrientes de aire (Figura 10). ¿Qué información necesitamos?

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los

puntos

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Tabla 1: Propiedades del aire de las dos corrientes de aire y de la mezcla correspondiente. Propiedad del aire T (ºC) Tbh (ºC) W (kg/kg) H (kJ/kg) Ν (m3/kg)

Corriente 1 Corriente 2 38,0 18,0 32,0 15,5 28,2 10,0 111,0 43,5 0,920 0,838

Mezcla 28ºC 24,8 0,0187 75,7

Masas de aire Cantidad de Aire 1:

Q1 (m 3 /h) 2300(m 3 /h) M1   VE1 (m3 /kg 0,92 (kg/m3) Cantidad de Aire 1 (kg/h) = 2500 kg/h Cantidad de Aire 2:

M2

Q2 (m 3 /h) 2300(m 3 /h)   VE 2 (m 3 /kg 0,838 (kg/m 3)

Cantidad de Aire 2 (kg/h) = 2745 kg/h a) Humedad Absoluta de la mezcla

W3 (kg/kg )  W3 (kg/kg ) 

m1 (kg/h) * W1 (kg/kg )  m2 (kg/h) * W2 (kg/kg ) m1  m 2

2500 (kg/h) * 0.0282 (kg/kg )  2745 (kg/h) * 0,010 (kg/kg ) 2500 (kg/h)  2745 (kg/h) W3 (kg/kg) = 0,0187 kg/kg

b) Entalpía de la mezcla

m1 (kg/h) * h1 (kJ /kg )  m2 (kg/h) * h2 (kJ /kg ) m1 (kg/h)  m 2 (kg/h) 2500 (kg/h) * 111 (kJ /kg )  2745 (kg/h) * 43,5 (kJ /kg ) h3 (kJ /kg )  2500 (kg/h)  2745 (kg/h) h3 (kJ /kg ) 

h3 (kJ/kg) = 75,7 kJ/kg c) Temperatura de la mezcla En la intersección de las líneas correspondientes a 0,0187 kg/kg de humedad absoluta y 75,7 kJ/kg de entalpía encontramos el valor correspondiente a la temperatura de la mezcla.

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Figura 10: Presentación gráfica del proceso de mezcla de dos corrientes de aire correspondientes al Ejemplo 6.

Ejercicios 1) Las temperaturas registradas en un psicrómetro son T = 24,5ºC y Tbh = 22ºC. Determine las restantes propiedades del aire. 2) La entalpía del aire es h = 70 kJ/kg y la humedad absoluta W = 16,5 g/kg Determine: a) Humedad relativa (Φ) b) T, Tbh y Tpr. c) Volumen específico 3) El ventilador para la aireación de enfriamiento de un silo de 400 toneladas tiene un caudal específico de 0,3 m3/min. ton. Las condiciones del aire externo son: T = 19ºC y Φ = 75%. El aire al pasar a través de la masa de granos arrastra 0,005 kg de vapor de agua por Kg de aire seco. Determine: a) La masa de aire que pasa a través del grano por hora de aireación. b) La cantidad de agua extraída por el proceso de aireación. 4) Una secadora de 20 ton/h de capacidad está secando maíz desde 18% de humedad hasta 14%. Las condiciones ambientales son de Tbh = 21ºC y Φ = 73%. El aire al pasar a través de un quemador se calienta hasta 65ºC. La humedad relativa del aire de salida de la secadora es Φ = 90%. El ventilador provee un caudal de 35 m3/min. ton. Determinar: a) La masa de aire por hora de trabajo de la secadora. b) La cantidad de calor necesaria para calentar el aire desde la T inicial del aire y la T = 65ºC. c) La cantidad de agua extraída por hora de trabajo de la secadora.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali 5) El sistema de refrigeración de una cámara para conservación de semilla básica de una empresa de semillas enfría el aire a saturación a 7ºC. Las condiciones ambientales son: entalpía (h) = 67 kJ/Kg y W = 13,5 g/Kg de aire seco. El caudal que provee el ventilador es de 15 m3/min. Determinar: a) la masa de aire por hora de trabajo. b) La cantidad total de calor extraído desde el aire. c) La cantidad de agua extraída por el proceso de condensación. d) La cantidad de calor sensible extraído. e) La cantidad de calor latente extraído.

Bibliografía 

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Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W. y C.W. Hall. 1992. Drying and Storage of Grains and Oilseeds. an Avi Book Van Nostrand Reinhold. New York. U.S.A. Christensen, C.M. 1982. Storage of Cereal Grains and Their Products. 544 pág. De. By Clyde M. Christensen. AACC Inc. St. Paul. Minnesota. U.S.A. Dávila, S., S. Peske y R. Aguirre. 1988. Beneficio de semillas. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT). Cali, Colombia. Puzzi, D. 1984. Manual de Almacenamiento de Granos. Depósitos y Silos. 349 Pág.. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. República Argentina..

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Teórico Práctico Nº 4 Presión Estática y Selección de Ventiladores Objetivos -

Conocer la resistencia al paso del aire o presión estática que ejercen los diferentes tipos de granos. Establecer diferentes formas de determinar la resistencia al paso del aire. Determinar los diferentes componentes de la resistencia al paso del aire Reconocer las diferencias entre los ventiladores utilizados en el secado y acondicionamiento de granos Seleccionar los ventiladores más adecuados para el secado y aireación de granos. Resolver problemas de presión estática. Resolver problemas de selección de ventiladores.

Introducción En la clase de Psicrometría vimos las propiedades del aire que utilizamos para la aireación y el secado de granos. El aire al entrar en una masa de granos no puede atravesarla libremente ya que los granos ejercen una resistencia al paso del aire que varía en función de: el tipo de grano, del contenido de humedad del mismo, de la cantidad de material extraño que contenga y del caudal de aire utilizado entre otros factores. Esa resistencia al paso del aire debe ser determinada para la elección del ventilador más adecuado para realizar las tareas de aireación y secado. Una forma práctica es por medio de un tubo de plástico que en un extremo lleva un manómetro (Figura 1) que se introduce en los caños de aireación y refleja la verdadera resistencia que ejerce el grano en el silo. La forma de expresión de la presión estática es en mm/m de columna de agua, Pa/m en unidades Standard Internacionales o pulg./pie en unidades inglesas. Sin embargo, a través de fórmulas, de ecuaciones o de gráficas se puede determinar la presión estática de acuerdo al tipo de grano. Una de estas fórmulas es la de Shedd que requiere el uso de constantes establecidas para cada tipo de grano. 2

a Qa (m 3 /seg. m 2 ) P' ( Pa/m)  ln (1  30,4 * Qa ) P' = Presión estática por metro de altura de la capa de granos. Qa = Caudal por unidad de superficie de piso del silo ln = logaritmo natural a y b = constantes para cada tipo de grano.

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Figura 1: Tubo con manómetro para la determinación de la presión estática en conductos de aireación. Tabla 1: Constantes para la ecuación de Shedd. Grano Cebada Avenaa Colzab Arroz en cáscarac Maízd Sorgoa Soja d Girasol Confiteríae Girasol Aceitef Trigoa a

Unidades Standard Internacionales A B 4 2.14 x 10 13.2 2.41 x 104 13.9 3.99 x 104 4.2 4 2.57 x 10 13.2 2.07 x 104 30.4 2.12 x 104 8.06 4 1.02 x 10 16.0 1.10 x 104 18.1 2.49 x 104 23.7 4 2.7 x 10 8.77

Unidades Inglesas A 6.76 x 10-4 7.62 x 10-4 14.07 x 10-4 8.12 x 10-4 6.54 x 10-4 6.7 x 10-4 3.22 x 10-4 3.48 x 10-4 7.87 x 10-4 8.53 x 10-4

B 6.71 x 10-2 7.06 x 10-2 2.47 x 10-2 6.71 x 10-2 15.44 x 10-2 4.09 x 10-2 8.13 x 10-2 9.19 x 10-2 9.19 x 10-2 4.46 x 10-2

Fuente: ASAE Standards 1988. ASAE Data 272.1. a Rango de Qa = 0.0056 – 0.203 m3/m2.s (1.0 – 40.0 ft3/ft2.min) b Rango de Q = 0.0056 – 0.254 m3/m2.s (1.0 – 50.0 ft3/ft2.min) c Rango de Q = 0.0056 – 0.152 m3/m2.s (1.0 – 30.0 ft3/ft2.min) d Rango de Q = 0.055 – 0.178 m3/m2.s (10.0 – 35.0 ft3/ft2.min) e Rango de Q = 0.025 – 0.570 m3/m2.s (5.0 – 110.0 ft3/ft2.min) f Rango de Q = 0.0056 – 0.254 m3/m2.s (1.0 – 40.0 ft3/ft2.min)

El volumen de aire que libera un ventilador puede expresarse como caudal o total (Q), caudal específico (Qs) y caudal por unidad superficie de piso del silo (Qa). Caudal total (Q) es la cantidad de aire que libera un ventilador y las unidades son m3/min., m3/seg. o m3/h.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali El caudal específico (Qs) es el caudal total dividido por la cantidad o el volumen de grano que contiene un silo o una secadora y las unidades son m3/min. ton o m3/min. m3 de grano. El caudal por unidad de superficie Qa es el caudal total dividido por la superficie que tiene el piso del silo y se expresa como m3/min. m2 y en la fórmula de Shedd se usa m3/seg. m2. Los caudales específicos más frecuentemente utilizados se pueden ver en la Tabla 2.

Tabla 2: Flujos de aire recomendados para aireación de mantenimiento y para el secado por el método de secado aireación. Objetivo de la aireación Tasa de flujo de aire Aireación de mantenimiento 0.10 a 0,20 m3/min. Aireación de Enfriamiento Grano seco 0.20 – 0.30 m3/min. 14 – 16 % de humedad 0.30 – 0.35 m3/min. 16 – 18 % 0.35 – 0.40 m3/min. 18 – 20 % 0.50 – 0.80 m3/min. 20 – 24 % 0.80 – 1.10 m3/min. Para secado en silos secadores 16 – 18 % 0.70 – 0.90 m3/min. 18 – 20 % 1.00 – 1.50 m3/min. 20 – 22 % 1.50 – 2.50 m3/min. 22 – 26 % 3.00 – 5.00 m3/min. Para conservación de grano 0.50 – 1.00 m3/min. húmedo Para seca – aireación 0.80 – 2.00 m3/min.

ton ton ton ton ton ton ton ton ton ton ton ton

Ejemplo 1: Un silo de grano de 6 m de diámetro de fondo plano perforado está lleno hasta 3 m de altura con semilla de maíz. El ventilador provee un caudal específico Qa = 0,35 m3/min. ton. Determinar la presión estática de esa capa de semillas. Solución: 1) Primero es necesario determinar la superficie del piso del silo. Sup. Piso (m2) = π x r2 Sup. Piso = 3,1416 x 32 Sup. Piso = 28,3 m2 2) Determinar el volumen y la masa de grano almacenado. Vol. de Grano (m3) = Sup. Piso (m2) x h (m) Vol. Grano = 28,3 m2 x 3 m Vol. Grano = 84,82 m3

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Masa de grano = Vol. Grano (m3) x Peso Vol. (ton./ m3) Masa de grano = 84,9 (m3) x 0,75 (ton./ m3) Masa de grano = 63,62 ton 3) Determinar el caudal total (Q) y el caudal por unidad de superficie de piso del silo (Qs). Q (m3/min.) = Qs (m3/min. ton) x Masa de Grano (ton) Q = 0,35 m3/min. ton. x 63,7 ton Q = 22,3 m3/min. Qa (m3/seg. m2) = Q (m3/min.) /(Sup. silo (m2) x 60 seg./min.) Qa = 22,3 m3/min. /(28,3 m2. x 60 seg./min.) Qa = 0,0131 m3/seg. m2 4) Determinar la presión estática por m de altura y total mediante la fórmula de Shedd. a = 2,07 x 104, b = 30,4 2

a Qa (m 3 /seg. m 2 ) P' ( Pa/m)  ln (1  30,4 * Qa ) 20700 * 0.01312 (m 3 /seg. m 2 ) P' ( Pa/m)  ln (1  30,4 * 0,0131 (m 3 /seg. m 2 )) ∆P’ = 3,54 Pa/m ∆P (Pa) = ∆P’ (Pa/m) x h (m) ∆P = 2,55 Pa/m x 3 m ∆P = 10,62 Pa El fenómeno de la presión estática debe tomarse en el contexto de un sistema de aireación o de secado. Este sistema está constituido por un silo con cantidades variables de grano, un piso falso perforado o caños perforados, conductos de aireación y un ventilador o varios ventiladores que proveen el aire para la aireación o el secado de los granos. Cada uno de estos componentes del sistema ejerce individualmente una resistencia al paso del aire que puede ser determinada y adicionada a los cálculos para que el ventilador elegido provea el caudal requerido por la función que debe cumplir. Sin embargo, si el silo tiene un piso falso perforado los cálculos de pérdida de presión por parte de los componentes del sistema pueden reemplazarse adicionando un 20% que contempla suficientemente dichas pérdidas de presión. La conducción del aire dentro del silo por medio de caños de aireación implica que al valor de pérdida de presión por parte del grano deba incrementarse en un 50%.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Para cada sistema deben realizarse los cálculos correspondientes que permiten confeccionar una curva de sistema y que depende del tipo de grano y de los caudales utilizados. Ejemplo 2: Se dispone de un silo de 8 m de diámetro de fondo plano perforado y la superficie perforada es de 12%. La altura máxima de almacenamiento de grano es de 6 m. y el ventilador está conectado directamente al plenum (No hay pérdida de presión en conductos y cuando la superficie perforada es igual o mayor al 10% se puede considerar no significativa). Supondremos que se almacenará trigo y soja alternativamente. Graficar una curva para ese sistema. Solución: Para esto confeccionaremos una tabla a la que trasladaremos los resultados de los cálculos. El caudal por unidad de área (Qa) se obtiene dividiendo el caudal total por la superficie del piso del silo. Tabla 1: Presiones estáticas determinadas para el sistema descrito en el Ejemplo 2. Q (m3/seg.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Qa (m3/seg. m2) 0,0199 0,0398 0,0596 0,0795 0,0994 0,1193 0,1392 0,1590 0,1789

ΔP'

ΔP (Trigo)

ΔP'

ΔP (Soja)

66,4 142,7 228,3 322,7 425,6 537,1 656,1 782,8 916,9

398,4 856,2 1369,7 1936,2 2553,5 3219,6 3933,0 4692,3 5496,4

14,6 32,8 54,2 78,6 105,9 135,9 168,6 203,9 241,6

87,6 196,5 324,9 471,5 635,3 815,6 1011,8 1223,3 1449,8

¿Que le sugieren los valores de presión estática de trigo y soja y su relación con el caudal de aire? ¿Como será el comportamiento de cebada, avena, centeno, triticale, maíz y girasol en relación con trigo y soja?

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2500

ΔP (Pa)

2000

1500

1000

500

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

3

Q (m /seg.) Trigo

Soja

Figura 2: Gráfica de sistema para el ejemplo 2 para trigo y soja.

Selección de Ventiladores Los ventiladores más comunes para el secado y la aireación de granos son de dos tipos: axiales y centrífugos (Figura 3).

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Figura 3: Ventiladores axiales y centrífugos para el secado y aireación de granos. Los ventiladores axiales son muy eficientes a bajas presiones estáticas proveyendo altos caudales específicos, pero, a medida que se incrementa la presión estática los caudales provistos disminuyen marcadamente. Las presiones máximas aconsejadas no deben superar los 1200 Pa. La potencia de los ventiladores axiales varía desde 1 hasta 10HP (1 HP = 0,75 KW). Los ventiladores centrífugos en bajas presiones estáticas, para una misma potencia, proveen caudales inferiores a los ventiladores axiales, pero los incrementos de presión estática no provocan reducciones marcadas de caudal específico. Las presiones máximas toleradas son de 2000 Pa. Las potencias de los ventiladores centrífugos varían entre 5 y 20 HP. Para la selección del ventilador más adecuado existen fórmulas con constantes para cada potencia. Estas fórmulas que se presentas en las Tablas 2 y 3 permiten graficar el comportamiento de los ventiladores utilizando diferentes caudales de la misma forma como se realizan las curvas de sistema. Tabla 2: Constantes para calcular los caudales erogados y las presiones estáticas para ventiladores de flujo axial típicos. Tamaño del ventilador

A

1 HP (14 pulgadas)b 3 HP (16 pulgadas)c 5 HP (24 pulgadas)d 7.5 HP (24 pulgadas)d 10 HP (28 pulgadas)d

1.69 3.08 5.82 6.92 9.10

1 HP (14 pulgadas)b 3 HP (16 pulgadas)c 5 HP (24 pulgadas)d 7.5 HP (24 pulgadas)d 10 HP (28 pulgadas)d

825.95 1101.02 1516.33 1611.29 1754.10

Unidades SI B C Q = A + B ΔP + C ΔP2 - 2.43 x 10-3 4.89 x 10-7 -3 - 3.27 x 10 - 1.80 x 10-6 -3 - 2.48 x 10 - 8.64 x 10-7 - 2.04 x 10-3 - 1.21 x 10-6 -3 - 2.24 x 10 - 1.38 x 10-6 ΔP = A + B Q + C Q2 - 579.51 54.06 1.89 - 104.45 - 167.28 - 15.34 - 94.73 - 19.08 - 62.27 - 13.69

1 HP = 0.75 KW 1 Pulgada = 25.4 mm; b Límite de presión estática 750 Pa; Límite de presión estática 1000 Pa; d Límite de presión estática 1250 Pa

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c

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Tabla 3: Constantes para calcular los caudales erogados y las presiones estáticas para ventiladores de flujo centrífugo con las paletas curvadas hacia atrás. Tamaño del ventilador 5 HPb 7.5 HPc 10 HPd 15 HPd 20 HPd 5 HPb 7.5 HPc 10 HPd 15 HPd 20 HPd

Unidades SI A B C Q = A + V ΔP + C ΔP2 4.00 - 1.54 x 10-3 - 9.84 x 10-7 4.92 - 7.90 x 10-4 - 3.80 x 10-7 6.31 - 7.68 x 10-5 - 1.01 x 10-6 7.73 - 1.09 x 10-3 - 4.96 x 10-7 10.09 - 1.94 x 10-3 - 9.47 x 10-8 ΔP = A + B Q + C Q2 2140.7 - 345.19 - 49.38 2131.76 67.28 - 98.41 1816.38 201.62 - 69.99 2362.46 51.09 - 44.72 3985.79 - 267.59 - 12.74

1 HP = 0.75 KW 1 Pulgada = 25.4 mm b Límite de presión estática 1500 Pa; presión estática 2000 Pa

c

Límite de presión estática 1750 Pa;

d

Límite de

Ejemplo 3: El sistema presentado en el Ejemplo 2 dispone de dos ventiladores de 5HP uno axial y otro centrífugo. Determinar los caudales que proveerán al sistema cuando el silo esté lleno de trigo y soja alternativamente. Solución: Usando las ecuaciones y la constantes presentadas en las Tablas 2 y 3 graficamos el comportamiento de ambos ventiladores de 5 HP. Para graficar la curva de ventiladores en la fórmula se debe utilizar el caudal total en m3/seg. Posteriormente se superponen las curvas de sistema y de los ventiladores. La ordenada donde se interceptan ambas curvas indica el caudal que provee cada ventilador. La observación de la Figura 4 permite establecer los caudales que proveerán ambos ventiladores al sistema. Para el caso de trigo, el ventilador axial y el centrífugo erogan caudales similares de manera que si el caudal es suficiente para el objetivo planteado se puede elegir el axial cuyo precio es menor, a menos que la planta se encuentre muy próxima a una zona urbana por lo que al ser muy ruidoso no es aconsejado. En el caso de la soja debido a la menor presión estática el ventilador axial provee un caudal superior al centrífugo por lo cual sería el preferido. Con el mismo procedimiento, de acuerdo a los diferentes objetivos que tenga la aireación se pueden elegir ventiladores de igual, mayor o menor potencia.

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2500

ΔP (pa)

2000

1500

1000

500

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Q (m3/seg.) DP Soja

DP Trigo

5HPC

5HPA

Figura 4: Gráfica de sistema y de ventiladores axial y centrífugo de 5 HP para el Problema 3. La determinación de la presión estática puede realizarse también por medio de tablas que indican la caída de presión para cada grano, caudal específico y dimensiones de silo. La presión estática expresada en mm de columna de agua y el caudal total en m3/min. combinados en una fórmula se pueden utilizar para la selección del ventilador más adecuado para su uso en un determinado sistema. Tabla 4: Presiones estáticas para maíz (mm de columna de agua) en función de la altura de grano (m) y el caudal específico (m3/min. ton.). Caudal Específico (m3/min. ton.) Altura de grano (m) 0.05 0.10 0.20 0.50 0.75 1.00 3.05 2.5 7.6 12.7 20.3 4.60 2.5 7.6 20.3 35.6 50.8 6.10 5.1 12.7 40.6 68.6 104.1 7.60 10.2 20.3 66.0 119.4 180.3 9.15 12.7 30.5 104.1 182.9 284.5 10.70 10.2 20.3 43.2 149.9 269.2 12.20 12.7 25.4 58.4 205.7 15.2 17.8 40.6 99.1 358.1 18.30 27.9 63.5 149.9 21.30 38.1 88.9 218.4 24.40 50.8 119.4 302.3 27.40 66.0 154.9 30.50 83.8 198.1 Fuente: ASAE Standard D.245.4

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1.25 27.9 71.1 142.2 251.5 393.7

1.50 35.6 91.4 188.0 327.7

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La fórmula es la siguiente:

P ( Pa ) * Q (m3 /min) HP  45 * 60

En la que: 45 = valor para la conversión de unidades. 60 = eficiencia estática media de los ventiladores. Ejemplo 4:

Un silo de grano de 8 m de diámetro de fondo plano perforado está lleno hasta 10 m de altura con semilla de maíz. El ventilador provee un caudal específico para enfriamiento Qa = 0,50 m3/min. ton. Determinar: a) La presión estática de esa capa de semillas. b) El ventilador más adecuado para el enfriamiento de los granos. Solución: De acuerdo con la Tabla 4 y dado que la altura de la columna de grano en la bibliografía americana se expresa en pie (1 pié = 0,304 m), el valor más cercano es de 10,7 m la ΔP es 150 mm. b) Para conocer el caudal total debemos conocer el volumen de grano almacenado en el silo. Para esto supondremos que el silo tiene fondo plano y que la superficie superior está nivelada. a)

Primero es necesario determinar la superficie del piso del silo. Sup. Piso (m2) = π x r2 Sup. Piso = 3,1416 x 42 Sup. Piso = 50,3 m2 Determinar el volumen y la masa de grano almacenado. Vol. De Grano (m3) = Sup. Piso (m2) x h (m) Vol. Grano = 50,3 m2 x 10 m Vol. Grano = 503 m3 Masa de grano = Vol. Grano (m3) x Peso Vol. (ton./ m3) Masa de grano = 503 (m3) x 0,75 (ton./ m3) Masa de grano = 377 ton Determinar el caudal total (Q) Q (m3/min.) = Qa (m3/min. ton) x Masa de grano (ton) Q (m3/min.) = 0,5 m3/min. ton x 377 ton

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Q = 188,5 m3/min. Para la selección del ventilador aplicamos la fórmula:

P ( Pa ) * Q (m3 /min) HP  45 * 60

150 ( Pa ) * 188,5 (m3 /min) HP  45 * 60 HP = 10,5

Ejercicios 1) Un silo de 7m de diámetro y 6 m de altura está lleno de avena. El ventilador está conectado directamente al silo y la distribución del aire en el interior es por medio de conductos. Determine la presión estática para un flujo de aire de 0.2 m3/min. ton. 2) Un productor dispone de un silo de 6 m de diámetro y 8 m de altura con fondo falso perforado y lo usa alternativamente para enfriar trigo y secar maíz. El peso volumétrico del trigo es de 800 Kg/m3 y el de maíz de 700 Kg/m3. Graficar la curva de sistema para ambos granos. 3) Un silo de 8 m de diámetro y 10 m de altura contiene girasol hasta una altura de 5 m; la aireación se realiza con un ventilador de 5HP axial. a) Graficar la curva de sistema y del ventilador. b) Determinar el caudal total y específico que provee el ventilador. El peso volumétrico del girasol es de 450 Kg/m3. 4) En el mismo silo del ejercicio anterior se almacenará alternativamente maíz y trigo. Determinar el ventilador más adecuado para el enfriamiento del trigo con 16% de humedad. 5) En el mismo silo del Ejemplo 3 determine el ventilador más adecuado para enfriamiento cuando está lleno hasta la altura de 10 m con soja. Considere que la soja genera una presión estática inferior a la de maíz por lo cual es posible utilizar la Tabla 4. el peso volumétrico de la soja es semejante al de maíz (700 Kg/m3)

Bibliografía Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W. y C.W. Hall. 1992. Drying and Storage of Grains and Oilseeds. an avi Book. Van Nostrand Reinhold. New York. U.S.A. Christensen, C. M. 1982. Storage of Cereal Grains and their Products. 544 Pág. American Society of Cereal Chemists, Inc. St. Paul, Minnesota. U.S.A. Dávila, S.; S. Peske y R. Aguirre. 1988. Beneficio de semillas. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT). Unidad de Semillas. Cali, Colombia.

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Teórico Práctico Nº 5 Secado de Granos Objetivos -

Establecer la importancia del secado para la calidad de los granos almacenados. Determinar los diferentes métodos de secado. Establecer las diferencias entre secado en silos y en secadoras. Resolver problemas de secado en silos con aire natural y calentado artificialmente. Resolver problemas de consumo de combustible, tiempo de retención del grano en la secadora, rendimiento nominal y real.

Introducción Los cultivos de granos de cereales y oleaginosas se cosechan con contenidos de humedad elevados lo que obliga al secado para evitar el deterioro de los granos y las consecuentes pérdidas de calidad y cantidad con sus consecuencias para la economía del productor. La definición del secado requiere que recordemos el concepto de humedad de equilibrio, y consideremos que para que ocurra el secado la humedad relativa del aire que rodea al grano debe ser inferior a la que le corresponde de acuerdo con el contenido de humedad que tiene el grano. Entonces, la definición de secado sería la siguiente: “el secado consiste en hacer pasar aire a través de una masa de granos con una humedad relativa inferior a la que corresponde al equilibrio para que el grano ceda humedad al aire hasta que el equilibrio se restablezca o se alcance el contenido de humedad deseado”.

Métodos de Secado El secado puede realizarse por diferentes métodos desde el secado natural que utiliza la energía solar hasta el secado en secadoras con diferentes capacidades. Secado natural: Se realiza poniendo los granos sobre una superficie firme en capas delgadas en un ambiente de baja humedad relativa, removiendo los granos periódicamente hasta alcanzar el contenido de humedad requerido. Secado artificial: Se realiza en silos de secado o en secadoras

Silos de secado Los silos de secado son silos de chapa que pueden tener un fondo falso perforado a 50 cm sobre la superficie del piso constituyendo la cámara plenum, a la que se conectan los ventiladores que proveen caudales elevados de aire, por lo cual

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali requieren que su capacidad no supere las 400 o 500 toneladas de lo contrario la energía requerida es tan alta que el secado resulta antieconómico. El aire de secado puede estar a temperatura ambiente o elevar su temperatura 5ºC de manera de reducir la humedad relativa lo suficiente para posibilitar el secado en días de alta humedad relativa pero se evita que se produzca sobresecado. Los aparatos niveladores de la carga del silo se instalan en la parte superior para nivelar la superficie del grano para que la presión estática sea uniforme. Además se instalan tornillos sinfín verticales que realizan la remoción del grano lo que acelera el secado por la mezcla de grano seco con grano húmedo y ayudan a que el contenido de humedad final sea uniforme. Los silos de secado son una solución que podría adoptarse con ventajas cuando el productor no tiene necesidad de vender la mercadería de inmediato después de la cosecha, ya que le permite almacenar el grano segregando partidas por calidad. Permite el secado cuando las condiciones son favorables y los costos de secado son inferiores a los que corresponden al secado en secadoras.

Figura 1: Silo para el secado de granos y semillas con falso fondo perforado y ventilador para impulsar el aire a través de la masa de granos. En el secado estacionario se aplica la ecuación del balance de calor que permite el cálculo del tiempo de secado, la cantidad de agua que se extrae por secado en un tiempo determinado, el flujo de aire necesario para realizar el secado y en su aplicación influyen la temperatura del aire, la cantidad de aire que provee el ventilador, la humedad relativa del aire, la cantidad de grano a secar, entre otras variables. La ecuación del balance de calor es la siguiente:

T (h) 

h fg (kJ /kg) * MS (kg) ( H ibs  H fbs ) Q (m /min) * 60 (min/h) *  a (kg/m3 ) * Ca (kJ /kg) * (Ta (C )  Tg (C )) 3

En la que: T = tiempo de secado en horas MS = Peso de la materia seca del grano (kg) Q = Caudal de aire (m3/min.)

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali δa = Densidad del aire (1/VE). Hibs = Humedad inicial base seca Hfbs = Humedad final base seca Ca = Calor específico del aire Ta = Temperatura del aire Tg = Temperatura del grano hfg = Calor de vaporización del agua Ejemplo 1: Un silo de fondo plano perforado de 7 m de diámetro y 6 m de altura esta lleno hasta cuatro metros con trigo de 17 % de humedad y temperatura de 28ºC. Se realiza aireación nocturna para enfriar y secar el grano. El aire tiene 22ºC y humedad relativa de 70%. El ventilador provee un caudal para secado de granos de 0,8 m3/min. ton. Determinar: a) La cantidad de grano almacenada en el silo. b) El caudal de aire necesario para el proceso de aireación c) El tiempo necesario para llevar el grano hasta 14% de humedad. Resolución: a) Cantidad de Grano Primero debemos calcular el volumen de grano Vol. De grano = Π r2 x h Vol. De grano = 3,52 m2 x 3,1416 x 4 m Vol. De grano = 153,93 m3. Multiplicando el volumen de grano por el peso volumétrico del trigo se obtiene las toneladas de grano almacenadas en el silo. Cantidad de grano = Vol. de grano x Peso Vol. Cantidad de grano = 153,93 m3 x 0,8 ton/m3 Cantidad de grano = 123 ton. Caudal de aire = Caudal específico x Cantidad de Grano Caudal de aire = 0,8 m3/ min. Ton x 123 ton. Caudal de aire = 98,5 m3/min. Mediante la gráfica psicrométrica determinamos las propiedades del aire que utilizaremos para el enfriamiento y secado del trigo. La información necesaria es: La humedad inicial en base seca decimal del trigo con 17% de humedad base húmeda. Hibs = 17/100-17 Hibs = 0,205% La humedad final en base seca del trigo con 14% de humedad base húmeda. Hfbs = 14/100-14

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Hfbs = 16,3% En la gráfica psicrométrica buscamos la temperatura del aire T = 22ºC y HRA = 70%. El volumen específico es de 0,852 m3/kg. δa = 1/VE δa = 1/0,852 δa = 1,17 kg/m3. El aire que ingresa al silo inicialmente se calienta hasta la temperatura del grano, sin modificación en su humedad absoluta y cambian sus restantes propiedades, tornándose más seco y con mayor capacidad de absorber agua. La HRA es de 49%. El aire atraviesa los granos y en un proceso adiabático absorbe agua desde los granos hasta que se alcanza el contenido de humedad de equilibrio. La temperatura que alcanza el aire en este punto es de 25,6ºC y la humedad absoluta de 0,0168 kg/kg de aire seco. Con esta información estamos en condiciones de aplicar la ecuación del balance de calor y determinar el tiempo de secado.

T (h) 

h fg (kJ /kg) * MS (kg) ( H ibs  H fbs )

Q (m3 /min) * 60 (min/h) *  a (kg/m3 ) * Ca (kJ /kg) * (Ta (C )  Tg (C )) 2700 (kJ /kg ) * 97803 (kg ) (0,205  0.163) T ( h)  3 98,5 (m /min) * 60 (min/h) * 1,17 (kg/m 3 ) * 1 (kJ /kg ) * (28 (C )  22 (C )) T = 267,3 horas T = 11 días

Ejemplo 2: El mismo silo debe ser enfriado y secado en 5 días. Determinar el caudal de aire necesario. Resolución:

Q (m3 /min) 

MS (kg) ( H ibs  H fbs ) * h fg (kJ /kg)

T (h) * 60 (min/h) *  a (kg/m3 ) * Ca (kJ /kg) * (Ta (C )  Tg (C )) 97803 (kg ) (0,205  0,163) * 2700 (kJ /kg ) Q (m 3 /min)  120 (h) * 60 (min/h) * 1,17 (kg/m 3 ) * 1 (kJ /kg ) * (28 (C )  22 (C )) Q = 219 m3/min. El caudal específico lo obtendremos dividiendo el caudal total por la cantidad de grano almacenada en el silo. Qs = 219 m3/min./123 ton Qs = 1,78 m3/min. ton

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Secadoras Las secadoras de granos pueden ser estáticas o de flujo continuo.

Secadoras Estáticas El principio de funcionamiento de las secadoras estáticas es el mismo que el de los silos de secado, es decir, se carga la secadora, se enciende el ventilador y el quemador que calienta el aire de secado, una vez alcanzado el contenido de humedad requerido se apaga el quemador y se deja el ventilador encendido para realizar el enfriamiento del grano. El grano frío y seco se extrae de la secadora, se realiza una nueva carga y se repite el procedimiento. En las secadoras de flujo continuo el grano húmedo ingresa a la secadora, circula por su interior donde está en contacto con el aire caliente y sale seco. Las capacidades de trabajo varían con los diferentes modelos de secadora y existen secadoras que procesan desde 10 ton/h para ser instaladas en el campo de productores hasta 100 o 150 ton/h para grandes plantas de acopio. Las secadoras en Argentina son de tres tipos Secadoras de columnas o de flujo cruzado, secadoras de persianas y secadoras de caballetes o de flujo mixto. Las secadoras de columnas o de flujo cruzado se caracterizan por que el grano transita en forma vertical entre dos láminas de chapa perforada. El aire caliente atraviesa transversalmente las columnas de grano. El espesor de las columnas debe ser de 25 cm. a 30 cm. para evitar que el grano en contacto con el sector por donde ingresa el aire sea sobresecado mientras que el grano que se encuentra en la pared opuesta queda con un contenido de humedad superior al deseado. Sin embargo, esta desuniformidad de contenido de humedad del grano es inevitable por lo cual se han introducido una serie de modificaciones entre las que se encuentran los intercambiadores del grano, de manera que el grano que se encuentra del lado de ingreso del aire caliente en la parte media de la secadora, es desviado hacia al lado de salida y el que se encontraba del lado de salida del aire cambia de dirección y circula por el lado de ingreso. Esto disminuye el grado de desuniformidad y el gradiente de humedad entre el grano más seco y el más húmedo se reduce.

Consumo específico de energía La cantidad de calor consumida por una secadora para el secado de 1 Kg de agua es el consumo específico de energía (CEE). Cada secadora en sus manuales de operación expresan el consumo total en calorías que realiza para su operación de secado. Mientras más bajo es el CEE mayor es la eficiencia de la secadora.

Ejemplo 3: Una secadora con una capacidad nominal de 30000 Kg/hora que seca grano desde 17 hasta 14% de humedad tiene un consumo total de energía de 994186 Kcal./hora para extraer 1046 Kg de agua desde el grano. Determinar el CEE

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Resolución:

Consumo total ( Kcal /h) kg de agua a extraer (kg/h) 994186 ( Kcal /h) CEE  1046 (kg/h)

CEE 

CEE = 950 Kcal./Kg

Ejemplo 4: Una secadora con una capacidad nominal de 30000 Kg/hora que seca grano desde 17 hasta 14% de humedad consume 1286580 Kcal./hora. Determinar el CEE:

Consumo total ( Kcal /h) kg de agua a extraer (kg/h) 1286580 ( Kcal /h) CEE  1046 (kg/h)

CEE 

CEE = 1230 Kcal./Kg Como puede observarse la segunda secadora tiene un CEE más alto y por lo tanto una menor eficiencia.

Rendimiento Térmico (RT) El rendimiento térmico es la relación entre el calor de vaporización del agua que se estima en 600 Kcal./Kg y el CEE de energía. Ejemplo 5: Con los CEE de ambas secadoras determinar el RT y la eficiencia de cada una. Resolución:

RT1 

Calor de vaporización del agua ( Kcal /kg ) CEE ( Kcal /kg ) 600 ( Kcal /kg ) RT1  950 ( Kcal /kg ) RT1 = 0,63 Ef.1 = RT1 x 100 Ef1 = 63 %

RT2 

600 ( Kcal /kg ) 1230 ( Kcal /kg )

RT2 = 0.49

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Ef.2 = 0,49 x 100 Ef.2 = 49 % El CEE debe ser lo más bajo posible ya que el principal componente de los costos de secado es el consumo de combustible.

Determinación del consumo de combustible de una secadora La determinación del consumo de combustible de una secadora de granos es válida en las condiciones de ambiente en cuanto a temperatura y humedad relativa fijadas por el fabricante. El rendimiento de una secadora es a temperatura ambiente de 20ºC y 70% de humedad relativa, generalmente extrayendo 3 o 4 puntos por hora y a una temperatura de trabajo de por ejemplo 94ºC. Las condiciones fijadas tienen los siguientes requerimientos de energía: 1) Energía calórica para incrementar la temperatura de los granos desde la T ambiente hasta el comienzo de la evaporación del agua contenida en el grano, cercana los 45 °C. CC1 = Cg x (Tr – Ta) x Kg de grano Cg = Calor específico del grano Tr = Temperatura de régimen o de trabajo de la secadora Ta = Temperatura del aire ambiente. 2) Calor para la extracción del agua, que tiene los siguientes componentes: 2.1 Energía calórica para incrementar la temperatura del agua hasta el inicio de la evaporación. 2.2 Proceso de mayor consumo de calor que es la evaporación del exceso de agua que contienen los granos 2.3 Incremento de la energía del vapor de agua hasta alcanzar la T de salida. CC2 = Cantidad de agua a evaporar x CV 3) Calor perdido en conductos y del aire de salida. CC3 = (CC1 + CC2) x 0,2

Ejemplo 6: Calcular el consumo de combustible de una secadora de 40000 Kg/h en condiciones de T = 26,5ºC y HRA = 62 % para secar grano de maíz desde 18% de humedad hasta 14%. La temperatura del aire de secado

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Resolución: CC1 = Cg (Kcal/kg) x (Tr – Ta(°C)) x Kg/h de grano CC1 = 0,52 Kcal./Kg x (65 – 26,5 ºC) x 40000 Kg/h CC1 = 800800 Kcal./h Debemos ahora calcular la cantidad de agua a evaporar desde el grano. C agua = (18 – 14/100-14) x 40000 C agua = 1860 Kg de agua CC2 = C agua x 600 Kcal./Kg CC2 = 1860 Kg/h x 600 Kcal./Kg CC2 = 1116279 Kcal./h CC3 = (CC1 + CC2) x 0,2 CC3 = (800800 + 111279) x 0.20 383415 Kcal./h CCt = CC1 + CC2 + CC3 CCt = 800800 + 1116279 + 383415 CCt = 2300495 Kcal./h Se debe conocer el poder calorífico del combustible. Por múltiples razones es preferible el uso de gas licuado de petróleo (GLP) o gas natural en aquellas localidades que dispongan de el. El GLP tiene un poder calorífico de 11000 Kcal./Kg entonces el consumo de GLP por hora de trabajo de la secadora es: Kg (GLP) = CCt/Poder calorífico del combustible Kg (GLP) = 2300495 Kcal./h / 11000 Kcal./Kg Kg (GLP) = 209 Kg/h El consumo de combustible por tonelada de grano será entonces: Kg/ton = Kg (GLP)/ton./h Kg/ton = 209 Kg/h/40 ton/h Kg/ton = 5,23 Kg/ton También podemos expresar el consumo de combustible por tonelada y por punto de humedad que se extrae del grano.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali kg/ton punto = kg/ton /puntos/h kg/ton punto = 5,23 kg/ton/4 puntos/h kg/ton punto = 1,31

Tiempo de retención del grano en la secadora de acuerdo con el contenido de humedad. El rendimiento de una secadora Standard depende de la cantidad de agua a extraer desde el grano, ya que tiene una capacidad fija dada por el fabricante conocida como “rendimiento básico”, que se puede modificar incrementando la temperatura de trabajo con el riesgo de sobresecado y dañado de la calidad del grano, o aumentando la cantidad de aire que ingresa a la secadora con el consiguiente aumento en la capacidad de extraer agua. En condiciones normales una secadora como la del Ejemplo 5 que tiene una capacidad de secado de 40 ton/h extrae 4 puntos de humedad, sin embargo, si el porcentaje de humedad es inferior o superior al Standard de la secadora determina que el grano deberá permanecer un tiempo menor o mayor dentro de la secadora sometido al aire de secado. Ese tiempo se conoce como “tiempo de retención, de permanencia o de residencia” e implica un rendimiento menor o mayor en ton/h cuando el contenido de humedad del grano es superior o inferior al Standard de la secadora. Además en algunas marcas de secadoras la cantidad de grano que contiene la secadora denominada capacidad portante es superior a la capacidad Standard de trabajo. De esta forma, una secadora que tenga 50 ton de capacidad Standard puede tener una capacidad portante de 55 ton. trabajando en condiciones normales el tiempo de retención del grano en la secadora se determina por el cociente entre la capacidad portante y la capacidad de trabajo.

Ejemplo 7:

Una secadora cuya capacidad Standard es de 50 ton/h tiene una capacidad portante de 55 ton. Determinar el tiempo de retención del grano en la secadora. Resolución: Tiempo de Retención (TR) = Capacidad portante/ Capacidad de trabajo TR = 55 ton/50 ton/h TR = 1,1 horas

Capacidad de trabajo Las condiciones Standard de trabajo de una secadora determinan que su capacidad de fábrica sea de una cantidad de grano que seca por hora con un rango de contenido de humedad que varía entre 3,5 y 4,5 puntos/h. De esta manera, una secadora cuya capacidad nominal sea de 40 ton/h secando desde 18 hasta 14% de humedad está extrayendo 4 puntos/h. Multiplicando la capacidad nominal por los puntos/h determinamos la capacidad de la secadora. Es decir:

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Capacidad de trabajo = 40 ton/h x 4 puntos Capacidad de trabajo = 160 ton punto/h Cuando se conoce la capacidad de trabajo de la secadora en condiciones Standard, se puede determinar la capacidad real si el contenido de humedad del grano es mayor o menor que el fijado de fábrica para la secadora. Así si el grano tiene por ejemplo 20,5% de humedad, la diferencia con la humedad final es superior al de fábrica, por lo que el rendimiento real de la secadora se reduce y la nueva capacidad se determina haciendo el cociente entre la capacidad nominal expresada en ton punto/h y la diferencia entre contenido de humedad inicial y final del grano. Dif. de humedad = Hi – Hf Dif. de humedad = 20,5 – 14 Dif. de humedad = 5,5 puntos Capacidad real = Capacidad nominal (ton punto/h)/ Dif. de humedad Capacidad real = 160 ton punto/h/5,5 puntos Capacidad real = 29 ton/h

Ejemplo 8: Una secadora cuya capacidad nominal es de 50 ton/h secando grano de maíz desde 17,5% hasta 13,5% y su capacidad portante es de 55 ton seca maíz de un silo cuyo contenido de humedad promedio es de 21%. Determinar: La capacidad real de la secadora El tiempo de retención del grano dentro de la secadora. Resolución: a) Capacidad real Capacidad nominal = 50 ton/h x 4 puntos Capacidad nominal = 200 ton punto/h Dif. de humedad = Hi – Hf Dif. de humedad = 21% -14% Dif. de humedad = 7% = 7 puntos Capacidad real = 200 ton punto/h / 7 puntos Capacidad real = 28,6 ton/h b) Tiempo de retención TR = Capacidad portante / Capacidad real TR = 55 ton / 28,6 ton/h TR = 1,92 horas

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Ejercicios de aplicación 1) Un silo de fondo cónico de 8 m de diámetro y 10 metros de altura con conductos de aireación está lleno hasta 5 m con maíz y será utilizado para secarlo desde 17% de humedad hasta 14%. La temperatura del grano es de 23ºC y las condiciones ambientales son de T = 18ºC y de 78% de humedad relativa. El silo tiene un ventilador que provee un caudal específico de 1,2 m3/min. ton. Determinar el tiempo de secado del grano. 2) Una secadora de 50 toneladas de capacidad nominal y 55 toneladas de capacidad portante, que seca maíz desde 17,5 hasta 13,5% en condiciones de T = 20ºC y HRA = 70%, será utilizada para secar un silo de maíz de 500 toneladas cuyo contenido de humedad es de 19%. Determinar: a) Los requerimientos de combustible de la secadora por hora de trabajo (calcular para la capacidad nominal de la secadora, es decir extrae 4 puntos de humedad por hora). b) El consumo específico de energía. c) El rendimiento térmico d) La eficiencia e) La capacidad real de la secadora f) El tiempo de retención del grano en la secadora g) Las horas necesarias de trabajo de la secadora para secar todo el grano del silo.

Bibliografía Brooker, D. B.; F. W. Bakker-Arkema y C. W. Hall. 1992. Drying and Storage of Grains and Oilseeds. An avi Book. 450 pág. Van Nostrand Reinhold. New York. U.S.A. Christensen, C. M. (De.). 1982. Storage of Cereal Grains and their Products. 544 pág. American Association of Cereal Chemists. St. Paul. Minnesota. U.S.A. De Dios, C. A. 2000. Secado de Granos y Secadoras. 224 Pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. Argentina. Marsans, G. J. 1987. Manejo y Conservación de Granos.266 Pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires Argentina. Puzzi, D. 1984. Manual de Almacenamiento de Granos. Depósitos y Silos. 349 pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. República Argentina. Yanucci. D. 2001. SECADO. Libro de Actualización Nº 1. 200 Pág. Granos & postcosecha latinoamericana. De la Semilla al Consumo. YPF-GAS, REPSOL YPF.

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Teórico Práctico Nº 6 Secado-Aireación de Granos Objetivos -

Conocer el método de secado-aireación de granos. Determinar las ventajas y desventajas del sistema respecto de los restantes métodos de secado. Reconocer los componentes del sistema. Diseñar un sistema de secado aireación de granos. Resolver problemas de secado-aireación de granos.

INTRODUCCIÓN El secado de granos a temperaturas altas y tasas de elevadas extracción de la humedad tal como se realiza en muchas plantas de acopio implica un tratamiento severo del grano que afecta su calidad final. El secado en las condiciones descriptas provoca que el endosperma del grano de maíz por efecto del secado a tasas muy altas sufra tensiones y contracciones que provocan el fisurado. El enfriamiento posterior hace que nuevas tensiones y contracciones del endosperma intensifiquen el fisurado del grano el que tiene una apariencia de cuarteado. Ese fisurado determina que lo único que sostiene la integridad del grano sea el pericarpio, el que en los sucesivos manipuleos se quiebra y en la caída desde el techo hasta el fondo del silo sufre un impacto que incrementa los porcentajes de quebrados y partidos disminuyendo la calidad comercial. Un método que evita el sobresecado, el cuarteado, quebrado y partido del grano es el diseñado en la Universidad de Purdue (USA). Este método requiere de adaptaciones de la infraestructura de la planta para poder realizarse. 1) Transformación de la secadora a todo calor 2) Construcción de uno o varios silos de secado-aireación con ventiladores reforzados 3) Incorporación de una noria adicional para el transporte del grano 1)

2)

La secadora de granos se transforma en todo calor a través de la eliminación de la compuerta que separa la sección de secado de la de enfriamiento en las secadoras que disponen de un solo ventilador para ambas operaciones o el agregado de un quemador auxiliar en las secadoras que disponen de ventiladores separados. Los silos de secado-aireación son de baja capacidad (300 a 400 toneladas) que permitan almacenar el producto de 8 a 10 horas de trabajo de una secadora de 40 ton/h. Disponen de ventiladores reforzados para caudales específicos desde 0,8 hasta 2 m3/ min. ton. Las aberturas de salida de aire húmedo deben ser el doble del diámetro de los conductos de aireación o instalar extractores de aire para evitar la condensación de humedad,

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3)

especialmente cuando el aire de ambiente está a temperaturas de 10ºC o menor. La noria adicional se requiere para transportar el grano desde el silo de secado-aireación a los silos de mantenimiento. La capacidad de la secadora debe duplicarse para transportar la mayor cantidad de grano que sale de la secadora.

El procedimiento consiste en que el secado se realiza hasta que el grano alcanza un contenido de humedad de 15-16% con una temperatura entre 45 y 55ºC y luego se lleva a un silo de secado aireación. En el silo de secado-aireación se dejan los granos en reposo entre 8 y 10 horas para permitir que se homogeneicen el contenido de humedad y la temperatura. Después del período de reposo se encienden los ventiladores del silo y el aire frío al tomar contacto con los granos calientes disminuye su humedad relativa extrayendo el contenido de humedad en exceso que contienen los granos. En este proceso como el contenido de humedad que tiene el grano a la salida de la secadora es superior al del secado convencional el cuarteo se reduce ya que se evita el sobrecalentamiento del grano. El reposo posterior determina que se liberen las tensiones de la contracción de volumen del grano por el secado. El secado con aire a temperatura ambiente hace que la eliminación del exceso de humedad sea más lenta. En cuanto a la economía del proceso en general implica un aumento del rendimiento de la secadora ya que se incrementa en ⅓ su capacidad por la transformación a todo calor. Las temperaturas de secado pueden elevarse porque el grano mientras evapora agua no se sobrecalienta. Un incremento adicional de capacidad ocurre ya que el contenido de humedad final es 1 a 2 puntos superior al secado convencional. Con la cantidad de silos adecuada (tres para una jornada completa de trabajo se incrementa hasta en un 100% la capacidad de secado. La calidad del grano mejora notablemente ya que disminuyen drásticamente los porcentajes de cuarteados y partidos, es mayor el porcentaje de germinación y el peso hectolítrico y hay menor daño a las proteínas en relación con el secado convencional a alta temperatura. La temperatura que debe alcanzar el grano durante el secado en la secadora no debiera superar los 60ºC para evitar el sobresecado y el revenido. Al respecto la siguiente tabla elaborada a partir de datos de De Dios (2000) expresa las tasas de extracción de humedad en función de las temperaturas que alcanza el grano en el secado.

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Figura 1: Esquema del sistema de secado aireación mostrando los diferentes componentes. Tabla 1: temperatura del grano a la salida de la secadora y pérdida de humedad durante el proceso de seca-aireación. Temperatura del grano (ºC) 53 61 67

Pérdida de humedad durante el secadoaireación (%) 1,5 – 1.9 1,7 – 2,3 2,0 – 3,1

El secado de grano por seca-aireación requiere una cantidad de aire de 1000 m /ton. El tiempo de aireación depende del caudal específico que se utiliza para el proceso y se calcula de la siguiente manera. 3

Tsa (h) 

Qtg (m3 /tn) Qs (m3 /min tn) * 60 (min/h)

En la que: Tsa = Tiempo de secado-aireación Qtg. = Caudal por tonelada de grano Qs = Caudal específico

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Ejemplo 1:

Un silo de secado-aireación de 300 toneladas dispone de un ventilador cuya capacidad es de 450 m3/min. Calcular el tiempo de aireación para secar todo el grano. Resolución: Primero debemos calcular el Qs.

Q (m 3 /min) Qs (m /min tn)  Capacidad silo (tn) 3

450 (m 3 /min) Qs (m /min tn)  300 (tn) 3

Qs = 1,5 m3/min. tn

Tsa (h)  Tsa (h) 

Qtg (m3 /tn) Qs (m3 /min tn) * 60 (min/h) 1000 (m 3 /tn) 1,5 (m 3 /min tn) * 60 (min/h) Tsa = 11,1 horas

Ejemplo 2: Se dispone de un silo de fondo plano de 500 ton de capacidad cuyas dimensiones son diámetro = 10 m, altura = 8 m lleno con trigo hasta una altura de 6 m (P Vol. = 0,8 ton/m3). El silo está equipado con un ventilador cuyo caudal total es 452 m3/min. Determinar: a) la cantidad de grano de trigo almacenada en el silo. b) El caudal específico que provee el ventilador c) El tiempo necesario para completar el proceso de secado-aireación. Resolución: a) Cantidad de grano de trigo: Vol. De grano = π r2 h Vol. De grano = 3.1416 x 25 x 6 Vol. De grano = 471,2 m3. CG = 471,2 m3 x 0,8 ton/m3. CG = 377 ton.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali b) Caudal específico.

Q (m 3 /min) Qs (m /min tn)  Capacidad silo (tn) 3

452 (m 3 /min) Qs (m /min tn)  377 (tn) 3

Qs = 1,2 m3/min. ton

c) Tiempo de Secado-aireación.

Tsa (h) 

Qtg (m3 /tn) Qs (m3 /min tn) * 60 (min/h)

100 (m 3 /tn) Tsa (h)  1,2 (m 3 /min tn) * 60 (min/h) Tsa = 13,9 horas

Bibliografía Brooker, D. B.; F. W. Bakker-Arkema y C. W. Hall. 1992. Drying and Storage of Grains and Oilseeds. An avi Book. 450 pág. Van Nostrand Reinhold. New York. U.S.A. De Dios, C. A. 2000. Secado de Granos y Secadoras. 224 Pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. Argentina. Yanucci. D. 2001. SECADO. Libro de Actualización Nº 1. 200 Pág. Granos & postcosecha latinoamericana. De la Semilla al Consumo. YPF-GAS, REPSOL YPF.

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Teórico Práctico Nº 7 Aireación de Granos Objetivos Introducción Los granos de los cereales y oleaginosos son cosechados con contenidos de humedad más elevados que los aconsejados para una conservación prolongada. En épocas pico de recibo de mercadería en algunas plantas de acopio, la secadora no tiene la capacidad suficiente para secar durante el día todo el grano húmedo que ingresa. Dicho grano debe permanecer almacenado en espera hasta su secado en silos de grano húmedo. Al contenido elevado de humedad se le suma temperaturas altas que en conjunto pueden deteriorar en pocas horas la calidad del grano almacenado. Para evitar que el deterioro avance la aireación para bajar la temperatura del grano es la solución más económica y más adecuada. La aireación la definimos como la operación de hacer pasar aire a través de la masa de granos para, fundamentalmente, reducir la temperatura del grano. Otro procedimiento con este objetivo es el transilado operación que consiste en hacer pasar el grano de un silo a otro y el contacto del grano con el aire frío reduce la temperatura del mismo. Este método no es totalmente efectivo ya que cuando el calentamiento del grano ocurre por capas de mayor contenido de humedad esta no se disipa sino que cambia de lugar por el proceso de vaciado del silo. Las ventajas de la aireación sobre el transilado son que no requieren de tanta energía para el procedimiento, el grano permanece estático lo que reduce el daño mecánico y lo único que se mueve es el aire a través de la masa de granos, la temperatura y la humedad se uniformizan en toda la masa de granos. De manera que el principal objetivo de la aireación es reducir la temperatura de la masa de granos. Otros objetivos son: 1)

2) 3) 4) 5)

Eliminar olores comercialmente objetables (sin embargo cuando el origen es la contaminación con los hongos del almacenamiento, por más que el mal olor sea eliminado el daño al grano ya se produjo y por lo tanto el deterioro de la calidad comercial). Uniformizar la humedad y la temperatura en la masa de granos, sobre todo cuando se va agregando nuevo grano húmedo a un silo. Eliminar el calor del grano que proviene del campo o de la secadora en el proceso de secado aireación. Evitar los problemas ocasionados por la migración de humedad. Colaborar en la aplicación de productos fumigantes para el control de los insectos del almacenaje.

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Diseño del Sistema de Aireación El sistema de aireación requiere de los siguientes componentes: 1) Ventiladores para mover el aire a través del grano con la capacidad adecuada para la función que deben cumplir teniendo en cuenta los diferentes granos que se almacenan en la planta (Tabla 1). 2) Conductos de aireación diseñados para reducir al mínimo las zonas del silo con aireación deficiente. El recorrido del aire en diferentes ubicaciones dentro del silo debe ser uniforme. Para esto la relación entre la distancia mayor y la menor que debe recorrer el aire debe ser menor o igual a 1,3 (Figura 2). La figura 1 muestra los diseños en Y, en V y la corona circular. 3) Termometría para detectar el momento en que el proceso de enfriamiento se ha completado. 4) Sistemas automatizados de control del proceso de aireación para evitar que sea realizada con condiciones ambientales desfavorables. La diferencia de temperatura entre el grano y el aire debe ser de 5ºC o más para que la aireación sea efectiva. Mientras mayor sea esta diferencia más rápido es el proceso de enfriamiento.

Figura 1: Diseño de los caños utilizados en la aireación de granos y semillas.

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Figura 2: Disposición de los conductos y relación entre el recorrido más largo y el más corto en la aireación de granos. Tabla 1: Flujos de aire recomendados para aireación de mantenimiento y para el secado por el método de secado aireación. Objetivo de la aireación Aireación de mantenimiento Aireación de Enfriamiento Grano seco 14 – 16 % de humedad 16 – 18 % 18 – 20 % 20 – 24 % Para secado en silos secadores 16 – 18 % 18 – 20 % 20 – 22 % 22 – 26 % Para conservación de grano húmedo Para seca-aireación

Caudal Específico 0.10 a 0,20 m3/min. ton 0.20 – 0.30 m3/min. ton 0.30 – 0.35 m3/min. ton 0.35 – 0.40 m3/min.ton 0.50 – 0.80 m3/min.ton 0.80 – 1.10 m3/min.ton 0.70 1.00 1.50 3.00 0.50

– – – – –

0.90 1.50 2.50 5.00 1.00

m3/min.ton m3/min.ton m3/min.ton m3/min.ton m3/min.ton

0.80 – 2.00 m3/min.ton

Para que la aireación sea uniforme es importante realizar la limpieza del grano antes del ingreso al silo por medio de zarandas y de aire que elimine la mayor cantidad de contaminantes que obstruyen los espacios intergranarios. Cuando no se realiza prelimpieza, como los contaminantes se acumulan en el centro del silo, puede extraerse parte del grano e invertirse el copete de granos. De esta manera se logran dos objetivos, primero que la estructura de la masa de granos sea más uniforme y segundo que la distancia que debe recorrer el aire sea también uniforme, evitando de esa manera la canalización del aire en partes del silo quedando grandes sectores de grano sin aireación.

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Las opciones: flujo de impulsión o extracción del aire El aire puede ser impulsado por los ventiladores a través del grano en un flujo ascendente o extraído en un flujo descendente. Cada uno de estos flujos del aire tiene sus ventajas y desventajas y la opción utilizada varía en función de las circunstancias del momento.

Figura 3: Esquemas del flujo de impulsión y de succión en la aireación de granos.

Ventajas del flujo de impulsión La zona de enfriamiento se desplaza hacia arriba y se puede controlar la finalización del enfriamiento por los censores de temperatura superiores. La convección natural del aire ayuda al enfriamiento a través del efecto chimenea del aire caliente. El grano caliente agregado al silo puede ser aireado sin hacer pasar el calor a través del grano frío. El calor del motor del ventilador aumenta la temperatura del aire permitiendo la operación de aireación en ocasiones que el aire está demasiado frío ó húmedo.

Desventajas del flujo de impulsión La humedad a menudo se condensa en los techos y paredes frías expuestas cuando el grano se airea durante tiempo frío. El agua condensada puede caer o correr hacia abajo y humedecer el grano. El calor generado por el ventilador usado para airear los silos puede ser suficiente para disminuir la humedad relativa del aire y producir reducciones de humedad no deseadas en el grano.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Puede agregarse humedad al grano ya enfriado en la base del silo donde las condiciones son difíciles de controlar.

Ventajas del flujo de extracción o succión El aire caliente que viene del ventilador que está siendo enfriado es expelido fuera del silo a través del conducto de aireación y el ventilador a velocidades suficientemente altas para impedir la condensación de humedad. El aire impulsado a través del grano en el extremo del silo es menos probable que transporte polvo y materiales extraños al grano y el sistema de aireación. La aireación puede iniciarse en almacenajes planos parcialmente llenos cubriendo los conductos y lugares con escasa profundidad con láminas plásticas. El aire puede ser dirigido a áreas problema o bolsas calientes en la masa de grano por el uso de coberturas plásticas sobre parte de la superficie del grano.

Desventajas del flujo de extracción o succión El último grano en ser enfriado está próximo a la base del almacenaje y es difícil medir cuando se ha completado el enfriamiento, detectar bolsas de calor en el grano o detectar la acumulación de humedad. El flujo de aire a través de espesores reducidos de grano servidos por conductos de aireación largos es desuniforme. La resistencia al flujo de aire a través del conducto ayuda a la desuniformidad en lugar de compensarla como en el sistema de presión. Si el grano caliente se agrega arriba de un silo parcialmente lleno de grano frío, el calor empujado hacia abajo desde la parte superior del grano vuelve a calentar el grano frío e incremento el tiempo de operación del ventilador. Si se interrumpe la aireación en silos altos y el grano está caliente, puede ocurrir convección natural hacia arriba por el efecto chimenea. No se cuenta con el calor del ventilador cuando se lo necesita para disminuir la humedad del aire de enfriamiento. El calor del sol sobre el techo puede disminuir la humedad del aire durante el tiempo bueno y colaborar en las pérdidas no deseadas de humedad del grano. NOTA: Se debe mantener el sentido de circulación del aire hasta que se estabilicen la temperatura y la humedad en toda la masa de granos.

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Figura 4: Frente de enfriamiento formado durante el proceso de aireación de granos. Zona de Enfriamiento Durante la aireación se forma un frente o zona de aireación cuyo espesor depende de la velocidad del aire a través del grano y del coeficiente de transferencia de calor desde el grano al aire. Según datos experimentales, el enfriamiento de trigo desde la temperatura del grano de 25ºC hasta la mitad de la diferencia de temperatura con el aire de 5ºC demoró 5 segundos y el enfriamiento del 90% ocurrió en 17 segundos. El maíz que tiene un grano más grande el 50% de enfriamiento demoró 11 segundos y para llegar al 90% 43 segundos. Esta información nos permite estimar el espesor del frente de aireación cuando conocemos la velocidad del aire de enfriamiento. En un silo de 10 m de diámetro y 10 m de altura de cilindro con un caudal específico de mantenimiento de 0,2 m3/min. ton considerando el fondo cónico y el copete de grano, se requieren aproximadamente 160 m3/min. de aire de enfriamiento, de manera que se necesita un caudal de 2,04 m3/min. m2 en la sección transversal del silo. Dividiendo este valor por la porosidad del grano de trigo (0,6) encontramos la velocidad con que el aire atraviesa la masa de granos, que es igual 3,4 m/min. Si el 90 % de enfriamiento ocurre en 17 segundos se puede calcular que el espesor de la zona de enfriamiento es de 0,96 m. En el caso del maíz cuya porosidad es de 0,4 la velocidad del aire es 5,1 m/min. y ya que el 90 % del enfriamiento se produce en 43 segundos el espesor de la zona de enfriamiento es de 3,6 m. No es conveniente que la última capa de grano en la superficie del silo alcance la temperatura del aire de enfriamiento debido al tiempo que demora y al costo en energía eléctrica por ese motivo se debe elegir un porcentaje del cambio de temperatura a lograr en relación con la temperatura del aire de enfriamiento. Seleccionado el porcentaje de enfriamiento de la capa superficial el efecto del espesor de la zona de enfriamiento sobre el tiempo de enfriamiento puede calcularse como un multiplicador Z. Z = 1 + (Espesor zona de enfriamiento x tx/ altura total de grano x 100)

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali En la que tx = % de cambio de temperatura en la última capa a enfriar. Para una zona de enfriamiento de 3,6 m en un silo de 18 m de altura y con un tx de 50% el valor de Z será: Z = 1 + (3,6 x 50/18 x 100) = 2 El tiempo de enfriamiento, incluyendo el factor Z, puede calcularse por medio de la ecuación del balance de calor.

t ( h) 



M g (kg) * C g (kJ /kg ) (Tg  Ta ) Z )

M a (kg/h) Ca (kJ /kg ) (Tg  Ta )  h fg (kJ /kg ) (W2 (kg/kg )  W1 (kg/kg )

Esta ecuación es semejante a la que se vio en el Teórico-Práctico de Secado y significa lo siguiente: t = tiempo de enfriamiento (horas) Mg = masa de grano Cg = Calor específico del grano Tg = temperatura del grano Ta = temperatura del aire Ma = Masa de aire Ca = calor específico del aire hfg = calor de vaporización del agua (2450 kJ/Kg) W2 = Humedad absoluta del aire de salida (el que tiene el aire cuando toma la temperatura del grano y sale con la temperatura y humedad relativa del equilibrio) W1 = Humedad absoluta del aire a temperatura ambiente. Ejemplo 1: Un silo de 10 m de diámetro de fondo cónico y 15 m de altura del cilindro está lleno con maíz con 16 % de humedad y 27ºC de temperatura. Para la conservación y enfriamiento del grano húmedo se utiliza un caudal específico de 0,3 m3/min. tn el aire de enfriamiento tiene una temperatura de 10ºC y humedad relativa de 80%. Determinar: a) Cantidad de grano almacenada en el silo (Mg) b) Caudal total necesario para el enfriamiento del grano húmedo. c) Caudal por unidad de área. d) Velocidad del aire (m/min) e) Espesor de la zona de enfriamiento f) Multiplicador Z g) Tiempo de enfriamiento en horas. Resolución: a) Cantidad de grano (Mg) Vol. Silo = π r2 h + π r2 h1/3 + π r2 h2/3 = π r2 (h + h1/3 + h2/3) Vol. Silo = 3,1416 x 52 x (15 + 5/3 + 2.9/3) Vol silo = 1389 m3. Mg = Vol silo x Peso volumétrico = 1389 m3 x 0,75 ton/ m3 = 1042 ton

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

Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali b) Masa de aire (Ma) Q = Qa x Mg = 1042 ton x 0,3 m3/min. ton = 312,5 m3/min. Ma = Q (m3/min.) x 60 (min./h)/ VE (m3/Kg) Ma = (312,5 m3/min x 60 min./h)/0,83 m3/Kg) = 22590.4 Kg/h c) Caudal por unidad de área (Qa) Qa = Q/SS = 312,5 m3/min./78,5 m2 = 4 m3/min. m2 d) Velocidad del aire Va = Qa/ Porosidad = 4 m3/min. m2/0,6 6,7 m/min. e) Espesor de la Zona de enfriamiento E = Va x tiempo de enfriamiento del grano = 6,7 m/min. * 0,72 min. = 4,8 m f) Multiplicador Z. Consideraremos alcanzar un 25% de la diferencia entre la temperatura del grano y la T del aire en la última capa de grano. Z = 1 + (4,8 x 25/23 x 100) = 1,52 g) Tiempo de enfriamiento de la masa de granos

t ( h) 

M g (kg ) * C g (kJ /kg ) (Tg  Ta ) Z





M a (kg/h) Ca (kJ /kg ) (Tg  Ta )  h fg (kJ /kg ) (W2 (kg/kg )  W1 (kg/kg ) 1042000 (kg ) * 2,25 (kJ /kg ) (27  10) * 1,52 t ( h)  22590,4 (kg/h) 1 (kJ /kg ) (2710)2450 (kJ /kg ) (0,01 (kg/kg )0.06 (kg/kg )) t = 157,5 horas

Horas 24 horas/día 157,5 Horas t (días)  24 horas/día

t (días) 

T (días) = 6,56 días

Manejo de la Aireación La aireación es una operación de manejo de planta que debe ser realizada cuando se recibe mercadería con alto contenido de humedad y temperatura desde el campo, para mantenerla con bajos niveles de deterioro hasta que pueda ser secada, con grano caliente que sale de la secadora en el secado-aireación y siempre que los sensores de temperatura detecten variaciones en la condición en la masa de granos.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Cuando la mercadería ingresa a la planta se almacena en silos de grano húmedo con la precaución de que la diferencia de humedad entre el grano más seco y el más húmedo sea igual o inferior a 2 %. En cuanto el aire ambiente tenga una temperatura inferior en 5ºC respecto de la temperatura de la masa de granos se deben encender los ventiladores y estos deben permanecer encendidos mientras esas condiciones se mantengan. A medida que la temperatura del grano descienda habrá cada vez menos días favorables para airear, especialmente con los granos de cosecha estival. Se deberá controlar también la humedad del grano, ya que la aireación realizada en estas condiciones produce evaporación de agua y a veces esto es suficiente para llevar la mercadería a porcentajes de humedad dentro de los estándares de comercialización. Las condiciones favorables o desfavorables para la aireación deben ser verificadas mediante la carta psicrométrica. El grano que está con el contenido de humedad de comercialización corre el riesgo de ser sobresecado si el aire de enfriamiento está demasiado seco y la aireación es prolongada. En ese caso es necesario utilizar caudales bajos de aire, ya que la pérdida de humedad se relaciona con la cantidad de aire que atraviesa la masa de granos, y que se necesitan más de 100 horas de aireación para extraer 1% de humedad de los granos. Cuando los silos tengan ventiladores que solo proveen flujos de aire de mantenimiento y se requieren caudales más altos, por ejemplo para enfriamiento o secado deberá reducirse la cantidad de grano almacenada en el silo de forma que se incremente la cantidad de aire por tonelada de grano hasta llegar a los caudales requeridos. Ejemplo 2: Un silo de 500 toneladas de fondo cónico α = 35º, 8 m de diámetro y 11 m de altura del cilindro, (altura total de 16,12 m), lleno con trigo con 17% de humedad, tiene un ventilador que provee un caudal de mantenimiento de100 m3/min. De acuerdo con el contenido de humedad del grano, el flujo de aire debería duplicarse y ser de 0,4 m3/min. ton., sin embargo, no se disponen de ventiladores de mayor capacidad. Determinar la cantidad de grano a extraer del silo para obtener el caudal requerido. Resolución: Una simple cuenta matemática nos dirá que reduciendo a la mitad la cantidad de grano se duplica la cantidad de aire que nos provee el ventilador. Sin embargo, esto no es cierto desde que una reducción de altura de la columna de granos significa una disminución importante de la presión estática lo que incrementa la capacidad de los ventiladores.

BIBLIOGRAFIA Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W. y C.W. Hall. 1992. Drying and Storage of Grains and Oilseeds. An Avi Book. Van Nostrand Reinhold. New York. U.S.A. Cantis, A.; K. Thielemann, C. Vollert y M. Miguens. 1977. Procesamiento, Almacenaje y Conservación de Granos. AACREA. Consorcios Regionales de Experimentación Agrícola. Buenos Aires. República Argentina. Christensen, C. M. 1982. Storage of Cereal Grains and their Products. 544 Pág. American Society of Cereal Chemists, Inc. St. Paul, Minnesota. U.S.A.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Dávila, S.; S. Peske y R. Aguirre. 1988. Beneficio de semillas. Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT). Unidad de Semillas. Cali, Colombia. Justice, O. L. and L. N. Bass. 1979. Principles and practices of seeds storage. 289 Pág. Castle House Publications Ltd. London. Great Britain. Marsans, G. J. 1987. Manejo y conservación de granos. Cap. I a VIII. Ed. Hemisferio Sur. Buenos Aires. Peluffo, A. L. 1982. Acondicionamiento y Almacenaje de granos. CREA Cuad. de Actualización Técnica Nº 30. AACREA. Buenos Aires. República Argentina. Puzzi, D. 1984. Manual de Almacenamiento de Granos. Depósitos y Silos.349 Pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. República Argentina.

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Teórico Práctico Nº 9 Sistemas de Almacenamiento de Granos Introducción El almacenamiento de granos ha evolucionado constantemente a lo largo del tiempo, en dicha evolución pasó desde los montones en el suelo hasta los sistemas herméticos que permiten controlar la atmósfera intergranaria de manera que los procesos respiratorios sean disminuidos sin alterar la composición química y las aptitudes industriales de los granos. El almacenamiento de los granos se realiza con los objetivos de:  Conservar el grano sano, seco, limpio y a baja temperatura, libre de insectos y a salvo del ataque de los hongos de almacenamiento.  Conservar la calidad intrínseca del grano desde la cosecha hasta su utilización.  Disponer de grano en cantidad y calidad para satisfacer las necesidades de las industrias de transformación .  Proveer de condiciones para controlar los problemas que pueden afectar a los granos en el almacenamiento. Los sistemas de almacenamiento pueden ser clasificados en dos grandes grupos:  almacenamiento en bolsas  almacenamiento a granel Existen otros sistemas como el almacenamiento hermético en contenedores pequeños para bancos de germoplasma, que se ubican en cámaras refrigeradas a temperaturas inferiores a –10ºC con la finalidad de que las semillas conserven la viabilidad y el vigor por largo tiempo. El almacenamiento en bolsas se realiza en el comercio de semillas porque las bolsas son fáciles de manipular, además permite separar lotes de diferentes variedades y orígenes y no es necesario disponer de un silo para cada variedad después de que el acondicionamiento ha tenido lugar. El almacenamiento a granel permite que grandes volúmenes de granos sean acopiados en un solo lugar dado que, tratándose de una especie y una calidad las partidas provenientes de diferentes productores se mezclan en un solo silo y pierden identidad.

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Almacenamiento en Bolsas El almacenamiento en bolsas requiere de depósitos de almacenamiento tales como galpones con aberturas grandes para el acceso y salida de camiones y con aislamiento en el techo para que el calor no afecte a la viabilidad de las semillas. En los galpones que serán utilizados para el almacenamiento de semillas no deben depositarse agroquímicos u combustibles u otros productos que deterioren la calidad de las semillas. Un galpón destinado al almacenamiento de bolsas de semillas debe ser dividido en cuadras que son grupos o bloques de estibas separadas de las paredes por una distancia de 0,5 a 1 m, para permitir la circulación y la toma de muestras para el control de calidad. Las separaciones entre cuadras deben ser de la suficiente amplitud que facilite el paso de montacargas y cintas transportadoras para el apilado y desapilado de las bolsas. Debe existir un callejón central de la amplitud suficiente para el paso de un camión. Las cuadras deben estar marcadas en el piso y numeradas de manera que permita una rápida y fácil identificación de las estibas.

Formación de las Pilas de Bolsas o Estibas El aprovechamiento integral del espacio del galpón requiere que las estibas o pilas de bolsas formen bloques y a su vez que las bolsas estén dispuestas en arreglos que permitan conservar su estabilidad. Los arreglos o disposiciones de las bolsas permiten que las capas estén compuestas de 6, 8, 9, 10 o 12 bolsas (Figura 2). Las dimensiones de las bolsas son de 0,9 m de largo x 0,6 m de ancho x 0,20 m de altura. Estas disposiciones deben alternarse en cada capa para que la estiba tenga estabilidad. Las bolsas de semillas no deben estar adheridas directamente al piso sino que se requieren tarimas ya que el contacto con el piso frío puede ocasionar condensación de agua que deteriora calidad fisiológica de la semilla. Una estiba puede tener 20 capas de bolsas de manera que su altura será de 4 m. Si la altura del techo del galpón lo permite puede incrementarse el número de capas.

Figura 1: Esquema de un galpón para el almacenamiento de semillas en bolsas.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali Cuatro estibas constituyen un bloque, que puede tener diferentes dimensiones de acuerdo con la disposición de las bolsas en el apilado, así por ejemplo un bloque de 4 pilas de 6 bolsas de base tendrá 3,6 m de ancho por otro tanto de profundidad. Un bloque constituido por cuatro estibas de 20 capas de bolsas por estiba de 6 bolsas de base contendrá: Bolsas /bloque = 6 bolsas/capa x 20 capas/estiba x 4 estibas/bloque = 480 bolsas Un bloque puede estar constituido por una variedad y no deben mezclarse variedades en un mismo bloque para evitar confusiones. Los bloques deben estar perfectamente identificados con etiquetas. La etiqueta debe presentar el número que el lote recibe en la entrada de la mercadería y el total de bolsas o volúmenes. Ejemplo: un lote de 165 bolsas que al entrar en el depósito recibe el número 3 y se estiba con una base de 8 bolsas se marcará de la siguiente forma: L3 = 8 x 20 + 5 = 165 La etiqueta expresará que el lote 3 está estibado en un esquema de 8 bolsas con 20 capas completas y una capa incompleta de 5 bolsas. Cuando el lote recibe 2 o más cortes, las etiquetas que identifican cada pila deberá hacer referencia al número de lote y cada pila se identificará por letras. Ejemplo: un lote de 430 bolsas apiladas en 2 esquemas de 10 volúmenes con 21 capas por pila se marcará de la siguiente forma: L17pA = 10 x 21 + 5 = 215 L17pB = 10 x 21 + 5 = 215 Las etiquetas de las pilas A y B indicarán que el lote Nº 17 tiene 10 bolsas de base con 21 capas y la capa Nº 22 incompleta con 5 volúmenes.

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Figura 2: Disposición de las bolsas en el apilado, constituyendo esquemas de 6, 8, 9 y 10 bolsas por capa.

Figura 3: Bloque constituido por 4 estibas de 6 bolsas por capa separadas por los cortes.

Almacenamiento a Granel La práctica comercial con granos para la industria requiere que el almacenamiento se realice a granel. Las instalaciones varían desde los silos chacra constituidos por mallas metálicas revestidas con arpillera plástica para un almacenaje temporario al igual que los silos bolsas, hasta grandes plantas de acopio con silos que pueden tener 40000 o 50000 toneladas de capacidad tales

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali como las que se encuentran en algunas empresas industriales y en los puertos de embarque de granos para la exportación. Cualquiera sea el tamaño de las instalaciones deben estar constituidas por las siguientes estructuras:  Depósitos de granos (silos, celdas).  Estructuras de transporte (norias, sinfines, cintas transportadoras, redlers).  Equipamiento para la limpieza de los granos (chamiqueras, limpiadoras).  Equipamiento para el secado de los granos (secadoras, silos de secado).  Balanza para el pesado de los camiones y otros medios de transporte que ingresan a la planta.  Equipamiento para el muestreo de los camiones (Caladores sonda, caladores neumáticos).  Laboratorio para el control de calidad de la mercadería que ingresa. El laboratorio de control de calidad debe estar equipado con el instrumental y los aparatos que se detallan:  Caladores sonda para toma de muestras  Balanzas de precisión  Zarandas para granos dañados y quebrados  Humedímetro  Homogeneizador y cuarteador de muestras  Determinador de materia grasa (extractor Butt)  Buretas para determinación de acidez de la materia grasa.  Balanza de peso hectolítrico  Bolsas para guardar muestras de granos. Determinación de la capacidad de almacenamiento El cálculo de capacidad de las instalaciones de almacenamiento se realiza aplicando los conocimientos básicos de geometría. Las formas más comunes de las estructuras de almacenaje son las cilíndricas con fondo plano como los silos de malla de alambre para el almacenamiento temporario de granos, y silos de chapa o cemento que pueden tener fondo plano, fondo cónico aéreo o enterrado o fondo inclinado.

Figura 4: Diseños de los silos para el almacenamiento de granos y dimensiones a tener en cuenta para el cálculo de capacidad.

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En el silo de fondo cónico se debe calcular la capacidad del cilindro y de los dos conos que forman el piso y el techo. Vol. = 3.1416 x r2 x H + 3.1416 x r2 x h1/3 + 3.1416 x r2 x h2/3

(1)

Vol. = 3.1416 x r2 (H + h1/3 + h2/3) En el silo de fondo inclinado se debe tomar en cuenta por una parte el volumen del cilindro mayor y para el fondo inclinado la altura será la correspondiente a la tangente del ángulo que forma el plano del piso con el plano horizontal. Vol. = 3.1416.r2[H + (h1/2) + h2/3]

(3)

Silos Bolsa (Silo-bag) En los últimos años se ha difundido la tecnología del silo bolsa, que consiste en el almacenamiento del grano en una bolsa de plástico tricapa cuyas dimensiones son entre 5, 7 o 9 pies de diámetro con espesores que varían entre 150 y 250 micrones y una longitud normal de 60 m, lo que le da una capacidad de almacenamiento de aproximadamente 200 toneladas. Esta tecnología requiere de una máquina embolsadora para el llenado del silo (Figura 5) y de una extractora de granos para la descarga (Figura 6). Las características de este sistema de almacenaje son:  es un tipo de almacenaje hermético en el que la respiración del grano consume el oxígeno creando un enriquecimiento de la atmósfera en CO2.  la respiración del grano se reduce  se impide la proliferación de hongos e insectos  con grano seco el deterioro es mínimo

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Figura 5: Planos y dimensiones de embolsadoras de granos secos.

Figura 6: Planos y dimensiones de extractoras de granos secos. Las condiciones que requiere este tipo de almacenaje son de un lugar nivelado y firme, en lo posible en la parte más alta del lote, sin presencia de restos de palos y piedras para que la bolsa no se perfore. El embolsado debe permitir que el llenado sea parejo sin dejar espacios vacíos en los que se acumule el aire y las bolsas tienen unas marcas que señalan el límite de estiramiento, el que no debe ser superado para evitar el riesgo de rotura de la bolsa. Un vez completado el llenado la bolsa debe ser cerrada herméticamente en su extremo.

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Curso Manejo Poscosecha de Granos – Ing. Agr. Orlando J. J. Badiali En las bolsas se pueden almacenar granos húmedos o secos. En el primer caso, la respiración es más rápida y el enriquecimiento en CO2 mayor, sin embargo el tiempo de almacenamiento se reduce y el deterioro del grano más alto. El grano seco respira más lentamente y la concentración de CO2 en el silo menor pero el grano sufre menos deterioro y el tiempo de almacenamiento seguro se incrementa con la disminución de la humedad del grano. Es conveniente cuando se almacena grano húmedo colocar una media sombra sobre la bolsa para reducir el calentamiento del sol. El tiempo de almacenaje seguro y el riesgo de almacenaje varía en función del contenido de humedad del grano y del tipo de grano que se tenga almacenado en la bolsa. Tabla 1: Riesgo de almacenamiento y tiempo de almacenaje seguro en función del tipo de grano y el contenido de humedad (Casini, 2004). Tipo de Grano Soja, maíz, trigo Girasol Tipo de grano Soja, maíz, trigo 14% Girasol 11% Soja, maíz, trigo 14 – 16% Girasol 11 – 14 % Soja, maíz, trigo > 16% Girasol >14 %

Riesgo por humedad del grano (%) Bajo Bajo - medio Medio – alto. Hasta 14 14 - 16 Mayor a 16 Hasta 11 11 – 14 Mayor a 14 Riesgo por tiempo de almacenamiento Bajo Medio Alto 6 meses

12 meses

18 meses

2 meses

6 meses

12 meses

1 mes

2 meses

3 meses

Bibliografía Casini, C. y J. C. Rodríguez. 2004. Conceptos básicos para el almacenamiento de granos en chacra. Proyecto de eficiencia de cosecha y poscosecha. INTA Manfredi. Casalins, A. C. 1997. Cuadernillo de Actualización Técnica. Asociación Civil de Fomento Agropecuario. Escuela de Recibidores de Granos de Buenos Aires. Buenos Aires, Argentina. Di Rosso, M. A. 1987. Almacenamiento y Práctica de Recibo. Texto para las Escuelas de Recibidores de la Junta Nacional de Granos. Cuarta Edición. Editado por la Asociación Cooperadora“Amigos de las Escuelas de Recibidores de Granos”. Prolongación Av. Belgrano Dique II Lado Este (1107). Puerto de Buenos Aires. Puzzi, D. 1984. Manual de Almacenamiento de Granos. Depósitos y Silos.349 Pág. Editorial Hemisferio Sur. Buenos Aires. República Argentina. www.mainero.com.ar

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Teórico Práctico Nº 10 EFECTOS DEL SECADO Y DEL ALMACENAMIENTO SOBRE LA CALIDAD DE LOS GRANOS

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