Maikel Arrastia Acosta , Yanelis Pedraza² , José Gandón³ , José García Borrego³ y Alexander Miranda Caballero⁴

1 MSc., Ing., Instituto de Investigaciones del Arroz; Autopista del Mediodía, km 16 ½ , Bauta, La Habana, E-mail: maikel@iiarroz.cu

2 Ing., Instituto del Arroz, Provincia La Habana.

3 Ing., Cooperativa de Producción Agropecuaria, “Gilberto León”, La Habana.

4 Dr. C., Director Estación Experimental del Arroz “Los Palacios”, Pinar del Río, Cuba.

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RESUMEN. El secado de arroz es una de las operaciones más importantes para preservar la calidad de granos y semillas. Por este motivo se realizó el presente trabajo cuyos objetivos son: evaluar los índices de consumo energéticos de un secadero construido para la producción popular de arroz, analizar los efectos de las modificaciones al proceso de secado de dicho secadero y proponer medidas que contribuyan a mejorar el proceso desde el punto de vista técnico-económico. Como resultado de la evaluación se determinaron las características y variables de operación fundamentales del secadero. Los índices de consumo de combustible y electricidad son de 9,1 L/t y 79,89 kW-h/t y se logró disminuir en un 14,2% el costo de la tonelada de arroz en la operación incrementándose la eficiencia del secadero.

Palabras clave: costos de operación, consumo energético, calidad, grano y semilla.

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ABSTRACT. The drying is one of the most important operations to preserve the quality of grains and seeds. For this reason was carried out the present work having as main objectives: to evaluate the energy consumption indexes of a built grain drier for small scale rice production, to analyze the effects from the modifications to the process of drying of this drier and to propose measures that contribute to improve the productive process from the technique-economical point of view. As a result of the evaluation the characteristics and fundamental operation variables of the grain drier were determined. The indexes of consumption of fuel and electricity were of 9, 1 L/t and 79, 89 kW-h/t and it was possible to diminish in 14,2% the operation cost per rice ton being increased the dry efficiency.

Keywords: Dry, rice, operation costs.

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INTRODUCCIÓN
Se estima que aproximadamente un 10% de la producción mundial de granos se pierde anualmente. Una de las principales causas del deterioro de los granos y las semillas es el alto contenido de humedad con que se cosechas, que da lugar a altas tasas de respiración, favorece la proliferación de microorganismos y afectaciones por ataques de insectos (Peres, 2001). Para reducir el deterioro de la masa de granos debido a los factores anteriormente mencionados, se somete a un proceso de secado. Mediante esta operación se elimina parte del agua contenida en los granos de forma natural o artificial (Villela y Peske, 1998).
En Cuba, la forma natural se realiza en la propia planta o exponiendo los granos al sol sobre vías públicas, autopistas, u otros espacios públicos de forma directa o en mantas. Esta operación es efectiva, pero tiene varias desventajas y es un método muy trabajoso.
Por otra parte, el secado artificial tiene como principio fundamental el de hacer pasar aire a través de la masa de granos. Para ello, los equipos tienen instalados sistemas que permiten el calentamiento del aire por medio de la combustión de diversos tipos de combustibles. Los combustibles más empleados son el diesel, bagazo de caña, cáscara de arroz, madera y otros (Guimarães y Baudet, 2002).
Como el número de instalaciones adecuadas para realizar el secado del arroz, producido por el sector no especializado es reducido, y han aumentado sus producciones, los productores han construidos sus propios equipos. Generalmente se basan en diseños empíricos y no poseen parámetros de operación adecuados. Presentan problemas con las pérdidas, fundamentalmente debido al deterioro de los granos que no han sido secados uniformemente y, en muchos casos, utilizan más recursos energéticos que los necesarios para realizar su operación. También necesitan criterios técnicos que les permitan realizar modificaciones a su equipamiento y contribuyan a realizar un proceso económico, con calidad y con el mínimo de daños al medio ambiente.
Por este motivo se realizó el presente trabajo cuyos objetivos son: Evaluar los índices de consumo energéticos de un secadero construido para la producción popular de arroz en la CPA “Gilberto León” de la provincia La Habana, analizar los efectos de modificaciones al proceso de secado de dicho secadero y proponer medidas que contribuyan a mejorar el proceso desde el punto de vista Técnico-Económico.

MATERIALES Y MÉTODOS
El trabajo se realizó en áreas de la CPA “Gilberto León”, San Antonio de los Baños, La Habana. Se empleó la variedad Reforma, cosechada durante la campaña de primavera del 2006 con humedad de 20% (base húmeda). La masa de granos recién cosechados se llevó directamente al secadero de cama fija con un generador de calor Kalfriza; el secadero fue construido por medios propios. Las evaluaciones se realizaron al equipo bajo las siguientes condiciones:
Operación normal
Se carga el secadero con arroz húmedo e inmediatamente se arrancan los sistemas de ventilación y calentamiento. Se mantienen cerradas las puertas del local donde está ubicado el equipo. Cuando se alcanza la temperatura de 45 °C, lo que hace que el sensor, ubicado a una altura aproximada de 1,50 m sobre la cama de granos, apague el sistema de calentamiento en un tiempo aproximado de 10-15 minutos.
Operación modificada
Se realizó la parte inicial del proceso (1 h) con las puertas del local totalmente abiertas y a partir de ese momento se continuó la operación según el procedimiento establecido en el secadero. Este proceso se llevó a cabo desconectando uno de los motores del sistema de ventilación.
Las variables medidas fueron el tiempo de secado y el consumo de electricidad y combustible, con las que se calcularon los índices de consumo y los costos de operación. Los instrumentos de medición fueron los siguientes:
Medidor portátil de humedad Kett 401, psicrómetro de termómetros de bulbo húmedo y bulbo seco, termómetro de contacto, anemómetro y manómetro U

RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El secadero evaluado es estático, del tipo cama fija o de “doble fondo” (Figura 1). Se encuentra ubicado dentro de un local, cuyas paredes están cubiertas por un material aislante térmico. Las puertas de acceso al equipo son de suma importancia para la operación ya que estas puertas están cubiertas de material aislante, lo que contribuye a la hermeticidad del local (cerrado) y por tanto influyen directamente sobre la temperatura y la humedad interna del mismo.

FIGURA 1. Secadero de “doble fondo.”

Las dimensiones de las distintas partes de este equipo se muestran en la Tabla 1.

TABLA 1. Dimensiones del secadero

El volumen total del secadero (sin el conducto de aireación) es de 15,9 m³, de ellos 7,56 m³ constituyen la capacidad de carga de granos. De acuerdo con estos valores, se puede estimar una capacidad de carga aproximada de 4,53 t, con un área de secado de 16,8 m²
El equipamiento empleado para la generación de calor es del tipo KALFRIZA, utilizado fundamentalmente para el curado del tabaco (Figura 2). Los gases de la combustión intercambian calor con el aire ambiente (forzado por los ventiladores) que pasa por el intercambiador de calor y la cámara de combustión, elevándose así la temperatura del mismo. Por tanto el calentamiento del aire se produce de forma indirecta.
La potencia instalada se distribuye en los motores de los ventiladores (2) que suministran el flujo de aire al secadero. Cada uno demanda una potencia de 4,6 kW.

FIGURA 2. Esquema del generador Kalfriza.

Las evaluaciones realizadas al secadero se muestran en la Tabla 2.

TABLA 2. Resumen de las variables medidas

Se aprecia una reducción del consumo eléctrico en aproximadamente el 85%, lo que está asociado a la reducción del tiempo de secado y al empleo de un solo ventilador que suministraba la cantidad de aire suficiente para la operación.
El índice de consumo de combustible se incrementa en 2,2 veces. Este es un factor que esta muy vinculado con la temperatura de operación y la ubicación del sensor de temperatura. Al estar ubicado este sensor a la salida de la masa de granos, el sistema de control no funciona adecuadamente y permite el aumento de la temperatura por encima de los límites recomendados para este tipo de secadero. Es posible reducir el consumo de combustible con la ubicación correcta del dispositivo de regulación que permita utilizar el rango de temperaturas recomendado para este tipo de secadero (Figura 3).

FIGURA 3. Distribución de los costos de operación.

Al aplicar la modificación adquieren más relevancia los costos por conceptos del manejo y de combustible, mientras que los relacionados con la electricidad y el operador se reduce considerablemente ya que el tiempo total de secado disminuye. Es posible reducir el costo por el concepto de combustible con la introducción de un dispositivo de regulación que permita utilizar los rangos de temperaturas recomendadas. De esta forma, se logrará realizar una extracción de la humedad estable, sin violentar el proceso y con mínimos incrementos en el tiempo total de secado. De forma general, el costo total por tonelada de arroz seco (Figura 4) de esta alternativa (2) disminuye un 14,2% con respecto a la operación normal.
La reducción en el costo por concepto de electricidad es muy importante para estas tecnologías, ya que pueden ser introducidas en áreas de productores individuales, cuyas tarifas eléctricas son diferentes de las del sector empresarial. Esto hace que este aspecto tenga más trascendencia en el análisis de los procedimientos a utilizar.

FIGURA 4. Comparación de los costos de procesamiento.

Para erradicar las dificultades anteriores se propone ubicar el sensor de temperatura en el conducto de entrada de aire caliente, lo que favorecerá el control de la temperatura del aire de secado y evitará que esta supere los rangos recomendados para esta operación. Para el desarrollo futuro de esta tecnología se debe complementar con un sistema de control que actúe sobre el flujo de combustible y garantice sólo la temperatura necesaria para la operación. El control sobre esta variable continua se va a traducir en efectos económicos positivos ya que los consumos energéticos por este concepto deben disminuir.
También se propone trabajar el secadero a su máximo de capacidad (cámara de secado llena). Esto reduce el caudal específico de aire, dando lugar al incremento de la eficiencia del proceso y al mejoramiento de la calidad del producto final. Otra opción posible es desconectar uno de los ventiladores cuando se procesan cargas inferiores a 2,0 t. Esta última opción favorece el ahorro de energía eléctrica, ya que se reduciría casi a la mitad el consumo eléctrico del secadero sin sacrificar la eficiencia ni la eficacia del proceso. Además, garantiza un proceso tecnológico adecuado para la producción de semillas evitando el deterioro de las mismas.
La operación debe realizarse con las puertas del local abiertas, lo que contribuirá a la reducción de la humedad dentro del mismo y por tanto no se recirculará un aire tan húmedo.
El quemador del sistema debe ser regulado de forma tal que garantice una temperatura de operación de 40°C. Con esta modificación debe aumentar el tiempo efectivo de calentamiento, lo que reduciría el tiempo total de la operación. También debe influir sobre el consumo de combustible ya que la energía necesaria para alcanzar la temperatura de trabajo sería menor que la actual.
La aplicación de estas medidas es primordial para reducir el consumo de combustible en el proceso de secado e incrementar la eficiencia del mismo.

CONCLUSIONES
• Se evaluaron las variables de operación de un secadero de arroz construido por productores de arroz no especializado.
• Los índices de consumo de combustible y electricidad actuales son de 9,1 L/t y 79,89 kW-h/t.
• Se verificó que en la operación normal del secadero los costos relacionados con el manejo de los granos son los que más aportan, seguidos en orden por los de electricidad y combustible.
• La modificación operacional realizada redujo en un 85% el consumo eléctrico.
• Se logró disminuir en un 14,2% el costo de la tonelada de arroz en la operación modificada.
• Se determinó una serie de medidas relacionadas con el diseño y la operación que garantizarán el incremento de la eficiencia del secadero.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

WIMBERLY, J.E.: Paddy rice post-harvest industry in developing countries, 190pp., IRRI, Tokyo, Japan, 1985,

VILLELA, F.A.; PESKE, S.T.: Secagem e beneficiamiento de sementes de arroz irrigado, pp. 431-468, In: Producto de arroz irrigado, Peske, S.T; Alburquerque, A.C.: Universidade Federal de Pelotas; Pelotas, Brasil, 1998.

GUIMARÃES, D.; BAUDET, L.: Simulacão de secagem de grãos e sementes, 214pp., Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, Brasil, 2002.

PERES, W. B.: Manutencão da qualidade de grãos e sementes, 78pp., Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, Brasil, 2001.

Recibido 19/12/07, aprobado 18/12/08, trabajo 03/09, investigación.