Ahorro de energía en el secado de grano por inducción con método de calentamiento por inducción
Anualmente Kazajstán produce alrededor de 17-19 millones de toneladas de grano en peso limpio, exporta alrededor de 5 millones de toneladas de grano, y el volumen medio de consumo interno alcanza los 9-11 millones de toneladas. Un mayor desarrollo de la industria del grano y la promoción de la exportación de grano requiere el desarrollo de la infraestructura de almacenamiento, transporte y secado de grano, incluyendo la construcción de nuevos silos de grano y la reconstrucción de los antiguos, la construcción de terminales portuarias y la compra de buques de carga seca y transportistas de grano (Baum, 1983). Es necesario modernizar la industria y la tarea requiere un esfuerzo intensivo de los productores de grano estatales y nacionales.
Los participantes en el Astana Kazakh Grain Forum V KAZGRAIN-2012 debatieron sobre la situación actual del mercado de cereales, las tendencias y las expectativas de precios, así como sobre los retos en materia de logística e infraestructuras. Se señaló que hace 10 años Kazajstán no podía considerarse un exportador de grano, mientras que en la actualidad las cuestiones de exportación se reconocen como prioritarias. Y la producción y el secado de grano ocupan uno de los primeros puestos tanto en el complejo agroindustrial como en el conjunto de la economía.
El análisis de la experiencia de muchas empresas manufactureras en el procesamiento postcosecha de granos demuestra que la tarea primordial para garantizar la seguridad y la calidad de las semillas recién cosechadas es su secado. La importancia del secado del grano aumenta en la zona húmeda: el retraso en el secado o la realización de esta operación con violación de los regímenes tecnológicos inevitablemente causan pérdidas de cosechas. Según las investigaciones en 25-28% humedad de montón durante tres días la germinación disminuye en 20%. Y las pérdidas de materia seca hace 0,7-1% por día cuando una humedad del montón de grano es 37% (Ginzburg, 1973).
Los factores importantes en el uso eficiente de los secadores en la agricultura son la provisión de una mayor calidad del grano, el aumento del ancho de banda de las unidades, así como la reducción de los costes energéticos. La base para mejorar la eficacia de las secadoras existentes en la agricultura es garantizar una eliminación suficiente y estable de la humedad de un metro cúbico en las cámaras de las secadoras de grano. Una de las razones que lo impiden es que las unidades de refrigeración, incorporadas en el eje de secado, no crean las condiciones óptimas para el enfriamiento total del grano y, por lo tanto, reducen el volumen efectivo del eje de secado y la eliminación de humedad de un metro cúbico de la cámara.
Desde 2010 la producción de trigo muestra una tendencia de crecimiento estable: la superficie de cultivo ha aumentado en 17%, el rendimiento ha aumentado en 25%, y el rendimiento total - en 52%. En el 1 de enero en 2012 Kazajstán tenía 258 silos con una capacidad de almacenamiento 14 771,3 mil toneladas y elevadores con capacidad de almacenamiento 14 127,8 mil toneladas. El aumento del rendimiento y la cosecha bruta requiere la mejora de la tecnología de secado para evitar pérdidas de cosecha y mantener la calidad del grano.
El método más perspectivo para secar el grano y eliminar la humedad es el método de calentamiento por inducción que sigue siendo poco estudiado y raramente utilizado en la práctica debido a las considerables imperfecciones de las tecnologías de fabricación de convertidores de frecuencia. Aunque el equipos de calentamiento por inducción se está desarrollando en la actualidad y su uso en el secado de granos es preferible a los métodos tradicionales de calentamiento (Zhidko, 1982).
En la actualidad, el calentamiento por inducción se utiliza para el endurecimiento superficial de productos de acero, el calentamiento por deformación plástica (forja, estampación, prensado, etc.), la fusión de metales, el tratamiento térmico (recocido, revenido, normalización, temple), la soldadura, la soldadura de metales. El calentamiento indirecto por inducción se utiliza para calentar equipos tecnológicos (tuberías, depósitos, etc.), calentar líquidos, secar capas y materiales (por ejemplo, madera). El parámetro más importante de las instalaciones de calentamiento por inducción es la frecuencia. Para cada proceso (endurecimiento de superficies, calentamiento pasante) existe una gama de frecuencias óptima, que proporciona el mejor rendimiento tecnológico y económico. Para el calentamiento por inducción se utilizan frecuencias de 50 Hz a 5 MHz.
Entre las ventajas del calentamiento por inducción cabe citar las siguientes
- La transmisión de energía eléctrica directamente al cuerpo calefactor permite el calentamiento directo de los materiales, con lo que la velocidad de calentamiento es
- La transmisión de energía eléctrica directamente al cuerpo calefactor no requiere dispositivos de contacto. Esto es útil para la línea automatizada
- Cuando el material calefactor es un dieléctrico, por ejemplo un grano, la potencia se distribuye uniformemente por todo el volumen del material calefactor. En consecuencia, este método de inducción proporciona un calentamiento rápido de
- En la mayoría de los casos, el calentamiento por inducción puede aumentar la productividad y mejorar las condiciones de trabajo. El dispositivo de inducción puede considerarse como una especie de transformador, cuando el devanado primario (inductor) está conectado a la fuente de alimentación de CA, y el material de calentamiento sirve como secundario.
La reducción del coste de toda la instalación requiere el desarrollo y la aplicación de calentadores de inducción de diseño sencillo.
La principal diferencia entre el calentamiento por inducción y los métodos tradicionales de secado radica en el calentamiento volumétrico. El calor penetra en el producto (material) no desde la superficie; se forma en todo el volumen a la vez, este proceso permite secar el grano eficazmente con un bajo consumo de energía. Durante el proceso de calentamiento por inducción se produce una distribución uniforme de la humedad en el material secado. La inducción no supone transferencia de calor del calentador al material. Mientras que el uso de otros métodos de secado requiere calentar el aire y, a continuación, transferir el calor del aire caliente al material. En cada etapa -el calentamiento del aire, su transporte y la transferencia de calor a los productos- las pérdidas de calor son inevitables.
Hoy en día, las empresas de Kazajstán prácticamente no utilizan calentadores de inducción, ya que son muy caros. Los antiguos modelos de lámparas de máquinas de calentamiento por inducción están anticuados y no se fabrican.
Secado del grano mediante calentamiento por inducción. Secado en capa descendente
Sugerimos el método de secado de grano por calentamiento por inducción (Figura 1), en el que el material del grano pasa, impulsado por la fuerza de gravedad, a través del eje de secado. En la parte superior de la secadora, el grano se carga mediante transportadores de cangilones u otros dispositivos de transporte; a continuación, el grano entra en la torre de secado. En la cámara de la torre de secado, el inductor, conectado a un convertidor de frecuencia, crea un campo electromagnético (flujo) de alta frecuencia.
Secado en capa descendente. La capa descendente representa una corriente de grano en movimiento gravitacional muy descargada, parcialmente compensada por el flujo ascendente de gas (frenado aerodinámico). La concentración real de grano aumenta en el curso del movimiento. Secado en capa suspendida. El estado de suspensión del grano se consigue en la corriente ascendente del gas al aumentar la velocidad de alimentación. Durante el proceso, toda la superficie del grano se somete al intercambio de calor y humedad con el gas. El tiempo de permanencia del grano en el tubo neumático no supera unos segundos; la temperatura del agente secante es de 350-400 °C. Sin embargo, la reducción de la humedad asciende a una fracción por ciento. Por lo tanto, los aparatos con capas ponderadas de grano no se utilizan como secador independiente, sino como elemento de un secador combinado multicámara.
Conclusión
En la actualidad, las empresas agrícolas y los elevadores están equipados en su mayoría con secadores de eje de flujo directo. Estos secadores presentan considerables irregularidades en el calentamiento y secado del grano, lo que a su vez provoca importantes costes de secado térmico. La razón principal es la imperfección en el suministro del agente secante y del aire atmosférico a las capas deshidratantes del grano.
Una condición importante para un trabajo de calidad de las secadoras de grano es una refrigeración eficaz del grano seco. Según lo previsto, los dispositivos de refrigeración de las secadoras de grano están diseñados para que la temperatura del grano a la salida no supere en más de 10°C la temperatura del aire atmosférico. Sin embargo, en la práctica este valor alcanza más de 12°C cuando la temperatura del aire es superior a 15°C. Además, las secadoras de grano modernas presentan considerables irregularidades en el enfriamiento de las distintas capas de grano. En el contexto descrito, la aplicación del secado por calentamiento por inducción puede ser el método más adecuado en términos de productividad, calidad y rentabilidad.
Referencias
Baum, A., 1983. Secado de cereales [en ruso], Moscú: Kolos
Ginzburg, A., 1973. Essentials of theory and technology in drying of foodstuffs [en ruso], Moscú: Industria alimentaria
Zhidko, V., 1982. El secado del grano y las secadoras de grano [en ruso], Moscú: Kolos