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1 C()n()cer- el C()WP()rtamient() del air-e pe..-mite aplicar- cñteñ()s C()r-r-ect()s de manej() en el ac()ndici()namient() y almacenaie.. Ricardo Muñoz C. Ingeniero Agrónomo M.S. Sicrometría, en términos simples, es el estudio del comportamiento del aire húmedo, es decir la mezcla de aire seco y vapor de agua. El aire húmedo es el medio usado en los procesos de sesecado, seca-aireación y aireación de los granos (IPA La Platina NQ 42, 1987) y son sus características sicrométricas las que influyen en los procesos de acondicionamiento y almacenaje de granos, entre otros factores. En los procesos de acondicionamiento, y en especial los que extraen humedad, como es el secado, interesa manejar la tasa de remoción de la humedad del grano que depende de la capacidad del aire para evaporarla. Tal capacidad está dada por las propiedades del aire por ejemplo temperatura y humedad relativa. En el manejo de conservación de granos durante el almacenaje es importante el proceso de aireación, cuyos objetivos principales son bajar y homogeneizar la temperatura y prevenir la migración de humedad de la masa de granos. En este caso conocer las características del aire permitirá estar alerta para airear en el momento oportuno. PROPIEDADES DEL AIRE Son varios los conceptos que definen las características del aire. Así, para medir la cantidad de vapor de agua se utilizan: la presión de vapor, la humedad relativa y la humedad absoluta. En tanto que para la temperatura se usan: la de bulbo seco, bulbo húmedo y la de punto de rocío. Adicionalmente, en los estudios de secado, con frecuencia se usan las propiedades de entalpía y volumen específico (ver definiciones en el recuadro). 26 IPA La Platina N 62

2 CARTA SICROMETRICA El estudio de las variables que influyen en las operaciones señaladas puede realizarse mediante el uso de algún tipo de diagrama o carta sicrométrica, que permite analizar las complejas relaciones entre las propiedades del aire y encontrar soluciones a los diferentes problemas que se presentan en las tecnologías de acondicionamiento y almacenaje de granos, además de otras aplicaciones. DEFINICIONES DE CONCEPTOS Presión de vapor (Pv): es la presión parcial ejercida por las moléculas de vapor de agua en el aire húmedo. Cuando el aire está completamente saturado con vapor de agua, su presión es llamada presión de vapor saturado (Pvs). Temperatura bulbo seco (Tbs): es la temperatura del aire húmedo indicada por un termómetro ordinario. Temperatura bulbo húmedo (Tbh): es la temperatura de equilibrio obtenida con un termómetro normal con una cubierta de tela en su bulbo que, al ser mojada y estar en contacto con el aire, sufre 1,m proceso de enfriamiento adiabático por la evaporación del agua. El caudal de aire que pasa sobre la tela debe ser de al menos una velocidad de 270 m/mln. Existen diversas cartas sicrométricas en uso, que difieren con respecto a la presión atmosférica, rango de temperaturas, número de propiedades graficadas, elección de coordenadas, temperatura de referencia para entalpia y unidades de medida empleadas. La carta más usual, es la que describe el sistema a presión de una atmósfera, cuyas coordenadas son rectangulares con graduaciones uniformes; la temperatura del aire (bulbo seco) en la abscisa Temperatura del punto de rocío (Tpr): es la temperatura a la cual ocurre condensación del vapor de agua, cuando el aire es enfriado a una humedad y a una presión atmosférica constante. Entalpía (E): es la cantidad de calor contenido en el aire húmedo por unidad de peso seco, a una cierta temperatura. Volumen específico (V): es el volumen de aire húmedo por unidad de peso de aire seco. Humedad relativa (HR): es la razón de presión de vapor (Pv) del vapor de agua en el aire y la presión de vapor de agua saturado (Pvs) a la misma temperatura y presión atmosférica. Húmedad absoluta (HA): es el peso de vapor de agua contenida en el aire húmedo por unidad de peso de aire seco. También es llamada razón de humedad o humedad especffica. (eje horizontal) y la humedad absoluta en la ordenada (eje vertical). Las líneas de humedad relativa entalpía, volumen específico, temperatura bulbo húmedo integran este diagrama. La Figura 1 muestra un esquema simplificado de la carta sicrométrica, cuyas variables están expresadas en unidades del sistema internacional. Para conocer todas las condiciones del aire ambiental mediante el uso de la carta sicrométrica, basta determinar dos variables por ejemplo: la temperatura de bulbo seco y la temperatura de bulbo húmedo que se miden con un sicrómetro (Fotos 1 y 2). El termómetro cuyo bulbo se cubre con una tela humedecida con agua, señala siempre una temperatura menor a la indicada por el termómetro de bulbo seco, excepto cuando el aire alcanza un nivel de saturación (100 por ciento de humedad) en que ambos marcan la misma temperatura. APLICACION Secado Un esquema de secador de granos de tipo camada fija o estacionaria (Figura 2) servirá para ilustrar las diferentes condiciones del aire. En ella se indican los puntos O, 1 y 2 que se explican a continuación. El punto O corresponde a la condición de aire ambiente antes de ser tomado por el ventilador e impulsario a través de un intercambiador de calor. IPA La Platina N 62 27

3 -k--+ l -/1-+ A-,,!/ I + -- "" I / o " o " ::- " : 1- o cc " ;; 1- cc "..: ce : " " º.,- º º., 8., o ~- ~ " "" o " :., ~ z " " _, ~- g Figura 1. Cana sicrométrica utilizada en acondicionamiento y almacenaje de granos para conocer el componamiento del aire. 28 IPA La Platina N 62

4 Salida aire de secado i i Masa de granos lntercambíador de cafor ~ A_iie ambiente Entrada aire de secado Figura 2. Secador de cama fija indicando Jos puntos en que es necesario conocer /as condiciones del aire: ambiente (O), de secado antes de entrar a la masa de granos (1) y a la salida (2). Foto 1. Sicrómetro de voleo. Mide la temperatura de bulbo húmedo y de bulbo seco. El punto 1 señala la situación después de haberle aplicado energía mediante un intercambiador de calor, para ser usado como aire de secado y antes de entrar a la masa de granos (plenum). El punto 3 se refiere a las condiciones del aire de secado después de haber pasado por la masa de granos. Foto 2. Sicrómetro con ventilación forzada a) vista lateral muestra una carta sicrométrica b) vista frontal, se observan /os termómetros de bulbo seco y bulbo húmedo. La condición del aire ambiente se valora, generalmente, determinando las temperaturas de bulbo húmedo y la de bulbo seco. Estos datos se localizan en el diagrama sicrométrico (Punto o Figura 1) para poder conocer las restantes propiedades. Por ejemplo, si un sicrómetro registra una temperatura de bulbo seco IPA La Platina N 62 de 20ºC y una de bulbo húmedo de 15ºC, en la carta se leerá lo siguiente: humedad relativa 60 por ciento, volumen específico 0,84 m /kg, humedad absoluta 8,6 g/kg y entalpía 42 kj/kg. Con estos antecedentes y una vez fijadas las condiciones de temperatura del aire para un proceso de secado se puede determinar, por ejemplo, los requerimientos de energía para calentar el aire. Para conocer las características del aire de secado se mide la temperatura con el termómetro de bulbo seco. Cuando la temperatura alcanza el nivel deseado (en este caso 45ºC) calentado en forma indirecta, la humedad absoluta se 29

5 mantiene constante. Así se ubica en la carta el punto 1 (Figura 1), obteniéndose las demás propiedades en la misma forma que en el punto O. Al calentar el aire disminuye su humedad relativa por lo tanto aumenta su capacidad para extraer humedad del grano. La condición del aire a la salida de la masa de grano será un indicador de la eficiencia con que se está conduciendo el proceso. La temperatura del aire caliente que entra a lamasa húmeda de granos no será igualaladesalida, puestoque parte del calor es utilizado en evaporar el agua del grano; derivando que el aire salga con menos temperatura y mayor humedad. El aire de salida estará más húmedo mientras mayor sea la humedad del grano y el tiempo de contacto que haya tenido con él y al comienzo del proceso las humedades relativa y absoluta serán mayores que al final. El grano alcanzará un contenido de humedad en equilibrio con las condiciones de temperatura y humedad del aire (ver artículo de humedad de equilibrio en este mismo número), situación que indica que el aire de secado no es capaz de extraer más humedad, por lo tanto es necesario detener el proceso. Sin embargo, en la práctica para detener el proceso de secado se mide el contenido de humedad del grano hasta obtener el deseado de acuerdo a su objetivo: cumplir con normas de comercialización o almacenamiento. Si se asume que el secado ocurre en forma adiabática, es decir, sin pérdida o ganancia de energía, entonces el aire de secado entrante tiene la misma energía (entalpia) que el aire de secado a la salida de la masa de granos. Así si la temperatura del bulbo seco a la salida es de 30ºC, desde el punto 1 de la carta se sigue una línea de entalpía constante y se encuentra el punto 2 que representa las condiciones del aire a la salida, el cual aumenta en términos de la humedad absoluta a 14,8 g de agua/kg de aire seco, debido al transporte de agua extraída de los granos. En el secado estacionario de granos, si no se toman medidas pertinentes previo y durante el proceso en lo que respecta a capacidad (altura de granos adecuadas) y manejo (mezcla de la cama de granos), las capas inferiores se sobresecarán y las capas superiores estarán más húmedas al final del proceso de secado. Almacenamiento Un silo proporciona un ambiente relativamente hermético, donde el espacio ocupado por aire en la masa de granos oscila entre 30 y 40 por ciento, por tanto, el grano influenciará las condiciones del aire que lo rodea y tendrá una humedad relativa de equilibrio en función de la humedad del grano. Suponiendo que en un silo con granos, cuya humedad es de 13 por ciento en equilibrio con una h"umedad relativa de 60 por ciento, se ha presentado un calentamiento residual desde el secado (ya sea por respiración de insectos o del grano o por conducción de la radiación solar a través de las paredes del silo) y el grano alcanza una temperatura de 30ºC, se ubica en la carta el punto 3. Considerando cambios ambientales que derivan en una disminución de la temperatura del aire a humedad absoluta constante, se puede llegar a un punto donde el agua pasará de fase vapor a fase líquida, alcanzando una temperatura de punto de rocío. En este ejemplo en que la temperatura es de 30ºC y la humedad relativa es de 60ºC el punto de rocío es de 21ºC (Punto 4). Este punto se ubica en la carta siguiendo la línea de humedad constante hasta la intersección con la humedad relativa de saturación (100 por ciento). Si las paredes del silo se enfrían por debajo de 21 ºC, se presentará condensación de agua en las paredes y zona superior del silo. El manejo de esta información sicrometría y humedad de equilibrio permite aplicar crite-rios correctos de manejo, como es el momento preciso de airear los granos IPA La Platina Nº 62