Enfriamiento – teoría

Hoy en día en la industria de piensos se usan tres tipos de enfriaderos: verticales, horizontales y de contraflujo. Cada uno tiene ventajas, pero no se debe olvidar que el funcionamiento de todos ellos se basa en la misma teoría.

Qué sucede paso a paso:

1. Cómo se enfrían los gránulos.
El enfriadero influye en los gránulos de dos modos; cuando entran dentro se reduce tanto su humedad como su temperatura, ambas en cantidades definidas. Una humedad y calor insuficientes en los gránulos perjudican el rendimiento del enfriadero. Los parámetros básicos que conciernen el proceso de granulación también se aplican al de enfriamiento, por eso si bajamos la temperatura de los gránulos hasta 20oF (11oC) hemos de esperar que la humedad disminuya un 1%. El enfriador es capaz de quitar del producto la mayor parte de la humedad y del calor añadidos durante el acondicionamiento y también el calor procedente del trabajo mecánico del motor principal.

a) En el acondicionador se condensa el vapor del producto, lo que produce un aumento de la humedad entre 3 - 5%. Durante la condensación del vapor también aumenta la temperatura. Después el producto pasa del acondicionador a la matriz, donde es granulado y donde también sube su temperatura, debido al trabajo mecánico ejercido en el proceso. Al salir de la prensa granuladora los gránulos están a una temperatura de entre 140-200oF (60-94oC) y por tanto necesitan ser enfriados y secados para que el producto final quede sólido.

b) La estructura del producto al salir del granulador es bastante fibrosa, lo que permite que la humedad entre gracias al efecto de capilaridad (higroscopicidad, by capillary action). Es el mismo efecto que vemos cuando secamos agua con un pañuelo de papel o cuando un papel secante absorbe tinta.

c) El enfriador está diseñado de tal modo que el aire proveniente del ambiente circule cerca de la superficie de los gránulos. Este aire no está saturado al 100% y por eso absorbe la humedad de la superficie del producto. La humedad se elimina en el proceso de evaporación (by the proces of evaporation) que implica también el enfriamiento de los gránulos.

d) El calor absorbido por el aire provoca el aumento de su temperatura, gracias a lo cual crece la capacidad de absorción del aire. El calor es importante además, porque ayuda a prevenir la condensación que podría producirse en el sistema neumático (air sytem) a causa de una humedad elevada. Por ejemplo, si el aire en el enfriador está a 70oF (20oC) y la humedad es de 85%, tras el contacto con el producto su temperatura alcanzará los 120oF (48oC) y su capacidad de transportar la humedad será cinco veces mayor que al principio. Siempre que en el enfriador es absorbida la humedad se establece un equilibrio calor – humedad.

e) Cuando el aire entra en contacto con la superficie de los gránulos, estos se encuentran en situación de desequilibrio. La humedad se concentra más en su interior que en la superficie. Por esta situación de desequilibrio los gránulos se comportan como un tapón (wick): la humedad se mueve con el calor a lo largo de su superficie y después puede ser absorbida por el aire de enfriamiento.

f) Este proceso dura hasta que la mayor parte de la humedad procedente del acondicionamiento se elimine junto con el calor. La humedad de los gránulos tras el enfriamiento suele ser igual o un poco más alta que la humedad del producto al entrar en el acondicionador. Esta humedad no puede descender más en condiciones normales en el proceso de enfriamiento. Cuando el aire que entra en el enfriador es muy seco se produce una situación excepcional, entonces los gránulos se secan más o se contraen (shrink). Pero esto es posible sólo bajo unas condiciones especiales en el ambiente y hay que tener presente que la contracción de gránulos no es deseable.
Otra posibilidad aparece si se ha añadido agua a la harina antes de haberla introducido en el acondicionador y no se dispone de una temperatura bastante alta para eliminar esta humedad. En tal caso los gránulos después del enfriamiento estarán muy húmedos.

g) El producto al salir del enfriador siempre tiene una temperatura más alta (5-8oC) que la temperatura del aire con el que ha sido enfriado, por ejemplo: si el aire al entrar en la máquina tiene 60oF (15oC), al sacarlos, los gránulos tendrán entre 70oF (20oC) y 75oF (24oC).

2. Temperatura de gránulos

Es evidente que cuanto más calor tienen los gránulos al entrar en el enfriador tanto más intensivo será el secado.
Gracias a una alta temperatura:

• los gránulos calientan el aire con lo que aumenta su capacidad de absorción (como ha sido explicado anteriormente)
• el calor en los gránulos aporta energía que ayuda a que la humedad se traslade rápidamente hacia la superficie de donde es fácil eliminarla.
• la humedad sale más fácilmente de una superficie caliente que de una superficie fría, debido a que en el primer caso la temperatura de la propia humedad es más alta.
  

Enfriador de contraflujo: datos técnicos

La cantidad del aire que se necesita para el enfriamiento varía en función del diámetro de los gránulos:

• gránulos de diámetro entre 2 y 4 = 1.2 m3/kg/h
• gránulos de diámetro entre 5 y 7= 1.4 m3/kg/h
• gránulos de diámetro entre 8 y 11 = 1.5 m3/kg/h
• gránulos de diámetro entre 12 y 16 = 1.6 m3/kg/h

El tiempo que los gránulos permanecen en el enfriador depende de su tamaño. En la práctica los gránulos con un diámetro, por ejemplo de entre 5 y 7mm, permanecen en el enfriador aproximadamente 15 minutos. Para el dimensionamiento del enfriador es muy importante que la velocidad del flujo de aire no supere 1 minuto por segundo para los gránulos pequeños, y 1.2 minuto por segundo para los grandes.