Guía para la utilización del simulador visual de secado FluX

GUIA PARA LA UTILIZACION DEL SIMULADOR VISUAL DE SECADO FluX.
(Versión para trigo pan)
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En que consiste el FluX
Los granos de cereal y las oleaginosas, suelen cosecharse con humedades mayores a las requeridas
para un almacenamiento seguro; de otra modo se deteriorarían rápido. La opción rápida y flexible es reducir
el exceso de humedad en equipos continuos de aire caliente, y el objetivo de un buen secado es hacerlo de
modo rápido, económico, seguro e inocuo, tanto respecto de la calidad del producto como del impacto
ambiental. Hasta el presente, no se disponía de una herramienta que permitiera relacionar la reducción de
humedad requerida con el tamaño y diseño del equipo necesario, y con su producción horaria. Este programa
ofrece esa vinculación, y contribuirá a mejorar el funcionamiento de las máquinas, a realizar mejores diseños
y propenderá a evitar sobresecados que se traducen en pérdida de valor comercial. Asimismo se podrán
buscar las condiciones operativas más apropiadas para el ahorro de combustible, la optimización del
rendimiento horario, y el mantenimiento de la calidad de los granos, lo que se traduce en beneficios
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económicos. Dados los volúmenes cosechados en la Argentina, las mejoras en el conocimiento de las
actividades postcosecha promueven ahorros que llegan a representar millones de dólares.
Destinatarios de este desarrollo
Fabricantes de secadoras
Siempre ha sido un problema indicar valores confiables del rendimiento en toneladas por hora de un
grano dado, en una máquina dada, trabajando en una condición operativa fija. Esto podría surgir de ensayos
físicos, trabajando en condiciones normalizadas, pero cuesta mucho tiempo y dinero, puesto que se debe usar
una secadora de escala comercial, con mucha cantidad de grano preparado con días de antelación, trabajando
luego durante largas horas sensando numerosas variables, lograr estados estables de operación, y sin la
certeza de que los resultados serán confiables por la variación de las condiciones atmosféricas y la falta de
exactitud de los sensores y medidas durante el ensayo.
El FluX estima la producción, y otros parámetros asociados como el consumo de energía, para un
amplio rango de condiciones operativas. Y lo hace para otro amplio rango de medidas de la secadora. Los
resultados de estos Ensayos Virtuales, obtenidos inmediatamente y graficados automáticamente, evaluando
condiciones inexploradas en la práctica, le permiten al fabricante reducir grandemente sus tiempos y gastos
de desarrollo. Así, deberá confirmar solamente las prestaciones pronosticadas para los casos más
promisorios. El FluX, provee, además, el efecto esperado de las condiciones operativas en la calidad, la
potencia de ventilación, y la temperatura media de salida de los granos, de mucha importancia para decidir
enfriar o no los granos a posteriori. Los fabricantes podrán utilizar el FluX como asistente en la toma de
decisión a efectos de diseñar más que la ingeniería básica de su secadora.
Acopios y plantas procesadoras
Los operadores de los acopios y plantas procesadoras podrán utilizar el FluX con las dimensiones de
una máquina existente, para pronosticar como cambian los rendimientos, consumos de energía ( y sus
costos), y el efecto en la calidad, ante cambios en las condiciones de operación. De esta manera podrán elegir
una condición que les resulte apta para el uso final considerado para el producto. Y podrán hallar respuestas a
problemas prácticos comunes como son estimar el cambio de rendimiento horario, y la nueva temperatura de
secado estimada para mantener la calidad cuando cambia la humedad de entrada de los granos. Esto es
posible debido a que el programa tiene en cuenta el cambio de la sensibilidad térmica de los granos al
cambiar la humedad de ingreso.
Organismos vinculados a la certificación de calidad
El FluX brinda la posibilidad de evaluar el efecto de distintas condiciones de trabajo en un índice de
calidad fundamental como el poder germinativo. Es conocido que los cambios en el poder germinativo están
relacionados con los cambios en el volumen de pan producido con el trigo secado, y el poder germinativo
tiene la ventaja de actuar como trazador, puesto que sus cambios son algo más sensibles. Así, los resultados
proporcionados con el FluX pueden servir de base para establecer condiciones de operación sugeridas que
permitan mantener el valor del trigo en la cadena agroalimentaria.
Entidades de normalización
El FluX puede usarse para asistir en la predicción de resultados que promuevan intercambios de ideas
respecto de normalización de secadoras, y de sus procedimientos de ensayo. Existen nuevos temas sobre los
que se han realizado progresos, como son la relación entre condiciones operativas y calidad de grano, uso de
combustible, ahorro de energía e impacto ambiental (generación de polvo, contaminación acústica).
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Otros puntos de importancia surgen de la necesidad de reconocer los avances en computación y la
actual disponibilidad de instrumentación electrónica para la medición de variables del proceso de secado..
En la comercialización de granos
El FluX permte progresar sobre las bases de discusión respecto de los posibles cambios en la calidad
panadera de los granos secados-cuya evaluación no se solicita en la Norma de Calidad para la
Comercialización de Trigo Pan(Res. SAGPyA 557/97) y para la que todavía no se dispone de un método
rápido de evaluación totalmente confiable. El FluX predice cambios en el poder germinativo ante el secado
realizado, y esto, se ha comprobado que presenta una relación con el cambio de volumen de pan respecto de
aquél realizado con el mismo trigo secado por oreo.
Investigación, docencia de posgrado, de grado y capacitación técnica
El FluX puede ser utilizado en todas estas instancias de lo que hoy es reconocido como "Educación
Continua", puesto que permite rápidamente ingresar datos y relacionar los cambios en los datos con los
cambios en los resultados. El análisis de las curvas de secado, de calentamiento-enfriamiento de los granos, y
su efecto en la calidad, permitirá obtener importantes mejoras en el entendimiento del complejo fenómeno de
secado, acentuando un aspecto que es de vital importancia reconocido hoy en día para el aprendizaje: la
interactividad con el objeto o tema en estudio. La utilización del FluX como herramienta docente proyectada
por computadora mientras se lo utiliza, permitirá dar otro dinamismo a las clases de secado de granos y
alimentos, normalmente demandantes de alta concentración al estar dividido el aspecto teórico dificultoso de
la transferencia simultánea de calor y materia, de la visualización de los resultados. El FluX actúa de hecho
como un laboratorio virtual de secado, y eso permite realizar numerosos "experimentos" en muy corto
tiempo. Puede ser empleado en laboratorios públicos y privados en investigación, desarrollo y certificación
de calidad, universidades públicas y privadas en grado y posgrado, institutos de investigación, escuelas
técnicas, y escuelas de recibidores de granos, donde su empleo puede ser muy apreciado.
Como surge el FluX
El programa ha sido desarrollado extendiendo los resultados de un trabajo de Tesis Doctoral en
Ingeniería (Ref. Ingeniería Química)-UNLP, desarrollado en el CIDCA-UNLP-CONICET, por el Dr. Sergio
A. Giner, en el modelado y la simulación de la transferencia de calor y materia en secadoras continuas de
trigo de columna . El mismo también puede aplicarse a secadoras por transporte horizontal en cintas
perforadas, con circulación de aire a través del lecho de producto. Ambos tipos de equipo presentan flujos
perpendiculares de aire y granos, esto es flujos cruzados. El programa original (escrito en Fortran) ha sido
reprogramado en un lenguaje visual orientado a objetos (Delphi), y dotado de las capacidades gráficas que lo
vuelven interactivo. En esta etapa el trabajo se desarrolló con el Sr. César A. Estrebou, estudiante de la
Licenciatura en Informática-UNLP.
Las investigaciones realizadas para producir el programa tomaron más de una década, y ha habido
numerosas personas que de una u otra manera influyeron positivamente en su desarrollo. Las mismas están
citadas en los Agradecimientos de la Tesis Doctoral indicada. Por tal motivo, se desea agradecer aquí al Ing.
Armando De Giusti y la Lic. Laura Lanzarini, del LIDI-UNLP-CONICET, por el respaldo brindado al
comenzar la etapa de transformación del programa en lenguaje visual. El programa se halla protegido por
leyes de derecho de autor desde julio de 2002, en tramitaciones realizadas a través de la Dirección de
Propiedad Intelectual de la UNLP
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Guía de uso
El programa se ejecuta haciendo doble click con el ratón sobre su ícono. Aparecerá una pantalla con
una carátula indicando los autores y las instituciones a las que pertenecen
Oprimiendo la barra espaciadora, en la imagen inicial del programa, o bien haciendo click con el ratón, se
obtendrá un cuadro de diálogo de los datos de entrada. Allí, veremos datos en tres niveles:
Entrada de datos
-1) Datos necesarios del sólido a secar (trigo, actualmente)
-2) Datos del agente gaseoso de secado y enfriamiento (normalmente aire)
-3) Datos de las dimensiones del equipo
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Los datos de 1) son la humedad a la que ingresa, el valor deseado a la salida del enfriamiento, la temperatura
de entrada, y un parámetro inicial de calidad (actualmente, poder germinativo)
Los datos 2) son: la temperatura del aire en secado, en enfriamiento, los flujos en cada parte, la humedad
relativa ambiente (u otro parámetro psicrométrico), y la presión barométrica.
Los datos 3) son los espesores de capa de producto en secado y enfriamiento, y la extensión de las áreas
transversales al paso del aire en cada etapa, más el número de columnas de la secadora. Si en este caso se
usa una columna, se multiplica el resultado obtenido de rendimiento en toneladas por hora (t/h) por el
número de columnas. Es necesario dar una estimación inicial de la cantidad de toneladas por hora que el
equipo puede dar.
Ejecución del programa
Una vez dados estos datos, el programa se ejecuta oprimiento el boton "Iniciar Proceso". El programa puede
llegar a simular varias veces la condición hasta detenerse pues calcula hasta que los resultados convergen a
un valor estable. Este proceso es muy rápido con las computadoras actuales y, permite, en el extremo
superior izquierdo de la pantalla, activar la solapa "Gráficos" para visualizar el producido de esta ejecución.
En la parte inferior de la nueva pantalla generada, se observarán cinco solapas:
Salidas Gráficas del programa ejecutado
- Humedad, Temperatura, Germinación, Comportamiento, Datos de Entrada.
Datos de Entrada
Verá los datos ingresados, cada uno graficado en forma de barras horizontales violetas, respecto de
unas barras verdes, siempre guardadas por el programa, de una condición de referencia (que no es
necesariamente una condición óptima) elegida para secar los granos. Allí se podrá ver la diferencia entre el
juego de datos ingresados en la simulación y el de referencia (en este caso, sólo la temperatura del aire de
secado es diferente). Se observa, asimismo, un esquema de los lechos de secado y enfriamiento,
proporcionados en espesor (dimensión horizontal), y área (en relación a la dimensión vertical). De esta
forma, se tiene siempre a la vista una representación del diseño que se está simulando.
La versión disponible sólo puede ejecutarse con los datos en la condición de las barras color violeta, que es distinta a la
condición de referencia (barras verdes). Se trata de una versión de demostración (Demo), que retiene todas las otras funciones habilitadas
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Comportamiento
Allí encontrará un esquema similar de barras pero ahora para los resultados globales más característicos del
programa, los parámetros de comportamiento más usuales (barras violeta) comparados con los resultados del
comportamiento en condición de referencia (verdes).
Así, saltando de la solapa de Datos de Entrada a la de Comportamiento se podrá observar rápidamente la
manera en que los cambios en los datos afectaron los resultados.
Humedad, Temperatura y Germinación
Para los sólidos, las curvas detalladas de humedad, temperatura y poder germinativo, correspondientes al
juego de datos de barras de color violeta en gráfico activado por solapa "datos de entrada", se muestran en las
solapas correspondientes. En cada uno de estos gráficos, se muestran curvas para cinco posiciones en el
espesor del de la columna: cara donde incide el aire (primera capa), 25% del espesor del lecho (1/4 Z max),
50% (1/2), 75% (3/4) y en la posición de salida del aire (última capa). La visualización de estas gráficas
permite tomar decisiones respecto de como cambiar los datos, para acercarse a la condición de salida deseada
con las medidas intactas (caso de máquina existente), o bien cómo cambiar las medidas para obtener
prestaciones más cercanas a lo deseado (diseño). Obsérvese que los colores de las capas de la representación
gráfica del objeto simulado son congruentes con los de sus curvas de humedad, temperatura y poder
germinativo. En cada gráfico, las curvas de tono negro indican la evolución del valor medio a medida que
avanzan los granos por la secadora.
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Guardado de los
resultados
Cada gráfico
mencionado,
puede
guardarse, por
ejemplo en
formato bmp,
con "Guardar
Gráfico", o
imprimirse
directamente en
papel.
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Asimismo, los archivos con los resultados usados para generar los gráficos se hallan en la solapa "archivos".
Como ejemplo, se muestra a continuación el archivo de resultados, correspondiente al gráfico de humedad
que se ha visto en la página anterior, y que puede guardarse en el formato txt, para exportarlo a planillas de
cálculo u otras aplicaciones.
Comentarios finales
Teniendo en cuenta que el consumo de energía en el secado de granos suele ser mayor, a menudo, que la
suma de los consumos en la preparación del terreno, sembrado y manejo del cultivo, cosecha y transporte,
resulta claro que todo esfuerzo tendiente a mejorar el conocimiento del manejo de las secadoras resulta
trascendente desde el punto de vista económico y ambiental. Asimismo, la actual tendencia hacia una
producción argentina de trigo que diferencie los granos por calidad, requerirá una mayor atención del
mantenimiento de la misma durante toda la cadena agroalimentaria. La utilización del programa FluX es
funcional a ambos propósitos.
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La Plata, 22 de noviembre de 2002.
Dr. Sergio A. Giner
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