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La operación de trilla o desgrane consiste en separar los granos, o las vainas en el caso del man[, de la parte de la planta que los sustenta.
Esta separación, efectuada manualmente o con ayuda de una máquina, se consigue batiendo, frotando o sacudiendo los productos; su mayor o menor dificultad depende de las variedades cultivadas, del contenido de humedad y del grado de madurez de los granos.
Las operaciones de trilla o de desgrane se realizan después de la recolección y, en su caso, del presecado de los productos.
Estas operaciones se realizan generalmente en el campo o granja, a mano, con ayuda de animales o por medio de sistemas mecánicos.
Según la influencia de los factores agronómicos, económicos y sociales, se procede a la trilla o al desgrane de diferentes maneras:
Como hemos indicado ya, las operaciones de recolección y de trilla o desgrane pueden realizarse también simultáneamente, por medio de cosechadoras o de recolectoresdesgranadores.
Cualquiera que sea el sistema adoptado, es muy importante que las operaciones de trilla o desgrane se realicen con cuidado. De lo contrario, estas operaciones pueden causar la rotura de los granos o de sus envoltorios protectores, con el consiguiente descenso de la calidad del producto y el riesgo de pérdidas ulteriores por acción de insectos y mohos.
El transporte del producto desde los lugares de recolección hasta los de trilla o desgrane debe realizarse asimismo con un cuidado especial, pues puede dar lugar a pérdidas importantes.
Trilla a mano
Uno de los sistemas de trilla más sencillos consiste en tomar la gavilla de arroz con las manos y golpear las panículas contra una superficie dura.
Otro método de trilla del arroz frecuentemente empleado consiste en pisotear las panículas.
La trilla del arroz, así como la del sorgo. de los frijoles y del maní, puede realizarse disponiendo las gavillas sobre una era o lugar de trilla y golpeándolas con un mayal o un bastón.
Las eras sobre las que se extienden las gavillas para la trilla deben presentar un suelo duro y limpio.
Se calcula que, con uno de estos métodos de trilla a mano, un trabajador puede obtener de 15 a 40 kilogramos de producto por hora.
Desgrane a mano
Respecto al maíz, el sistema tradicional más sencillo de desgrane consiste en ejercer una presión con los pulgares sobre los granos para conseguir que se desprendan del carozo.
Otro método de desgrane igualmente sencillo y frecuente consiste en frotar dos mazorcas una contra otra.
La adopción de estos métodos requiere, no obstante, una mano de obra abundante. Se calcula que un operario sólo puede desgranar a mano unos pocos kilogramos de maíz por hora.
Especialmente en el caso del maíz, pero también del girasol, las operaciones de desgrane pueden realizarse con mayor eficacia golpeando con un palo un saco lleno de mazorcas o cabezuelas.
También es posible desgranar el maíz y el girasol frotando las mazorcas o las cabezuelas contra una superficie rugosa.
Para el desgrane a mano del maíz se utilizan a veces pequeños instrumentos, fabricados a menudo por artesanos locales.
Se calcula que con ayuda de estos instrumentos un operario puede llegar a desgranar de 8 a 15 kg de maíz por hora.
Trilla con animales o con vehículos
Si se dispone de animales de tiro y las cantidades de arroz son importantes, la trilla puede consistir en hacer marchar a los animales (uncidos, en su caso, a dispositivos de trilla) sobre una capa de manolos de mieses de unos 30 cm.
Esta modalidad tradicional de trilla en la era puede hacerse también con ayuda de vehículos.
Hay que señalar que este método de trilla del arroz se sigue en ciertos países de Asia, que utilizan para ello el tractor.
Este método es análogo al de la trilla con ayuda de animales, sustituyendo el tractor a los animales de tiro.
Se obtiene el arroz cáscara haciendo pasar dos veces el tractor sobre las gavillas de arroz dispuestas en capas en una era de trilla circular de 15 a 18 m de diámetro. Entre las dos pasadas del tractor hay que voltear las gavillas.
Si las operaciones se realizan alternativamente en dos eras contiguas, se pueden obtener rendimientos del orden de 640 kg/h.
Trilla con máquinas accionadas manualmente
Para elevar el rendimiento y las condiciones de trabajo en la trilla, se emplean a menudo máquinas accionadas por un dispositivo mecánico manual o de pedal.
Accionando la manivela o el pedal se hace girar un gran tambor en el que se han fijado ganchos metálicos o dientes.
Teniendo las gavillas en la mano y apoyando las panículas contra el tambor giratorio se obtiene la trilla del arroz.
Hay que mantener la velocidad de rotación del tambor de trilla en torno a 300 vueltas por minuto.
Las gavillas mantenidas en la mano deben ser de la misma longitud, las panículas han de estar todas dispuestas en el mismo sentido y los granos deben estar maduros y secos.
Hay que alimentar la máquina de manera continua y regular, sin introducir cantidades excesivas de producto.
Cuando el arroz obtenido contiene una cantidad demasiado elevada de panículas no trilladas y de residuos vegetales, hay que proceder a un complemento de trilla y a una limpieza eficaz del producto.
La trilla mediante estas máquinas puede requerir la intervención de dos o tres operarios.
Los rendimientos, si bien son función del tipo de máquina, de la habilidad de los operarios y de la organización del trabajo, pueden estimarse en un máximo de 100 kg/h.
Desgrane del maíz con máquinas accionadas manualmente
Las desgranadoras manuales, relativamente difundidas y a veces construidas por artesanos locales, permiten un desgrane más fácil y más rápido de las mazorcas.
Existen varios modelos de estas desgranadoras; algunas de ellas pueden recibir un motor, pero generalmente son accionadas mediante una manivela o un dispositivo de pedal.
Las operaciones de desgrane mediante desgranadoras manuales no requieren en general sino un solo operario.
Con rendimientos que oscilan entre 14 y 100 kg/h, se adaptan bien a las exigencias de una producción en pequeña escala.
Trilla o desgrane con máquinas de motor
Cuando se describen las operaciones de trilla o desgrane mediante máquinas de motor, se habla principalmente de trilladoras de motor.
Aun cuando estén siendo sustituidas paulatinamente por las cosechadoras, estas máquinas ocupan todavía un lugar importante en el marco de los procesos productivos poscosecha, sobre todo gracias a su polivalencia.
En efecto, la simple sustitución de algunos accesorios y unos ajustes adecuados permiten a menudo a estas máquinas tratar diferentes categorías de granos (por ejemplo: arroz, maíz, sorgo, frijoles, girasol, trigo, soja, etc.).
Provistas de un tambor de trilla giratorio (con palas o con dientes) y de un elemento fijo contra el que se frota la mies, estas máquinas están a menudo equipadas con dispositivos de sacudida de la paja, de limpieza y de ensacado del grano.
Movidas por un motor o conectadas a un tractor, estas trilladoras se montan a menudo sobre ruedas con neumáticos, para su fácil transporte al campo.
La trilla con una trilladora de motor puede requerir la intervención de dos o tres operarios.
Los rendimientos dependen del tipo de máquina, de la naturaleza y del grado de madurez de los granos, de la habilidad de los operarios y de la organización del trabajo, y pueden oscilar entre 100 y 5 000 kg/h.
A titulo puramente indicativo, en el siguiente cuadro se presentan las principales características técnicas de la trilladora de motor polivalente BAMBA (Bourgoin-Francia).
| CARACTERISTICAS | GRANOS | |||
MAIZ |
ARROZ |
SORGO |
FRIJOLES |
|
| Velocidad de trilla (vueltas /minuto) | 800 |
800 |
1 200 |
600 |
| Rendimiento (kg/h) | de 1 500 a 2000 |
de 450 a 600 |
de 450 a 600 |
de 450 a 600 |
Después de la trilla, los granos tienen casi siempre un contenido de humedad superior al que se requiere para una buena conservación (13 a 14%).
Por "secado" se entiende la fase del sistema de operaciones poscosecha durante la cual el producto se deshidrata rápidamente hasta una tasa de humedad llamada "de seguridad".
Esta desecación tiene por objeto reducir suficientemente el contenido de humedad de los granos para garantizar condiciones favorables de almacenamiento o de transformación ulterior del producto.
El secado permite reducir las pérdidas debidas a fenómenos que pueden producirse durante el almacenamiento de los productos, a saber:
El contenido de humedad de un producto es un valor numérico expresado en porcentaje.
Este valor se determina por la relación entre el peso del agua contenida en una muestra determinada de granos y el peso total de la muestra:
En donde:
H% es el contenido de humedad de la muestra (en %);
Pa es el peso del agua de la muestra (en kg);
Pms es el peso de materia seca de la muestra (en kg).
Por consiguiente, decir que la humedad del arroz es del 25% significa que en una muestra de 100 g de producto bruto hay 25 g de agua y 75 g de materia seca.
Los granos son "higroscópicos", es decir que pueden ceder agua al aire ambiente en forma de vapor, o absorberla.
A una temperatura determinada, sin embargo, el aire no puede absorber cantidades ilimitadas de vapor de agua.
Se dice que el aire está "saturado" cuando, no pudiendo absorber ya más vapor de agua a una temperatura determinada, tiene una humedad relativa del 100%.
La humedad relativa del aire, expresada en porcentaje, se define como la relación entre el peso del vapor de agua contenido en 1 kg de aire y el peso del vapor de agua contenido en 1 kg de aire saturado, a una temperatura determinada:
En donde H.R.% es la humedad relativa del aire (en %).
El siguiente cuadro indica los pesos máximos de vapor de agua contenido en 1 kg de aire.
| Temperatura del aire | 0°C | 10°C | 20°C | 30°C | 40°C |
| Peso máximo del vapor de agua (en g) | 3,9 | 7,9 | 15,2 | 28,1 | 50,6 |
| Temperatura del aire | 50°C | 60°C | 70°C | 80°C | 90°C |
| Peso máximo del vapor de agua (en g) | 89,5 | 158,5 | 289,7 | 580,0 | 1559 |
Un aire que contiene una cierta cantidad de vapor de agua tiende a saturarse si se enfria.
En cambio, si se quiere aumentar el "poder secante" de ese aire (es decir su capacidad para absorber más vapor de agua), es preciso calentarlo.
Por ejemplo, un aire que contiene 15,2 g de vapor de agua por kilogramo tiene una humedad relativa de:
Para una cierta categoría de productos y para una temperatura determinada, la condición de equilibrio en el intercambio de vapor de agua entre los granos y el aire está representada por la llamada "curva de equilibrio higroscópico".
Esta curva indica, a una temperatura determinada, las condiciones de equilibrio entre el contenido de humedad de los granos (H %) y la humedad relativa del aire (H.R. %).
El siguiente gráfico presenta las curvas de equilibrio aire-maíz en tres temperaturas (15°C, 20°C y 35°C).
Es fácil observar que:
Así pues, se puede realizar el secado de los productos haciendo circular aire más o menos caliente a través de una masa de granos.
En su movimiento, el aire cede calor a los granos, absorbiendo la humedad de las capas más superficiales.
Esquema de los intercambios de humedad entre aire y granos.
Desde el punto de vista físico, el intercambio de calor y de humedad entre el aire y el producto que se seca se traduce en los fenómenos siguientes:
Pero este proceso no tiene lugar de manera uniforme.
En efecto, el agua presente en las capas superficiales de los granos se evapora mucho más fácilmente y con más rapidez que la de las capas internas.
Es mucho más difícil, por consiguiente, rebajar el contenido de humedad de un producto del 25 % al 15% que del 35% al 25%.
Sería erróneo pensar que se puede superar esta dificultad procediendo a un secado rápido a temperatura elevada.
En efecto, tales condiciones de secado engendran tensiones internas, produciendo pequeñas fisuras que pueden conducir a una rotura de los granos durante los tratamientos ulteriores.
Para el secado de los granos, los métodos empleados son sustancialmente dos:
Uno y otro método presentan ventajas e inconvenientes, y no existe ningún método ideal que permita satisfacer todas las necesidades.
El método de secado natural, con el que se relacionan igualmente las técnicas ilustradas en el capitulo dedicado a las operaciones de presecado, consiste esencialmente en exponer al aire (al sol o a la sombra) los productos trillados.
Para obtener el contenido de humedad deseado, se extienden los granos en capas finas sobre una superficie de secado, donde se exponen al aire (al sol o a la sombra) durante un máximo de 10 a 15 días.
Para favorecer un secado uniforme, hay que remover frecuentemente los granos, sobre todo si están expuestos directamente a los rayos solares.
Además, para que el secado sea eficaz, la humedad relativa del aire ambiente no debe superar el 70%.
A este respecto, hay que evitar la exposición nocturna de los granos.
En efecto, el frío de la noche, con el consiguiente aumento de la humedad relativa del aire, favorece la rehumectación de los granos.
Por las mismas razones, este método no se aconseja en regiones húmedas, o durante la estación lluviosa.
Recordemos que un secado insuficiente o excesivamente lento puede acarrear, durante el almacenamiento, pérdidas importantes del producto por calentamiento de los granos.
Por último, la exposición prolongada de los granos a los agentes atmosféricos y por consiguiente a la acción de animales dañinos (insectos, roedores, aves) y de microorganismos (moho) puede causar también pérdidas del producto.
Pese a estos inconvenientes, es conveniente proceder al secado natural en los contextos siguientes:
La introducción de variedades de cultivos de alto rendimiento y la mecanización progresiva de la agricultura permiten hoy recoger en poco tiempo grandes cantidades de granos con fuerte contenido de humedad.
En las zonas tropicales y subtropicales húmedas, habida cuenta de las condiciones climáticas desfavorables en el momento de la recolección, es muchas veces difícil proteger la calidad de los productos.
Para que se puedan aumentar las producciones agrícolas es pues necesario hacer secar los productos en plazos relativamente breves, y cualesquiera que sean las condiciones ambientales. Por consiguiente, hay que recurrir al secado artificial de los productos.
Este método consiste esencialmente en someter los granos a una ventilación dirigida de aire más o menos caliente. Para ello se emplean aparatos especiales llamados "secadores".
Secado artificial y secadores
Desde el punto de vista de la construcción, los elementos esenciales de un secador son:
Para el secado artificial del grano, se utilizan dos tipos de secadores:
Los primeros no son caros pero no pueden tratar sino cantidades modestas de producto; por ello son más adecuados para las necesidades de centros pequeños y medianos de recolección y transformación de los productos.
En cuanto a los segundos, se trata de secadores de gran capacidad que requieren infraestructuras más complejas, un material complementario y, sobre todo, una planificación y una organización particulares. Son pues más propios de centros, silos o almacenes grandes, que operen con cantidades muy considerables de productos.
Secado y secadores estáticos
Una espesa capa de granos es atravesada por una corriente de aire caliente que se desplaza de abajo arriba.
El secado de la masa de granos no se realiza de manera uniforme: a medida que se desplaza de abajo arriba, el aire cede calor a los granos y absorbe humedad de éstos, perdiendo así su "poder secante". Las capas inferiores se secarán pues más rápidamente que las superiores.
Durante el proceso de secado, la masa de los granos se encuentra as' dividida en tres zonas:
El limité imaginario que separa la zona de granos secos de la zona de secado se llama "frente de secado".
En su lento desplazamiento hacia arriba, el frente de secado separa los granos ya secos de aquellos que están en proceso de secado o que esperan su turno.
La velocidad de desplazamiento del frente de secado depende de las características del aire en circulación (temperatura, humedad relativa) y de la masa de granos con que se opera (tipo, contenido de humedad, espesor de la capa).
Una vez terminado el secado, los granos de las capas inferiores estarán de todos modos más secos que los de las superiores.
Para mantener esta diferencia de contenido de humedad dentro de limites aceptables, es importante que la temperatura y e] caudal del aire caliente utilizado sean adecuados.
A tituló indicativo, digamos que a una temperatura elevada debe corresponder un caudal de aire más importante.
Para reducir el riesgo de heterogeneidad del contenido de humedad, y también para limitar los costos de la operación, hay que evitar el secado prolongado de capas demasiado gruesas de granos.
Para que el contenido de humedad de los granos sea más homogéneo se puede proceder, después del secado con aire caliente, a una ventilación con aire a temperatura ambiente.
La construcción y el empleo de los diferentes tipos de secadores de cajones y de secadores de ventilación radial se basan en estos principios de funcionamiento y en estas precauciones.
Para reducir todavía más la diferencia de contenido de humedad de los granos, ciertos secadores están equipados con dispositivos especiales para remover los granos durante el secado.
En este principio se basan, por ejemplo, los secadores circulares, los secadores "in bin drying" (de secado en el silo) y los secadores de lotes sucesivos.
Secado y secadores continuos
Se hace pasar en una capa fina un flujo continuo de granos por un conducto atravesado por una corriente de aire muy caliente. Al avanzar, la masa de granos es removida constantemente.
La masa de granos seca presenta en este caso un contenido de humedad bastante uniforme.
La temperatura del aire secador debe mantenerse dentro de ciertos limites para no alterar las
cualidades alimentarias y las propiedades germinativas de los granos (tal temperatura es la del aire de secado y no la de los granos, ya que los granos no permanecen bastante tiempo en la corriente de aire muy caliente para alcanzar temperaturas muy elevadas).
Es en la fase final del secado, en la cual es preciso extraer la humedad más interna, cuando existe el riesgo de un breve calentamiento excesivo de los granos.
Hay que recordar de todos modos que tanto un secado rápido a alta temperatura como un enfriamiento brusco pueden provocar el agrietamiento y la rotura de los granos en la fase de elaboración.
Para paliar estos inconvenientes se efectúan a veces las operaciones de secado sometiendo rápidamente los granos, repetidamente, a la corriente de aire muy caliente.
Entre dos pasos de aire caliente, se dejan los granos varias horas en reposo, para homogeneizar el contenido de humedad de la masa de granos.
Otro sistema adoptado para reducir los riesgos de roturas consiste en someter los granos al aire caliente secador hasta que su contenido de humedad sea ligeramente superior al deseado (un exceso del 2% al 3%), dejándolos después durante varias horas en reposo para someterlos después a una ventilación con aire ambiente.
La construcción y el empleo de los diversos tipos de secadores continuos verticales (de columnas, de persianas, de tabiques) y horizontales o inclinados (de desplazamiento del grano mediante paletas, de plano transportador, en cascada, móviles) se basan en estos principios de funcionamiento y en estas precauciones.
Principales características técnicas de los secadores
La selección más correcta y la utilización óptima de un secador dependen de la correspondencia entre ciertas características técnicas de los aparatos y las necesidades de la producción local.
Las principales características técnicas de los secadores son las siguientes:
Potencia evaporadora
Para definir el tipo de secador que se precisa, hay que determinar ante todo el valor de la cantidad de agua por hora que se quiere eliminar mediante el secado.
Ese valor expresa de manera completa las necesidades locales de secado de los productos, y puede deducirse del análisis de los datos de producción anuales y estacionales.
La característica técnica que pone de manifiesto la efectividad de un secador es su "potencia evaporadora".
La potencia evaporadora indica la cantidad de agua de la masa del producto tratado que un secador es capaz de hacer evaporar en una hora. Su unidad de medida es el kilogramo de agua evaporada por hora (kg de agua/h).
Sin embargo, no todos los constructores indican de manera explícita en su documentación comercial la potencia evaporadora, pese a que es la única característica que puede hacer comprender la efectividad real de su secador.
En efecto, si se conoce la potencia evaporadora y la cantidad de agua que hay que eliminar por quintal de producto, se puede calcular el "rendimiento del secador", es decir la cantidad de producto secado en una hora.
La unidad de medida del rendimiento del secador es el quintal de producto (húmedo o seco) por hora (q/h de producto).
Muchos constructores, en lugar de la potencia evaporadora, suelen indicar "el rendimiento del secador" como característica de los aparatos.
Esta indicación sólo es justa si se precisa con qué humedad inicial y final del producto se ha calculado ese valor, y si se expresa respecto al producto húmedo o seco.
Otros constructores tienen igualmente la costumbre de dar la potencia evaporadora, o más bien la "capacidad de evaporación" de un secador, en "puntos/hora", entendiéndose por "punto" la cantidad de agua eliminada cuando la humedad de un quintal de producto baja en un 1%.
Gracias a esta noción de "punto" de humedad, se pretende reducir el cálculo del "rendimiento del secador" a una simple relación entre la capacidad de evaporación y la diferencia entre la humedad inicial del producto y la humedad final, después del secado.
Debe observarse sin embargo que para una misma cantidad unitaria de producto húmedo, a un "punto" de humedad pueden corresponder cantidades variables de agua eliminada, según la humedad final que se quiera obtener.
Es pues muy importante, para hacer comprender la efectividad real del aparato, que los constructores precisen a qué humedad final del producto se refiere el valor, expresado en puntos/hora, de la capacidad de evaporación del secador.
Caudal de renovación de aire
El "caudal de renovación de aire" de un secador, o "caudal específico", indica la cantidad de aire que atraviesa, en una hora, un metro cúbico de producto. Su unidad de medida es el metro cúbico de aire por hora por metro cúbico de producto (m3/h/m3).
Esta característica, estrechamente vinculada a la potencia evaporadora, depende esencialmente de la potencia del dispositivo de ventilación y del espesor de la capa de granos con que se opera.
Unos valores elevados del caudal de renovación de aire (6 000 a 8 000 m3/h/m3) permiten reducir la duración del secado.
En estas condiciones se puede conseguir un aumento del rendimiento del secador, pero con una correspondiente elevación del consumo de energía y, sobre todo, con riesgos mayores de grietas y roturas de los granos a causa del secado rápido de los productos.
En cambio, unos valores más modestos (2000 a 4000 m3/h/m3) permiten un mejor secado de los productos pero reducen el rendimiento del secador.
Hay que escoger pues el caudal de renovación de aire de un secador buscando el mejor equilibrio posible entre estos factores y las condiciones locales de producción.
Consumo térmico específico
El "consumo térmico especifico" de un secador indica la cantidad de calor necesaria para eliminar un kilogramo de agua de la masa del producto tratado.
Esta cantidad de calor comprende evidentemente a la vez el calor utilizado para calentar (secador, producto) y hacer evaporar el agua y el calor que se dispersa en parte en el aire ambiente.
La unidad de medida del consumo térmico especifico es la militermia por kilogramo de agua evaporada (mta/kg de agua evaporada).
Los secadores de tipo discontinuo tienen en general valores de consumo térmico superiores a 1 500 mta/kg de agua evaporada.
Por su parte, los secadores de tipo continuo tienen un valor de consumo térmico comprendido entre 850 y 1200 mta/kg.
Debe pedirse siempre a los constructores de secadores que indiquen explícitamente el valor de consumo térmico.
Como hemos visto, el secado natural es lento y presenta riesgos importantes de pérdida de producto.
En cambio, el secado artificial es más bien costoso (compra de secadores, empleo de combustibles a menudo derivados del petróleo, etc.).
Para encontrar una solución intermedia que pueda satisfacer las necesidades de pequeñas comunidades rurales, sobre todo en las regiones tropicales húmedas, en los primeros años setenta se emprendieron una serie de experimentos con miras tanto al mejoramiento de los métodos tradicionales de secado natural como al control de la validez de soluciones tecnológicas que dan preferencia al sol como fuente de energía alternativa.
Tales experimentos no sólo han desarrollado el conocimiento de los procedimientos de desecación, sino que han conducido también a la construcción de numerosos prototipos de secadores solares.
Por medio de estos aparatos, se obtiene el secado de los productos:
Sin embargo, unos costos de fabricación relativamente elevados, una duración relativamente corta y unos resultados variables han limitado hasta ahora la adopción de los secadores solares, en especial para el secado de granos.
Esquema de un secador solar: 1 Panel solar; 2 Aire caliente y seco; 3 Granos en proceso de ecado.
