Meccanizzazione agraria

ESSICAZIONE

Il metodo di conservazione più comune ed utilizzato è l’essiccazione, impiegato su derrate alimentari per garantire

un consumo differito dei prodotti. Nelle nostre regioni assume importanza fondamentale per la conservazione della

granella. L’essiccazione mira a ridurre il contenuto di acqua libera presente nella matrice del prodotto, in modo da

renderlo inattaccabile dall’attività biologica svolta da microrganismi ed insetti. La riduzione dell’umidità è necessaria

per prevenire le perdite di qualità e di valore, tale riduzione varia a seconda del prodotto cui ci si riferisce, ma

generalmente, un prodotto che ha un’umidità al di sotto del 15% è caratterizzato da una lunga conservazione. Per

consentire una lunga conservazione di una derrata è necessario considerare, oltre all’umidità, anche la temperatura

di conservazione. Con temperature al di sopra dei 20°, un’umidità del 15% circa non risulta idonea alla conservazione

per un lungo periodo.

Il processo di essiccazione si compone di due fasi, il primo consta dell’evaporazione dell’acqua dai primi strati

(micron) superficiali del prodotto; l’evaporazione della superficie genera un gradiente di potenziale che consente il

movimento delle molecole d’acqua dal centro della matrice verso la superficie. Per agevolare tale processo,

spontaneo, si genera un flusso d’aria calda o tiepida in modo da asportare le molecole d’acqua evaporate, così si

mantiene bassa l’umidità nei pressi della matrice da essiccare. Il flusso d’aria si carica così di umidità e, dovendo

anche cedere energia termica (richiesta sotto forma di calore latente di evaporazione), l’aria tende a raffreddarsi. Il

calore latente di evaporazione è di circa 2,3 MJ per kg di acqua, l’energia termica richiesta è quindi piuttosto elevata.

In funzione del rendimento dell’impianto (30-40%-essiccatoio a colonna) di essiccazione, a fronte di tale richiesta, è

necessario fornire energia pari a 3-7 MJ per kg di acqua evaporata. Solitamente, il flusso d’aria ha velocità moderata

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per consentire il “trasferimento” di umidità. Il flusso forzato ha una portata dell’ordine del centinaio di m /min per

ogni tonnellata di granella essiccata; le pressioni statiche sono relativamente basse, non superano infatti i 4000 Pa.

Il processo di diffusione del prodotto deve avvenire gradualmente, poiché la matrice che si asciuga rapidamente

potrebbe fessurarsi e quindi perdere parte del suo valore commerciale (senza dimenticare il più facile attacco da

parte di patogeni). Tra i cereali, la granella di mais è quella più resistente, per cui può essere essiccata in tempi

relativamente brevi (T aria anche 120°; 6t/h). La perdita di umidità non dovrebbe superare il 4-5% di punti

percentuali per ora. Per i prodotti destinati all’alimentazione umana la perdita di umidità dev’essere ancora più

lenta. Il riso si trova all’opposto del mais, risulta quello più sensibile alla fratturazione. Questo comporta tempi lunghi

di essiccazione, la temperatura del flusso forzato è bassa (non si superano i 55°-60°; 2,5 t/ora): in questo modo la

curva di diminuzione percentuale di umidità non deve scendere oltre l’1% per ogni ora. Frumento e soia si trovano a

livelli intermedi tra mais e riso.

Essiccatoio a colonna (rendimento 30-40%)

L’immagazzinamento della granella è verticale, il prodotto non è statico, l’essiccazione avviene in continuo: dopo il

caricamento del prodotto, esso scende con una velocità regolata in funzione dell’apertura di scarico sul fondo

dell’essiccatoio. L’essiccatoio è attraversato trasversalmente da un flusso d’aria calda generato da una colonna

adiacente allo stesso, in cui è presente un bruciatore (a gas o diesel). L’aria è quindi riscaldata ad una temperatura

prescelta (regolata in base alla fiamma), è richiamata da una colonna di aspirazione dal lato opposto così da farle

attraversare la granella.

Nella parte apicale dell’essiccatoio la granella risulta umida e a temperatura ambiente, l’aria in questo punto si carica

velocemente di umidità (esce aria satura) e cede immediatamente un’elevata quantità di energia termica.

Scendendo, la granella acquista temperatura e perde progressivamente umidità, l’aria che l’attraversa uscirà con

un’umidità minore rispetto a quella della zona soprastante. Nella parte finale la granella viene attraversata da una

miscela di aria calda e di aria fresca, infine solo da aria fresca per abbassare progressivamente la temperatura (a T

simili a quella ambiente) evitando shock termici. L’aria subisce una filtrazione in quanto la granella è ricca di polveri e

tali particelle non possono essere rilasciate direttamente nell’ambiente.

I ventilatori assiali sono ampiamente utilizzati in agricoltura, generano una grande portata anche a basse velocità, si

trovano in stalla o serre, si usano dove le resistenze non sono elevate. Sono caratterizzati da un rendimento

compreso tra 0,5 e 0,75, ma a regimi elevati (n>75% n ): un rendimento così limitato è dovuto al fatto che esistono

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elevate perdite dovute al rendimento volumetrico (trafilamenti elevati). I ventilatori centrifughi raggiungono alte

portate, viste le maggiori pressioni generate, tali ventilatori posso vincere resistenze più elevate (un paio di millibar);

questo tipo di ventilatore può essere impiegato negli essiccatoi, ma non quelli a colonna. I ventilatori assiali a tubo

sono quelli maggiormente impiegati negli essiccatoi a colonna poiché sono in grado di vincere resistenze elevate (più

facilmente con una maggiore lunghezza del tubo). Il flusso d’aria generato da questo ventilatore è laminare, ciò

permette di limitare le perdite di energia cinetica. Sono inoltre più adatti alla movimentazione di polveri o materiali

sospesi. Generalmente negli essiccatoi a colonna si lavora in aspirazione.

Esistono essiccatoi a colonna a più alto rendimento (75%) poiché viene recuperato parte del calore. Fino ad una

certa quota lavora come quello visto prima. Dal punto in cui la granella ha raggiunto l’umidità voluta, per cui dal

punto in cui l’aria non perde più calore, viene fatta fluire aria a temperatura ambiente. Tale flusso ambiente resta

asciutto e acquista calore dalla granella, viene poi immesso all’interno della colonna dove l’aria viene riscaldata.

La capacità di un essiccatoio è data dalla combinazione di uno o più moduli. Le colonne contenenti la granella

possono avere grandi dimensioni, con spessori che vanno dal metro e mezzo fino a 4 metri. L’aria si trova ad

attraversare uno spessore notevole, con limitata porosità, per cui la pressione di spinta

dei ventilatori dovrebbe essere elevatissima. Si ovvia a questo problema facendo

passare l’aria attraverso delle losanghe che, essendo parzialmente aperte (sono chiuse

sono nella parte alta), permettono il raggiungimento della granella. Ciascuna di queste

strutture è aperta solo su un lato: in modo alterno un canale è chiuso dal lato in

ingresso e uno sul lato di uscita; in questo modo l’aria attraversa la granella in modo

variabile, poiché il percorso dell’aria non è diretto orizzontalmente, ma si allunga. La

presenza di tali losanghe permette di miscelare il prodotto man mano che scende.

Il tempo di ritenzione della granella all’interno della colonna dipende dalle aperture finali (paratie o coclee). L’aria in

uscita dev’essere filtrata attraverso filtri a ciclone in cui le particelle più pesanti tendono a rallentare strisciando sulle

pareti e cadono poi verso il basso per poi essere asportate.

Essiccatoio a controflusso

È un tipo di essiccatoio mobile con funzionamento discontinuo (carico e scarico di una massa definita). Il flusso

d’aria è più localizzato, solitamente generato da un ventilatore centrifugo posizionato lateralmente. L’aria è

riscaldata da un bruciatore a diesel, la quale viene immessa da un punto laterale dell’essiccatoio. La granella si situa

in una sorta di corona (ciambella). La miscelazione della granella è generata da coclee che ripescano il prodotto dal

basso che si trova al centro (ovvero la massa più calda) e lo portano verso l’alto. L’aria passa dal centro, attraverso la

granella e poi esce verso l’esterno senza alcuna filtrazione. Il rendimento non è molto elevato. Se l’aria in uscita è

tiepida significa che il processo di essiccazione è concluso oppure che la temperatura di ingresso è troppo elevata.

Nell’essiccatoio a controflusso con funzionamento fisso l’aria (riscaldata a gas) viene immessa dal basso e fuoriesce

dall’alto. Anche in questo caso il materiale viene movimentato in modo da essere essiccato in maniera più uniforme:

una coclea rotante raccoglie il materiale più caldo, lo porta verso il centro e poi ricade. Esiste una seconda coclea

orizzontale che convoglia il materiale dall’esterno verso l’interno. La coclea di riscaldamento è impiegata anche per

caricare e scaricare il materiale dall’essiccatoio.

Dimensionamento energetico del processo di essiccazione

Per comprendere le esigenze termiche di tale processo è necessario capire quale sia il potere essiccante dell’aria

impiegata. Ciò viene fatto attraverso il diagramma di Mollier: è composto da molteplici curve che descrivono il

contenuto di vapore acqueo presente nell’aria in funzione della temperatura. Il contenuto di vapore acqueo

massimo che l’aria può contenere ad una certa T è l’umidità di saturazione. La capacità di contenere acqua cresce

esponenzialmente al crescere della temperatura.

Sull’asse delle X si ha l’umidità assoluta (g di acqua su kg di aria, la quale cresce esponenzialmente con la T), mentre

sull’asse delle Y si ha la temperatura dell’aria. Solitamente si conosce la temperatura e l’umidità relativa ovvero la %

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di vapore acqueo contenuto rispetto a quello massimo possibile. Densità aria: 1,2 kg/m . Il diagramma indica anche

la quantità d’acqua contenuta nell’aria al 100%: questo è visibile muovendosi lungo le linee isoentalpiche

(descrivono il processo di accumulo di umidità nell’aria, garantendo la conservazione dell’energia nel processo di

umidificazione). Quando l’aria si arricchisce di umidità, essa deve cedere anche l’energia necessaria per accogliere

più acqua (spesa di energia per l’evaporazione); l’aria quindi riduce la sua temperatura, aumentando così l’umidità