Il processo di essiccazione dei prodotti agricoli è assai complesso, anche se per semplicità possiamo schematizzarlo in tre fasi:
1) diffusione dell’acqua dall’interno della cariosside verso la parete esterna;
2) asportazione di quest’acqua da parte dell’aria che circonda le cariossidi (questa fase può essere considerata come una semplice evaporazione);
3) evacuazione dell’aria saturatasi verso l’esterno della massa.
Il cereale umido introdotto nell’impianto di essiccazione ha un grado di umidità quasi uniformemente ripartito all’interno della cariosside.
La minima evaporazione dell’acqua di superficie provoca uno squilibrio tra il grado di umidità della parete esterna e quello della parete interna.
L’acqua che si trova nell’interno comincia pertanto ad avanzare verso l’esterno, cercando di ristabilire un nuovo equilibrio di umidità.
L’evaporazione dell’acqua avviene facendo attraversare la massa da una corrente d’aria calda sfruttando la porosità del prodotto che può arrivare al 40%.
Essa provvede nella prima fase del processo all’asportazione dell’acqua di imbibizione (per il mais è la percentuale al di sopra del 27%), ovvero quella presente nelle cavità o sulla superficie del prodotto e proveniente dall’esterno sotto forma di pioggia, rugiada, nebbia. Successivamente il flusso termico va a interessare l’acqua capillare, detta anche acqua di vegetazione libera, (per il mais è compresa tra i valori del 13 e il 27%), così definita in quanto è strettamente legata, senza farne parte, alle sostanze costitutive dei grani da un’interazione molecolare di carattere fisico-chimico e localizzata all’interno del seme nei macro e micro-capillari (i micro-capillari si riempiono non solo al contatto diretto della granella con il liquido ma anche assorbendo il vapore acqueo dell’aria).
Nell’essiccazione non viene però interessata la terza forma d’acqua, quella di costituzione o cellulare (per il mais al di sotto del 13%), assorbita sulla superficie esterna delle cellule ed entrata per osmosi nel plasma cellulare. Essendo combinata con le sostanze costitutive delle cariossidi, la sua eliminazione a temperature notevolmente superiori porterebbe alla decomposizione della sostanza organica stessa.
L’acqua di imbibizione e l’acqua capillare sono facilmente eliminate, in quanto si muovono principalmente in forma liquida lungo i capillari; l’acqua cellulare, invece, è più difficile da asportare poiché, prima di poter avanzare verso la superficie esterna delle cariossidi, deve attraversare la parete della cellula. Quest’ultima interessa però meno il processo di essiccazione in quanto, come affermato in precedenza, rimane in parte nella granella come umidità residua.
Inoltre l’evaporazione dell’acqua, procedendo dagli strati interni a quelli esterni delle cariossidi, si presenta in condizioni sempre più difficili con conseguente ulteriore aumento del tempo di essiccazione e minore sfruttamento del potere evaporante dell’aria calda.
Com’è noto, l’aria è un eccellente supporto del vapore acqueo e la quantità d’acqua che può essere contenuta nell’aria dipende dalla sua temperatura e pressione. Poiché nell’essiccazione si lavora a pressione atmosferica, il potere assorbente dell’aria dipende solamente dalla sua temperatura.
Dall’andamento delle curve dell’equilibrio igroscopico cereale-aria appare evidente che, per asportare rapidamente l’acqua in eccesso dalla granella, il procedimento più sicuro è quello di insufflare nella massa del prodotto dell’aria riscaldata.
Naturalmente, se l’aria non viene tolta dalla massa da essiccare nella misura con cui essa si satura, l’essiccazione si arresta, dato che non sarà possibile evaporare nuova acqua.
Nel processo di essiccazione risulta pertanto della massima importanza:
a) scegliere la temperatura di essiccazione tenendo conto, da una parte, della temperatura massima che il prodotto può sopportare senza che si alterino i suoi costituenti nutritivi o germinativi; dall’altra, della temperatura che consente la velocità massima di diffusione dell’acqua all’interno del prodotto;
b) determinare il volume specifico dell’aria da insufflare, espresso in m3/h di aria per m3 di granella, che consente di stabilire l’equilibrio fra la velocità di diffusione dell’acqua all’interno del prodotto e la sua velocità di evaporazione, cosicché l’aria possa abbandonare la massa da essiccare sempre completamente satura d’acqua.
Come già accennato, con l’aumentare della temperatura di essiccazione si ha una maggiore capacità di evaporazione, cui corrisponde, all’inizio, una maggiore velocità di diffusione dell’acqua nelle cariossidi, che si va riducendo man mano che la temperatura aumenta.
Il campo di variabilità delle temperature di essiccazione varia notevolmente a seconda del tipo di impianto e della destinazione futura del cereale:
- per il mais da seme queste temperature non dovrebbero superare i 50 °C;
- per il mais da industria non dovrebbero superare gli 80 °C;
- per il mais da impiegare nell’alimentazione zootecnica si possono superare anche i 100 °C.
Per ottenere un buon rendimento nel processo di essiccazione è necessario che il volume specifico dell’aria, nei limiti delle temperature ammesse, sia tale da consentire un equilibrio fra velocità di evaporazione e velocità di diffusione dell’acqua dall’interno verso la superficie esterna delle cariossidi. Poiché l’evaporazione dell’acqua diventa sempre più difficile man mano che si procede dalle zone più esterne a quelle interne delle cariossidi, è evidente che, a parità di volume specifico e temperatura dell’aria, la capacità di evaporazione diminuisce con il procedere dell’essiccazione, con conseguente aumento del consumo termico specifico.
Così pure, a parità di temperatura dell’aria di ventilazione, la capacità di evaporazione aumenta con l’aumentare del volume specifico dell’aria; in questo caso però il rendimento dell’impianto diminuisce per le maggiori perdite per insaturazione dell’aria all’uscita dell’impianto.
L’influenza dell’aumento del volume specifico dell’aria sulla capacità di essiccazione si nota dunque molto di più all’inizio del processo di essiccazione che non verso la fine.
Per migliorare l’andamento dell’essiccazione, a volte è opportuno procedere con il “rinvenimento” del prodotto, cioè intercalando nel processo di essiccazione fasi di non ventilazione, oppure effettuando la ventilazione con impulsi intermittenti di aria riscaldata e aria a temperatura ambiente.
CAPITOLO 5
Gli impianti di essiccazione
Gli essiccatoi per cereali si compongono essenzialmente di un gruppo aerotermico per la formazione del flusso d’aria calda, di un corpo essiccante per la realizzazione dell’evaporazione dell’acqua in eccesso, e di attrezzature complementari per l’accumulo, la pulitura, la pesatura e la movimentazione del prodotto, oltre ai dispositivi di comando e di regolazione dell’intero impianto.