1. Estudio de la Eficiencia Energética de un Secadero de Yerba Mate
SCHMALKO, Miguel E., MACIEL, Silvia y DELFEDERICO, Luis E.
*Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales - Universidad Nacional de Misiones
Felix de Azara 1552 - (3300) Posadas - Misiones, Argentina
e-mail: mesh@fceqyn.unam.edu.ar
Palabras claves: secadero, eficiencia, yerba mate, balances
RESUMEN
Los objetivos del presente trabajo fueron: realizar los balances de masa y energía en un
secadero de yerba mate (compuesto de un zapecador, dos secadero de cinta y la canchadora),
calcular su eficiencia térmica y comparar con datos existentes en la bibliografía.
La planta industrial utilizaba gas propano como combustible y se realizaron mediciones de
los flujos, temperaturas y humedades de entrada y salida, durante 7 días.
Del balance de masa se puede destacar la gran pérdida de humedad que tiene lugar en el
zapecador (principalmente en las hojas) y el menor valor en las etapas 1 y 2 de secado
(principalmente en los palos).
Con el balance de energía se determinaron las pérdidas de calor en cada uno de los
equipos. De las pérdidas totales, el 75% corresponde al zapecador y los 25% restantes se pierden
en los dos secaderos en porcentajes similares.
Para estimar la eficiencia energética del proceso, se calculó la energía total generada en la
combustión en las tres etapas. Para calcular la energía utilizada, se consideró la energía para
evaporar el agua en las tres etapas. De acuerdo a esto, el 45,1% del calor generado se utilizó para
evaporar el agua, el 14,3% corresponden a las pérdidas de calor en los equipos y el 40,6%
restante es calor no utilizado y es el que se pierde con las corrientes gaseosas, sólidas y para
calentar el sólido. En la bibliografía se citan eficiencias térmicas mas elevadas para estos dos
tipos de equipos.
Key Words: dryer, efficiency, yerba maté, balances
ABSTRACT
The objectives of this research are the determination of mass and energy balances in a
yerba maté dryer (with a heat treatment step, two cross flow dryers and a miller); the calculation
of its efficiency and to compare it with data from bibliography.
The factory uses propane gas as fuel and inlet and outlet fluxes, temperatures and
moisture content were measured.
In order to estimate process energy efficiency, global energy generated by combustion in
the three steps was calculated. To estimate useful energy, only the necessary to evaporate the
water in the three steps was considered. According these, 45.1% of generated energy was used to
evaporate water; 14.3% corresponded to heat looses and the rest, 40.6% was useless energy and

2. corresponded to looses by outlet fluxes of air and solids and the heat used to heat solids. In the
references, higher values of energy efficiencies were found.
INTRODUCCIÓN
Se denomina “Secadero” al establecimiento industrial donde se realiza el procesamiento
primario de la yerba mate. La materia prima que llega al establecimiento industrial se deposita en
una playa de recepción y luego de cierto tiempo, son transportadas hasta la cinta de alimentación
del zapecador.
En el zapecador, las ramas se ponen en contacto con la llama y gases de combustión
provenientes del quemado de leña (o gas propano en algunos casos). Luego de esta etapa, algunos
establecimientos poseen un presecador, que también opera a altas temperaturas y cortos tiempos.
La etapa de secado se lleva a cabo con diferentes condiciones de tiempos de residencia y
temperatura de los gases. En la etapa siguiente se realiza una molienda gruesa y se eliminan los
palos de mayor tamaño.
Las condiciones de trabajo en los establecimientos difieren mucho entre sí, en cuanto a las
condiciones de procesamiento y el tiempo de residencia. En la mayoría de ellos se realiza muy
poco control de las condiciones de trabajo. Generalmente son del tipo subjetivo, como por
ejemplo, el romper los palos y de acuerdo al ruido producido estimar el contenido de humedad.
Pero al medir el contenido de humedad del producto a la salida, se encuentra bastante
uniformidad entre los diferentes establecimientos, con valores que oscilan entre el 2 y el 4% , en
base húmeda (Núñez y Känzig, 1995). Estos autores llevaron a cabo un relevamiento de las
condiciones de trabajo en 6 establecimientos, encontrando diferencias muy grandes, como ser:
• Capacidad de procesamiento: 1.500 a 3.000 Kg de ramas verdes/h
• Zapecador: tiempo de residencia de 2-4 minutos; temperaturas de los gases de salida entre
120 y 250°C y contenidos de humedad variables entre 29 y 34%, base húmeda
• Secaderos: cuatro empresas disponían de un presecador rotatorio y secaderos tipo cinta;
temperatura del gas variable entre 100 y 330°C y tiempos de residencia entre 20 minutos y 6
horas.
De acuerdo a esta variabilidad es conveniente realizar los balances de masa y energía para
cada establecimiento industrial y es de esperar que cada uno de ellos tenga un comportamiento
diferente.
Son objetivos del presente trabajo realizar los balances de masa y energía en un secadero,
calcular la eficiencia térmica y comparar con datos existentes en la bibliografía.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materia Prima
La materia prima a procesar son ramas de yerba mate que tienen longitudes que varían
entre 10 y 60 cm y pesos entre 10 y 30 g(Crotti et al, 2002). Las mismas con cortadas por
operarios que utilizan machetes o tijeras de podar y colocadas en paños abiertos extendidos,
luego son atadas y pesadas y transportadas al establecimiento en camiones y/o tractores con
acoplados.

3. En el establecimiento industrial, los camiones son pesados y las ramas se dejan caer sobre
una planchada de cemento. Por medio de una cinta transportadora, cargada por operarios, o
pequeñas retroexcavadoras con transportadas a la cinta de alimentación del zapecador.
Descripción del procesamiento
El trabajo de medición fue realizado en un establecimiento industrial localizado en
Apóstoles, Misiones.
En dicho establecimiento, las ramas que están en la planchada son transportadas con una
retroexcavadora hasta una cinta transportadora ancha y luego a otra de menor tamaño y entre
ambas se tiene un controlador del flujo de ramas. Esta segunda cinta es la que alimenta en
zapecador.
El zapecador es de tipo cilíndrico de 9,6 m de longitud y gira a 10 rpm. En el extremo
donde se introducen los sólidos se produce la combustión del propano y también se introduce el
aire. Las ramas pasan a través de la llama (de aproximadamente 1 m de longitud) unas tres veces
al ser transportados hacia el otro extremo por el movimiento del cilindro. En todo este trayecto se
produce el contacto con los gases de combustión en corriente paralela. En el extremo de salida,
las ramas caen a una cinta transportadora y los gases salen al exterior por una chimenea en donde
se encuentra un deflector para regular su flujo. Las ramas son transportadas por la cinta hasta la
alimentación del primer secadero.
En las dos etapas de secado se utiliza un secadero de cinta con flujo cruzado de los gases.
En la primera etapa, los gases de combustión del propano entran al secadero impulsados por dos
ventiladores, alimentando, cada uno de ellos a 12 entradas diferentes ubicadas dos metros por
debajo de la cinta. Después de atravesar el lecho de ramas, de aproximadamente 1 m de altura,
los gases de combustión salen al exterior por chimeneas ubicadas en el techo. Las ramas salen por
el extremo opuesto a la entrada tras recorrer una distancia aproximada de 20 m en 1 h y 30
minutos. Por medio de una cinta, son transportadas a la segunda etapa de secado. La misma, a
diferencia de la primera, tiene una sola entrada de gases de combustión.
A la salida del segundo secadero, las ramas se introducen a un molino de martillos, el que
a la salida tiene una criba para separar los palos mas gruesos. Las hojas molidas y los palos finos
son cargados en bolsas de 40-50 Kg y trasladadas a los depósitos.
Medición de la temperatura y velocidad del aire
La temperatura del aire se midió utilizando termómetros y las velocidades de los gases
utilizando un medidor tipo ventilador con cuentavueltas. Las mediciones se realizaban por
triplicado en diferentes tiempos y durante 7 días.
Determinación del porcentaje de hojas y palos en las ramas verdes
Para determinar estos porcentajes se recolectaron muestras de ramas de diferentes partidas
(aproximadamente 5 Kg) y se llevaban al laboratorio, donde se separaban las hojas de los palos
en forma manual y luego se pesaban por separados. Se obtenía una muestra en cada día de
trabajo.

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Zapecador
En la figura siguiente se puede observar un diagrama de flujo de las corrientes de entrada
y salida al zapecador:
Gs1=Entrada de Gs2= Salida de
Gases Gases
R1=Entrada de R2=Salida de
Ramas Ramas
Qp1=Pérdidas de
Calor
La cantidad de ramas procesadas fue estimada de datos otorgado por la empresa,
considerando los 7 días de trabajo y es el siguiente:
R1= 3859,9 Kg/h.
Los porcentajes de hojas y palos, obtenidos de acuerdo a la metodología descripta, es el
siguiente:
Hojas = 65,33%
Palos = 34,67% .
Considerando el flujo total de ramas y los porcentajes de hojas y palos, se puede calcular
los flujos de hojas y palos a ser procesados:
H1= R1*0,6533= 3859,9*0,6533 = 2521,7 Kg/h
P1 = R1*0,3467= 3859,9*0,3467 = 1338,2 Kg/h.
Los valores de contenidos de humedad para las hojas y los palos a la entrada del
zapecador fueron:
Hojas: xh1= 0,5970
Palos: xp1= 0,6242 .
Considerando el flujo total de hojas y palos y los contenidos de humedad, se puede
calcular los flujos de sólido seco de ambos materiales:
Hs1= 2521,7*(1-0,5970)= 1016,2 Kg/h
Ps1= 1338,2*(1-0,6242)= 502,9 Kg/h.
Realizando un balance de masa total (Treybal, 1980), se puede calcular la cantidad de
agua que ingresa con las ramas de yerba mate:
A1= 2340,8 Kg/h
La determinación del flujo de salida de los gases del zapecador se realizó a la metodología
descripta en materiales y métodos. Los resultados fueron los siguientes:
Gs2 = 14328 Kg/h
Y2 = 0,14 Kgagua/Kggas
Los contenidos de humedad se determinaron en el laboratorio y fueron los siguientes:

5. Hojas: xh2= 0,1692
Palos: xp2= 0,5588
El flujo total de salida del sapecador se obtuvo por un balance de masa del flujo de
sólidos:
R2= 2363,0 Kg/h
Como es muy difícil medir el flujo de aire de entrada, el mismo se estima a partir de un
balance de masa en el zapecador, resultando:
Gs1 = 14438,3 Kggas/h
La cantidad de propano utilizado en el zapecador fue suministrada pro la empresa, y el
valor dado corresponde al promedio de los 7 días de trabajo:
= 173,4 Kg/h
El calor generado en la combustión se calculó considerando combustión completa del
propano, y de acuerdo a su calor de combustión , se generan:
Calor generado en la combustión = 173,4 Kg/h*11016 Kcal/Kg = 1910174,4 Kcal/h.
La temperatura de los gases, si se considera mezcla completa se calcula considerando que
todo este calor se utiliza para calentar el aire y resultó:
tGg = 559ºC.
Las pérdidas de calor se estiman con un balance de energía total (Treybal, 1980). Para
realizar el mismo se utilizan las propiedades termodinámicas del aire (Singh y Hedman, 1997; ) y
de las hojas y palos(Schmalko et al., 1997):
QP1= Flujos de entrada + Calor generado por la combustión – Flujos de salida
= 308440,5 Kcal/h
Primer Secadero
En la figura siguiente se puede observar un diagrama de flujo de las corrientes de entrada
y salida al primer secadero:
Qp2=Perdidas de V4=Salida de
Calor Gases
R3= Entrada de R4=Salida de
Ramas Ramas
Entrada de
Gases
V3a V3b
Las cantidades de hojas y palos que entran al primer secadero se consideran igual a las
que salen del zapecador. Por lo tanto,
R3= 2363,0 Kg/h

6. xh3= 0,1692
xp3= 0,5588
Los valores de caudal y temperatura fueron medidos durante 7 días en las dos entradas del
secadero y son:
V3a = 16157 m3/h
tG3a = 110°C
Gs3a = 14555,9 Kg/h
V3b = 15842 m3/h
tG3b = 100°C
Y3b = 0,0156 Kgagua/Kggas
Gs3b = 14668,5 Kg/h
La temperatura de salida de los gases tiene un valor medio de 47ºC y el flujo de gas seco
es la suma de los flujos de entrada:
Gs4 = 29224,4 Kg/h
Los valores de contenidos de humedad a la salida, determinados experimentalmente
fueron:
Hojas: xh4= 0,0557
Palos: xp4= 0,2492
Como el flujo de material seco permanece constante, el flujo total de salida, es:
R4= 1745,9 Kg/h
Con un balance de agua, se puede determinar la humedad absoluta del aire a la salida,
resultando:
Y2 = 0,0367 Kgagua/Kggas
Las pérdidas de calor se estiman con un balance de energía total (Treybal, 1980). Para
realizar el mismo se utilizan las propiedades termodinámicas del aire (Singh y Hedman, 1997 ) y
de las hojas y palos(Schmalko et al., 1997):
QP2= Flujos de entrada– Flujos de salida = 47241,5 Kcal/h
Segundo Secadero
En la figura siguiente se puede observar un diagrama de flujo de las corrientes de entrada
y salida al segundo secadero:
Qp3=Pérdidas de V6=Salida de
Calor Gases
R5= Entrada de R6=Salida de
Ramas Ramas
V5=Entrada de Gases

7. Las cantidades de hojas y palos que entran al segundo secadero se consideran igual a las
que salen del primer secadero. Por lo tanto,
R5= 1745,9 Kg/h
xh5= 0,0557
xp3= 0,2429
Los valores de caudal y temperatura fueron medidos durante 7 días en la entrada del
secadero y son:
V5 = 11158,6 m3/h
tG5 = 100°C
Gs5 = 10332,0 Kg/h
La temperatura de salida de los gases se midió experimentalmente y su valor promedio
fue de 60°C. El valor del flujo de gas seco de salida es igual al flujo de gas seco de entrada:
Gs6 = 10332,0 Kg/h
Los valores de contenidos de humedad a la salida, determinados experimentalmente
fueron:
Hojas: xh6= 0,0344
Palos: xp6= 0,1719
Como el flujo de material seco permanece constante, el flujo total de salida, es:
R6= 1659,7 Kg/h
Con un balance de agua, se puede determinar la humedad absoluta del aire a la salida,
resultando:
Y6 = 0,0239 Kgagua/Kggas
Las pérdidas de calor se estiman con un balance de energía total (Treybal, 1980). Para
realizar el mismo se utilizan las propiedades termodinámicas del aire (Perry and Chilton, 1997;
pp ) y de las hojas y palos(Schmalko et al., 1997):
QP3= Flujos de entrada– Flujos de salida = 54010,5 Kcal/h
Canchadora
En la figura siguiente se puede observar un diagrama de flujo de las corrientes de entrada
y salida a la canchadora:
R7= Entrada de R8=Salida de
Ramas Yerba Molida
Ps9=Salida de Palos Gruesos

8. Los flujos de material seco y de contenido de humedad de entrada a este secadero
coinciden con los de la salida del segundo secadero:
Hojas: xh7= 0,0344
Palos: xp7= 0,1719
R7= 1659,7 Kg/h
El flujo de salida de palos se obtuvo a partir de los datos que la empresa dispone y las
horas de trabajo; mientras que el contenido de humedad corresponde al de los palos mas gruesos:
Ps9 = 50,3 Kg/h
xp9= 0,2173
Realizando un balance de sólidos secos y de agua, se puede obtener los valores de flujo
total de sólidos a la salida:
R8= 1595,4 Kg/h
Su contenido de humedad se determinó experimentalmente y resultó:
x8= 0,0794
Discusión
Se realizaron los balances de masa y energía en las diferentes etapas del procesamiento
primario de la yerba mate.
Con el balance de masa se determinaron los diferentes flujos de las corrientes de entrada y
salida en cada uno de los equipos. De estos cálculos se puede destacar la gran pérdida de
humedad que tiene lugar en el zapecador (principalmente en las hojas) y el menor valor en las
etapas 1 y 2 de secado (principalmente en los palos).
Con respecto a las humedades de salida con las corrientes gaseosas, se puede decir que en
le zapecador el valor de humedad absoluta es alta (0,14 Kgagua/Kggas), pero también es alta su
temperatura, resultando en un valor bajo de humedad relativa. De acuerdo a estos resultados, de
esta corriente se podría recuperar parte del calor. Las otras dos corrientes pierden aire a bajas
humedades y también a bajas temperaturas, por lo que no resultaría conveniente reutilizarlas. No
obstante se podría mejorar la eficiencia de la segunda etapa de secado reduciendo el flujo de gas
para obtener una mayor humedad absoluta en el aire de salida, ya que la relativa es bastante baja
(20%, aproximadamente).
Con el balance de energía se determinaron las pérdidas de calor en cada uno de los
equipos. De las pérdidas totales, el 75% corresponde al zapecador y los 25% restantes se pierden
en los dos secaderos en porcentajes similares.
Para estimar la eficiencia energética del proceso, se calculó la energía total generada en el
zapecado y en los dos secaderos. Para calcular la energía utilizada, se consideró el agua
evaporada en las tres etapas y se multiplicó por el calor latente de evaporación (no se consideró el
calor de adsorción). De acuerdo a esto, el 45,1% del calor generado se utilizó para evaporar el
agua, el 14,3% corresponden a las pérdidas de calor en los equipos y el 40,6% restante es calor no
utilizado y es el que se pierde con las corrientes gaseosas, sólidas y para calentar el sólido.
En la bibliografía se citan eficiencias térmicas de secaderos. Así para los rotatorios, las
eficiencias varían entre el 55 y 75% (Perry and Green, 1997); mientras que el zapecador tiene una
eficiencia térmica del 46,0%. En los secaderos, las eficiencias fueron del 51,0% en el primero y
del 21,2% en el segundo. Como era de esperar, la eficiencia es menor en el segundo secadero,

9. debido a la dificultad de extraer agua a bajos contenidos de humedad, debido a su elevado calor
de adsorción. En la bibliografía se citan eficiencias térmicas de alrededor del 55% (Mujundar,
A.S., 1995). Respecto al calor no utilizado que se pierde con las corrientes (40,6%) en el mismo
libro se citan un valor similar.
CONCLUSIONES
Al realizar los balances de masa y energía en un secadero de yerba mate se encontró que
los gases de salida del zapecador, tienen una relativamente elevada temperatura y baja humedad
relativa, con lo que podría recuperarse parte de este calor. Las corrientes de salida de los dos
secaderos tienen una relativamente baja temperatura y alta humedad relativa.
Del balance de energía se concluye que las pérdidas de calor son relativamente altas y que
la eficiencia energética del zapecador y del segundo secadero está por debajo de los valores
encontrados en la bibliografía.
REFERENCIAS
• Crotti, L.C.; Schmalko, M.E. y Surkan, S.A. 2002. Influencia de las Características Físicas de
las Ramas en el Tiempo de Residencia en Secaderos Rotatorios. IX Congreso Argentino de
Ciencia y Tecnología de los Alimentos. Buenos Aires, 7-9 de Agosto de 2002.
• Mujundar, A.S. 1995. Handbook of Industrial Drying. 2nd Edition. Marcel Dekker, Inc. New
York. pp. 535
• Núñez, J.C. y Känzig, R.G. 1995. Secanza de la Yerba Mate. Erva-Mate: Biología e Cultura
no Cone Sul, Editora da Universidade- Universidad Federal do Rio Grande do Sul. Porto
Alegre – Brazil. Pp. 175-180
• Perry, R.H. and Green, D.W. 1997a. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. 7° Edition Mc
Graw Hill. pp.12-56
• Schmalko, M.E.; Morawicki, R.O. y Ramallo, L.A. 1997. Simultaneous Determination of
Specific Heat and Thermal Conductivity Using the Finite-difference Method. Journal of Food
Engineering. 31, pp. 531-540.
• Singh, R.P. y Heldman, D.R. Introducción a la Ingeniería de Alimentos. 1997. Editorial
Acribia S.A. pp.385-394.
• Treybal, R.E. 1980. Operaciones de Transferencia de Masa. 2da. Edición Mc. Graw Hill. Pp
773-774