EXPERIENCIASDEL USO DE SECADORES SOLARES EN EL PERÚ
ING. OSWALDO MORALES TAQUIRI
TELEFONO: 476-09-56
INTRODUCCIÓN
Debido a que los alimentos secos son más ligeros, ocupan pequeños espacios y no requieren refrigeración, en el Perú existe una tradición de secar una variedad de productos alimenticios, colocándolos sobre el suelo y exponiéndolos al sol directamente, durante largos períodos con la finalidad de preservarlos para un uso posterior.
El uso de esta técnica acarrea elevadas pérdidas de producción, puesto que los granos quedan expuestos, durante lapsos prolongados a condiciones adversas y a la acción de depredadores y la calidad del producto al final del proceso no es buena.
Una manera de disminuir la merma y obtener productos secos buenos es secándolos en el sol, en un horno o en un deshidratador de alimentos, bajo condiciones climatológicas controladas, es decir, por medio del uso correcto de la combinación de temperatura de calentamiento, baja humedad y corriente de aire, utilizando para ello energía proveniente del sol, de la electricidad o de un combustible.
Por lo menos en principio, esta afirmación es valedera; pero se ve dificultado por algunos factores:
El nivel de instrucción de los productores,
Los costos de la tecnología de secado,
El volumen de producción, y
La disponibilidad de energía convencional.
Un sistema de secado y almacenamiento exige costos de inversión relativamente elevados. La adquisición de tal sistema requiere además el adiestramiento técnico del operador, para que se pueda aprovechar al máximo los beneficios que esa nueva tecnología puede ofrecer, pues las ventajas del sistema dependen del buen manejo.
Además de conocer las características del equipo adquirido, el productor debe saber que su capacidad de negociación aumenta en la comercialización.
El aprovechamiento correcto de esa capacidad puede llevarlo a maximizar sus utilidades.
Debido a los costos iniciales aludidos, para que el uso de las técnicas de secado y almacenamiento sean económicamente viables, debe haber un nivel de producción mínimo.
Con todo, es un error suponer que esta tecnología es recomendable sólo para grandes producciones. Las variaciones de la técnica extienden su utilización a un abanico bastante amplio de producción.
Como es natural, a medida que se traten volúmenes mayores, mejor será el tratamiento que ellos podrán recibir, por los refinamientos que se podrán incorporar a los sistemas.
En los métodos de secado más modernos, los intercambios de aire y masa entre producto y ambiente se producen principalmente por convección de aire forzado.
La falta de energía eléctrica para impulsar estos ventiladores es una de las mayores trabas que impide la popularización del sistema de secado y almacenamiento a nivel de predio.
Por otro lado la mayor parte de nuestro país se beneficia con una cantidad apreciable de energía solar disponible para secar productos alimenticios.
El secado solar es una técnica que puede contribuir a reducir mermas en el proceso post-cosecha de muchos productos, mejorar su calidad y contribuir a elaborar nuevos elementos. La construcción de los secadores solares no requiere de alta tecnología y pueden adaptarse a los diferentes niveles de desarrollo tecnológico de una región determinada.
También es importante anotar, que esta tecnología puede usarse en forma descentralizada, usa energía renovable, disponible en la mayor parte del país y no tiene efectos negativos sobre la ecología.
CONCEPTOS BASICOS DEL SECADO SOLAR
En el secado muchas veces es necesario calentar el aire, para bajar su humedad relativa, o el producto, para evaporar el agua contenida en él. Otras veces, se quiere evitar la pérdida de calor hacia el exterior. Conviene por ello revisar los procesos de transferencia de calor.
CONDUCCIÓN
El calor se propaga a través de un medio material sin transporte de materia.
Q/A = q = (k /d)(T2 - T1)
Donde: T2, T1 = Temperaturas diferentes de una pared.
k = Coeficiente de conductividad térmica
d = Distancia entre las superficies
CONVECCIÓN
El caso más general es el de un fluido en movimiento en contacto con un cuerpo sólido a temperatura diferente. El movimiento del fluido puede ser producto del calentamiento que le ocasiona la superficie del sólido en contacto con él, en cuyo caso la fuerza impulsora viene a ser una diferencia de temperaturas y al fenómeno se le identifica como “convección libre”; en otro caso el fluido puede estar en movimiento debido al
impulso que le transmite un ventilador, la fuerza impulsora es ahora una diferencia de presiones y
El fenómeno se indentifica como “convención forzada”
Q/A = q = h (Ts - Ta)
Donde: h = Coeficiente de transferencia de calor por convección
Ts = Temperatura de la superficie
Ta = Temperatura del medio circundante
RADIACIÓN
Todos los cuerpos emiten energía radiante que se propaga a través del espacio circundante en forma de ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz y dentro de un espectro de longitudes de onda que depende de la naturaleza y temperatura de la superficie de un cuerpo emisor.
Cuando la radiación incide sobre un cuerpo no opaco, como vidrio, una parte de la energía recibida puede ser transmitida, otra reflejada y otra absorbida. La fracción de la radiación incidente
que es transmitida por un cuerpo se llama transmitancia, la fracción reflejada reflectancia y la fracción absorbida absorptancia. Estos valores dependen de la longitud de onda de la radiación y del ángulo que hace la dirección de la radiación incidente con la normal de la superficie a la que llega. Si el cuerpo es opaco la radiación es sólo absorbida o reflejada.
ALGUNAS PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO
HUMEDAD RELATIVA
Se define como
la relación entre el peso del vapor agua
contenido en 1 kg de aire y el peso del vapor de agua
cotenido en 1 kg de aire
saturado, a una temperatura determinada.
Hr = (kg vapor de agua en 1 kg de aire) / (kg vapor de agua en 1 kg de aire saturado) x 100
También la humedad relativa se define como:
Hr = pv/ ps
Donde:
pv = presión parcial del vapor de agua
ps = presión de saturación correspondiente a la temperatura del aire.
HUMEDAD ABSOLUTA DEL AIRE
Habs = (kg de vapor / kg de aire seco) en el mismo volumen
PROCESO DE SECADO
El secado se puede definir de distintas maneras, según el enfoque que se desee adoptar. En los estudios más teóricos se pone en énfasis en los mecanismos de transferencia de energía y de materia . Así el secado se puede definir como un proceso en que hay intercambio simultáneo de calor y masa, entre el aire del ambiente de secado y el producto. En cambio, en los casos generales, se define el secado como la operación unitaria responsable de la reducción del contenido de humedad de cierto producto, hasta un nivel que se considera seguro para el almacenamiento de éste.
Se entiende que es seguro un nivel de humedad por debajo del cual se reduce la actividad respiratoria del producto, se dificulta el ataque de insectos y hongos, y también se reduce la acción de las enzimas, pero no los inactiva. Dicho nivel varía con el tipo de producto, el contenido de humedad para la mayoría de productos secos debe estar cerca al 20%. Para el caso de los granos más comunes abarca una gama entre 10 y 14 % de humedad expresada sobre base húmeda.
La forma más simple deshidratar un producto es exponerlo a una corriente de aire con determinadas condiciones de temperatura, humedad relativa y velocidad.
Debido a que el secado remueve la humedad, el alimento llega a ser más ligero en peso. Para volverlo a usar es necesario añadir agua para rehidratarlo.
La temperatura óptima para el secado de alimentos es 60°C. Si es usada una temperatura más alta, el alimento se cocinaría en lugar de secarse.
El proceso de secado nunca debe ser apurado incrementando la temperatura de secado.
La baja humedad ayuda al proceso de secado.
Para secar alimentos, el agua se debe mover del alimento a los alrededores del aire. Si los alrededores de aire está húmedo, entonces el secado será lento.
Incrementar la velocidad de corriente del aire de secado para mover la humedad lejos de los alrededores del alimento.
La velocidad del tiempo de secado es incrementado con el flujo del aire.
El intercambio de energía y de humedad, entre el aire y el producto, queda limitado casi exclusivamente a la superficie de la capa del producto, por lo que es necesario revolver el producto periódicamente. El movimiento del aire acarrea la humedad que el producto pierde, a la capa de aire situada inmediatamente encima de él.
MOVIMIENTO DEL AIRE
Durante el proceso de secado la humedad del aire aumenta y para mantenerla en los niveles adecuados es necesario renovar permanentemente, total o parcialmente, el aire en el secador; conviene que el aire próximo al producto esté en permanente movimiento para evitar que se formen alrededor de él capas con alta humedad relativa que retrasarían el proceso de secado.
Al atravesar un secador, el valor de la presión del aire disminuye debido a la pérdida de energía que experimenta en su recorrido.
En la convección natural el aire menos denso tiende a elevarse.
En la convección forzada la diferencia de presiones se obtiene del golpe de las paletas de un ventilador sobre el aire.
AUMENTO DEL MOVIMIENTO
DEL AIRE O AUMENTO DE LA TEMPERATURA DEL AIRE
Hay dos maneras de disminuir la duración del secado a bajas temperaturas:
a) aumentando el caudal del aire
b) aumentando la temperatura del aire
El calentamiento del aire se recomienda solamente en regiones en que el potencial de secado del aire natural es insuficiente para que se alcance el contenido de humedad final que se busca.
El aumento del caudal de aire tiene más influencia
sobre el tiempo de secado. En lugares donde la humedad relativa del aire es
alta, el aumento del caudal del aire no es suficiente para lograr el secado,
pues esa variable no influye en el potencial de secado del aire.
INFLUENCIA DEL SECADO EN LA CALIDAD DE LOS PRODUCTOS
En el proceso de secado de un producto se pueden presentar alteraciones físicos químicas como: la pérdida de sustancias nutritivas, de textura y forma, de sustancias volátiles, de capacidad de rehidratación, la decoloración y la caramelización.
Las características de tales alteraciones dependen de los parámetros del proceso de secado (velocidad, temperatura y humedad relativa del aire, exposición directa a la radiación solar) y de las propiedades del alimento que está siendo secado.
El alto contenido de ácido y azúcar de las frutas permiten ser secados en el exterior, cuando las condiciones sean favorables.
Los vegetales y las carnes no son recomendados para secado exterior. Los vegetales son bajos en azúcar y ácido, lo cual incrementa el riesgo de su deterioro. Las carnes son altas en proteínas haciéndolos ideales para el crecimiento microbial cuando el calor y la humedad no pueden ser controlados. Es mejor secar carnes y vegetales en el interior usando condiciones controladas de un horno o deshidratador de alimentos.
Las frutas secadas en el exterior deben ser cubiertas o recogidas en cajas en la noche. El frío aire de la noche condensa y la humedad puede regresar al producto perjudicándolo.
Si el ambiente en el cual se encuentra el producto tiene una humedad relativa mayor que la actividad de agua que le corresponde a su contenido de humedad, el producto absorbe humedad. De modo que para secar no basta calentar; es necesario que la humedad relativa del ambiente donde se encuentra el producto sea suficientemente baja.
PRINCIPIO DE SECADO A
BAJAS TEMPERATURAS
Se denominan procedimientos de secado a bajas temperaturas, aquellos que usan aire a temperatura ambiente o calentado en 3 a 5oC, como medio de transporte de humedad y energía. En estos procedimientos se emplean bajos flujos específicos de aire (2,0 - 5,0 m3 / minuto). Los bajos flujos de aire, junto con las condiciones de éste, hacen que los procedimientos de secado a bajas temperaturas sean típicamente lentos y tarden días o semanas en alcanzar la humedad deseada del producto. En cambio, estos
procedimientos son energéticamente eficientes y el producto final es de buena calidad. Se les puede emplear para producciones tanto pequeñas como grandes, y sus puntos limitantes son las condiciones ambientales, la velocidad de cosecha del producto y el posible desarrollo de hongos. El secado a bajas temperaturas se parece al secado en el campo. El producto puede perder humedad hasta que se alcance el equilibrio entre la humedad del aire y la de éste. Como este tipo de secado es lento, al término del proceso casi la totalidad de la masa de granos va a estar en equilibrio térmico e higroscópico con las condiciones psicrométricas medias del aire de la región.
Hay consenso, entre los técnicos del sector almacenador, de que el secado de granos a bajas temperaturas presenta buenas perspectivas de aplicación en el país, principalmente ante la necesidad de ampliar la capacidad de almacenamiento, para lo cual esta tecnología reviste especial interés económico.
El secado a bajas temperaturas viene atrayendo, además al sector productor de semillas, puesto que con tal sistema se puede mantener la calidad del producto cosechado mejor que con el uso de secadores que funcionan a temperaturas elevadas.
Un sistema de secado a bajas temperaturas, si está debidamente proyectado y manejado, es un método de secado económico y técnicamente eficiente.
Algunos grandes productores de granos para semillas han optado por el secado a bajas temperaturas, debido a la calidad final del producto, la cual es mejor que la que se obtiene con los secadores que emplean aire a temperaturas elevadas, porque la pérdida de humedad es lenta y el producto no sufre choques térmicos; con esto se reduce la presencia de tensiones internas en los granos, las que podrían perjudicar su calidad.
PRINCIPIO DE SECADO A ALTAS TEMPERATURAS
Los procedimientos de secado a altas temperaturas se caracterizan por el empleo de aire calentado, por lo menos a 10oC, sobre la temperatura ambiente. Los flujos específicos del aire son mayores y en consecuencia, la velocidad de secado es más alta. Así el secado de granos a altas temperaturas se emplea en predios en que hay grandes producciones y la cosecha diaria es de un alto volumen, y en unidades almacenadoras colectoras e intermedias, que reciben productos húmedos.
TRATAMIENTOS PREVIOS Y POSTERIORES AL SECADO DE ALIMENTOS
Los productos antes de ser secados deben ser acondicionados a fin de lograr un secado uniforme y evitar el efecto de factores nocivos.
El secado de frutas y uvas necesitan tratamiento para matar los insectos y sus huevos.
El método de enfriamiento de alimento en bolsas plásticas. Colocar las bolsas en un frigider ajustado a -17,8°C o debajo y dejarlo al menos 48 horas.
El Método del horno, colocar el alimento en películas simples sobre una bandeja y colocarlo en un horno precalentado a 71°C por 30 minutos.
Algunas veces es necesario el escaldado o blanqueado de los alimentos, es decir someterlos a un baño de agua hirviendo por un corto tiempo (3 a 6 minutos o hasta que los tejidos del producto empiezan a ablandarse.
Otras veces se adiciona bisulfito de sodio, de potasio o de calcio; metasulfito de sodio o de potasio; dióxido de azufre o ácido sulfuroso para evitar la proliferación microbiana o el
pardeamiento enzimático o no enzimático. Sin embargo debe tenerse en cuenta el efecto tóxico de los derivados del azufre.
Es conveniente el uso de empaques adecuados para los productos secados para evitar la rehidratación o el efecto de factores nocivos.
Los alimentos secados son susceptibles a la contaminación de insectos y a la reabsorción de humedad y deben ser apropiada y inmediatamente almacenados. Primero, enfriar completamente. Los alimentos calientes causan encaramelamiento, el cual puede proveer suficiente humedad para el deterioro del producto.
EL CONTENIDO DE HUMEDAD EN UN PRODUCTO
La cantidad de agua evaporable existente en un producto, se expresa en relación a su masa total o a su masa seca.
Contenido de humedad en base húmeda (Hbh):
Hbh = (m-ms) / m
Contenido de humedad en base seca (Hbs):
Hbs = (m-ms) / ms
Donde: m = masa total del producto
ms = masa seca del producto
Para la determinación de la masa total y la masa seca de una muestra se utiliza una balanza de precisión. Para obtener la masa seca del producto muestreado, se coloca éste en un horno a 4 grados sobre la temperatura de ebullición del agua, hasta que llegue a un peso constante. Al nivel del mar es a 104oC
Si al secar un producto se grafica su contenido de
humedad en función del tiempo se obtiene la llamada curva de secado.
GRAFICO DE CURVAS DE SECADO
ACTIVIDAD DE AGUA
El agua en algunos productos se encuentra relativamente libre y en otros está muy ligada a su estructura. El concepto de actividad del agua en un producto expresa el grado de libertad que tiene el agua contenido en él.
LA ACTIVIDAD DEL AGUA COMO ACTIVIDAD TERMODINAMICA
Un producto intercambia agua con el ambiente que lo rodea hasta el equilibrio. En este estado los potenciales químicos del agua en el producto y en el aire ambiental son iguales, así como la temperatura. La actividad de agua de un producto es igual a la humedad relativa del aire con el cual éste se encontraría en equilibrio, en un ambiente cerrado a una temperatura definida y constante.
LOS FENÓMENOS FÍSICOS QUE CONTRIBUYEN A DEFINIR LA ACTIVIDAD DE AGUA SON:
EFECTO COLIGATIVO
En una solución las moléculas disueltas interactúan con las moléculas de agua a través de enlaces dipolo-dipolo, iónicos o de hidrógeno que son generalmente más intensos que los que existen en las moléculas de agua entre sí.
El efecto de esta interacción se manifiesta en cambios tanto de la presión de vapor sobre el
producto como de los puntos de ebullición y de congelamiento.
La magnitud de estos efectos depende de la concentración de moléculas disueltas (soluto).
En el caso de la presión de vapor, ésta disminuye si se incrementa la cantidad de soluto; decreciendo en consecuencia la actividad de agua del producto.
EFECTO DE CAPILARIDAD
La presión del vapor del agua sobre el menisco del agua contenida en un capilar es menor que la del agua pura debido a los cambios que produce en los enlaces hidrógeno la curvatura de la superficie.
En los productos, los capilares son en su mayoría poros de 10 a 300 um de radio, que no ejercen efecto sobre la disminución de la actividad de agua. Entre el 5 y 7% de los poros tienen radios entre 0,01 - 0,001 um, que sí ejercen un fuerte efecto sobre la disminución de la actividad de agua. Estos capilares son los últimos en vaciarse en un proceso de deshidratación.
INTERACCIÓN SUPERFICIAL
El agua de los productos interactúa con otras moléculas o grupos químicos a través de fuerza dipolo-dipolo, enlaces iónicos, fuerzas de Van der Waals y enlaces hidrógeno. En estos casos, las moléculas de agua requieren de mayor energía para convertirse en vapor, son menos libres y la actividad de agua se reduce.
El efecto de la interacción superficial está presente en todos los valores de actividad de agua, pero es más pronunciado para valores bajos. Es particularmente importante el contenido de humedad en el cual cada grupo iónico o polar tiene una molécula de agua ligada a él, llamado contenido de humedad de la monocapa. Generalmente, las reacciones que tiene el agua como medio de reacción no ocurren con velocidades apreciables si el contenido de humedad es menor que el valor de la monocapa.
LA ACTIVIDAD DE AGUA Y ALGUNOS FACTORES DE DETERIORO DE LOS ALIMENTOS
Los productos con elevado contenido de humedad son muy susceptibles al ataque de hongos porque la atmósfera intergranular presenta una humedad relativa alta, factor fundamental para la acción de los hongos.
El ataque de este tipo de microorganismos puede causar las siguientes pérdidas:
a) disminución del poder germinativo;
b) decoloración parcial o total del grano:
c) transformaciones bioquímicas;
d) producción de toxinas que pueden ser dañinas si las consumen animales o seres humanos;
e) pérdida de peso.
DETERIORO MICROBIOLÓGICO
El crecimiento de microorganismos depende de la actividad de agua en los productos. En muchos alimentos si la actividad de agua es menor a 0,7, los microbios no pueden desarrollarse. Con aditivos antimicrobianos, variando el pH, agregando sal o controlando la temperatura es posible evitar los deterioros en alimentos con actividades de agua mayores.
El efecto microbiológico puede ser inhibido, por ejemplo, mediante el uso de aditivos como el dióxido de azufre, sulfitos y derivados. Sin embargo, debe tenerse en cuenta los efectos de toxicidad y disminución de nutrientes. En el caso del sulfito y sus derivados se presentan casos de intolerancia en personas con poca acidez estomacal y se ha confirmado que actúa como inhibidor de la vitamina B1.
PARDEAMIENTO NO ENZIMÁTICO
El pardeamiento no enzimático es el deterioro de los alimentos producidos por la reacción de los azúcares reductores con aminoácidos para formar melanoidinas de colores pardos, olores y sabores no deseables y pérdidas de valores nutritivos y calórico.
El pardeamiento no enzimático se inhibe para una actividad de agua por debajo de 0,2 y crece con la
actividad de agua hasta alcanzar un máximo en el rango de 0,6 a 0,8; después del cual decrece al disminuir la concentración de los reactantes.
La temperatura es un factor que incrementa la velocidad de pardeamiento no enzimático. En consecuencia, al secar productos que presentan pardeamiento no enzimático se debe mantener la temperatura lo más baja posible (no mayor de 65oC) especialmente en el rango de actividad de agua donde las reacciones de pardeamiento son más rápidas.
PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO
Las enzimas pueden ser constituyentes normales de los productos o proceder de bacterias presentes en ellos.
Las reacciones enzimáticas se inhiben para actividades de agua menores de 0,3, aumentando con la actividad de agua hasta 0,6, después del cual se aceleran.
La velocidad del pardeamiento enzimático aumenta con la temperatura hasta los 45oC, después del cual disminuye por la desnaturalización de las proteínas.
LAS ISOTERMAS DE SORCIÓN
Son importantes en el análisis de los productos. Para el secado aportan información sobre los contenidos de humedad que deben alcanzarse a fin de lograr una actividad de agua adecuada para la conservación de los productos y permite conocer cual es el contenido de humedad mínimo que puede lograrse en un proceso donde el producto es expuesto a una corriente de aire con determinadas condiciones de humedad y temperatura.
PRINCIPALES FORMAS DE ISOTERMAS DE SORCIÓN
Un ejemplo de ISOTERMA DE TIPO I lo proporciona la adsorción del azúcar cristalino puro. En ella la ganancia de contenido de humedad es pequeña hasta que la actividad de agua alcanza valores superiores a 0,7 u 0,8. En este caso ocurre que el agua se liga mediante enlaces de hidrógeno a los grupos OH- en la superficie del cristal.
En estas condiciones, el contenido de humedad se eleva drásticamente pues la solución empieza a crearse; este punto generalmente corresponde a la actividad de agua de saturación y, a partir de él, el efecto coligativo empieza a manifestarse.
LAS ISOTERMAS TIPO II, presentan dos cambios de pendiente, una para actividades de agua entre 0,2 y 0,4 y otro entre 0,6 y 0,7.
LAS ISOTERMAS DE TIPO III, corresponden a productos que absorben agua ligándola fuertemente; por ello, la actividad de agua decae drásticamente. Esto explica la forma casi vertical
de la isoterma para bajos valores de actividad de agua; cuando todos los lugares de enlaces están llenos, al igual que los capilares más delgados, cualquier incremento del contenido de humedad causa un gran incremento de la actividad de agua; pues como el material no se disuelve, el agua que se adiciona interactúa sólo con el agua previamente presente a través de débiles enlaces hidrógeno.
HISTÉRESIS EN LAS ISOTERMAS
Las relaciones entre la actividad de agua y el contenido de humedad obtenidas por desorción y adsorción, en muchos casos resultan diferentes, esto es llamado histéresis en la sorción de la humedad.
La histéresis podría tener un efecto positivo en tanto con ella se obtiene, para igual contenido de humedad, una menor actividad de agua en la desorción que en la adsorción; sin embargo, se ha reportado que en procesos de desorción la velocidad de las reacciones de degradación de los productos son mayores que en los de adsorción.
EFECTO DE LA TEMPERATURA
SOBRE LAS ISOTERMAS DE SORCIÓN
En los productos cuyas isotermas son del tipo II para un determinado valor de actividad de agua, el contenido de humedad es menor si la temperatura aumenta. Esto se debe a la naturaleza de los enlaces del agua.
GRAFICO DE ISOTERMAS
REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS EN EL SECADO SOLAR
Al secar un producto se requiere calor para evaporar el agua que contiene.
CALENTAMIENTO SOLAR DEL AIRE.
Para el calentamiento solar del aire se utiliza un colector solar, en el que se producen dos fenómenos; conversión fototérmica de la energía solar y transferencia de energía térmica (calor) al aire por convección.
CALENTAMIENTO DEL AIRE
La potencia que hay que transferir al aire por el sistema de calentamiento:
Na = Q x a x Ca x T
Donde: Na = Potencia que hay que transferir al aire por el sistema de calentamiento (Watt)
Q = Flujo de aire (m3/s)
a = Masa específica del aire (kg/m3)
Ca = Entalpía específica del aire (J/(kg x °C))
T = Incremento de temperatura (°C)
CALCULO DE LA SUPERFICIE
DE LOS COLECTORES SOLARES PLANOS PARA CALENTAMIENTO DE AIRE FORZADO
La energía necesaria para calentar el aire está dado por la ecuación:
E = (Q Ca T) / Ve )
Donde: E = Energía necesaria para calentar el aire
Q = Flujo del aire
Ca = Entalpía específica del aire
T = Incremento de la temperatura del aire
Ve = Volumen específico del aire
Para el cálculo de la superficie del colector:
A = E / I
Donde A = Área del colector
I = Radiación solar media incidente
LA OFERTA DE TECNOLOGÍA DE SECADORES NO CONVENCIONALES.
Al diseñar un secador solar se trata de conjugar cuatro criterios básicos:
Lograr un producto seco de la mejor calidad.
Procesar la cantidad de producto previsto en el tiempo exigido.
Aprovechar al máximo la energía solar y el aire ambiente disponibles.
Lograr que el proceso de secado sea del menor costo posible.
El uso indebido de la fuente suplementaria de energía
puede provocar problemas de secado excesivo. Cabe recordar que el secado
excesivo causa perjuicio al usuario, quien venderá un producto de menor peso al
no tener el contenido máximo de agua permitido y además habrá gastado más
energía en el secado excesivo.
Existen diferentes tipos de secadores de diferente complejidad y capacidad, destinados a diferentes productos y condiciones meteorológicas en los cuales se obtienen productos secos de buena calidad. Comparado con el secado al sol
tradicional, en muchos casos se mejoró la calidad, se redujo el tiempo de secado y, sobre todo, se redujeron las pérdidas de producto. Asimismo, se logró una mayor independencia de las condiciones meteorológicas (posibilidad de secar en épocas con lluvias eventuales).
Una mayor complejidad del secador, en particular un flujo forzado del aire a través del secador, permite controlar mejor las condiciones de secado. Sin embargo en muchas partes del Perú no se dispone de electricidad, por lo que se ha considerado, para una difusión masiva, solamente secadores del tipo rústico.
SECADOR SOLAR CON PRECALENTAMIENTO DEL AIRE
En este tipo de secador el aire se calienta en el colector solar antes de pasar a la cámara de secado. El producto se coloca sobre una bandeja de malla de 1,5 mm de acero inoxidable, fibra de vidrio o de nylon. Evitar bandejas hechas de metal galvanizado recubierto con cadmio o zinc. Estos metales pueden oxidar, dejando pequeñas cantidades de residuos sobre el alimento. También evitar usar bandejas de cobre y aluminio. El cobre destruye la vitamina C e incrementa la oxidación.
El aluminio tiende a decolorar y corroer. Este secador puede utilizar como colector una calamina pintada de color negro mate, o un plástico negro no brillante, o un lecho de piedras, el cual se debe de pintar de color negro opaco, que además sirve como almacenador de la energía solar. El aire entra por la abertura inferior del secador, se calienta en el colector, el cual está cubierto con un plástico transparente, sube por convección natural y pasa por la cámara de secado retirando la humedad del producto.
SECADOR SOLAR DE TIPO INVERNADERO
Este secador se puede construir con una armazón de madera y plástico. La cara inclinada del secador se cubre con plástico transparente y se vuelve hacia el sol; las caras laterales se pueden cubrir con plástico de calidad inferior: el piso se cubre con plástico, sin orificios, sobre el cual se coloca una capa de 0,10 a 0,15 m de grano a secar: los bordes del piso pueden ser de madera y deben estar protegidos con plástico hasta una altura de
0,2m para evitar la entrada de agua de lluvia. En la parte inferior del lado inclinado y de las paredes laterales se debe dejar una abertura de 0,2 a 0,3m de altura para facilitar la entrada del aire. Se debe dejar la misma abertura en la parte superior del lado opuesto al lado inclinado, para facilitar la salida del aire. El aire que entra por la base del secador se calienta ahí mismo, lo que aumenta su potencial de secado y provoca su salida, por convección natural, en la parte superior.
COLECTOR SOLAR PLANO CON
SUPERFICIE ABSORBEDORA CUBIERTA POR UNA LAMINA TRANSPARENTE
Los colectores solares planos con superficie absorbedora cubierta por una lámina transparente se componen de una placa, generalmente metálica, pintada de negro opaco, que absorbe la radiación solar y está cubierta por una película semitransparente (plástico rígido o flexible, o vidrio), la que actúa como aislante térmico en la parte superior. En la parte inferior el colector lleva aislación térmica con materiales como lana de
vidrio o poliestireno,entre otros. La eficiencia de estos colectores llega al 50% con aumentos de temperatura hasta de 10oC: Para incrementar la temperatura de 10 a 17oC hay que instalar otra superficie transparente, paralela a la primera, a una distancia no inferior a 1,2 mm, para que la eficiencia no disminuya.
En la construcción de colectores de este tipo se pueden aprovechar edificios o estructuras ya existentes, como techos y paredes metálicas de galpones y silos.
COLECTOR SOLAR PLANO CON SUPERFICIE ABSORBEDORA SUSPENDIDA
Los colectores solares planos de superficie absorbedora suspendida se caracterizan por el paso del flujo de aire por debajo o por los costados de la superficie absorbedora. Son más eficientes que los anteriores y presentan una concepción diferente en cuanto a la forma de la superficie absorbedora,la que puede ser lisa o corrugada.
CONSTRUCCIÓN DE COLECTORES SOLARES PLANOS
Para la construcción de un colector solar plano que sea eficiente y adecuado para el secado de granos, se recomienda:
a) Usar películas de polietileno con un espesor de 0,2 a 0,4 mm, de preferencia tratadas contra la degradación por la radiación ultravioleta: materiales rústicos, como madera, ladrillos, piedras, planchas metálicas, malla de alambre y otros que son de fácil manejo, bajo costo y mejor vida útil.
b) En los colectores solares para calentamiento de aire, mantener la velocidad del aire alrededor de 2,5 m/s, pues una velocidad del aire inferior a dicho valor reduce la eficiencia de los colectores, y si sube de 5 m/s, causa elevadas pérdidas del sistema.
c) Mantener la pérdida de carga en el sistema colector-ductos en menos de 128 Pa, para el secado de granos.
d) Proteger las entradas de aire con telas metálicas con malla de 6 mm, para evitar la entrada de pájaros, roedores u otros animales
e) Los materiales que están en contacto con el suelo deben ser resistentes a la corrosión y deben evitar el desarrollo de hierbas dañinas y de hormigueros
f) Usar pernos en lugar de clavos, para facilitar la retirada del plástico transparente para guardarlo cuando su uso ya no sea necesario.
COLECTOR ALMACENADOR DE ENERGIA SOLAR CON CUBIERTA TRANSPARENTE
Los colectores almacenadores de energía solar con cubierta transparente acumulan una parte de la energía solar en forma de calor sensible, en un lecho de piedras que actúa como superficie absorbedora, atenuando las elevaciones bruscas de temperatura y promoviendo la estabilidad relativa de sus incrementos.
El colector almacenador continúa calentando el aire durante cierto tiempo después de la puesta del sol, debido a la energía almacenada en el lecho absorbedor. La magnitud de dicho incremento de temperatura y de los periodos adicionales de funcionamiento del sistema dependen de varios factores, tales como; flujo de aire, radiación solar incidente, espesor del lecho de piedras y otros detalles de la construcción del secador.
La eficiencia energética del colector almacenador puede variar ntre el 55 y el 60%. El uso de colectores de este tipo para secar granos a nivel de explotación agrícola es bastante interesante, por el empleo de materiales rústicos, la facilidad de contrucción, funcionamiento y mantención. No obstante , hay que considerar la viabilidad técnico- económica del proyecto.
SECADOR DE TIPO ROTATIVO PARA CAFE
Consta de una caja cuyos costados son de madera, con frente y fondo de malla de alambre. El secador tiene una inclinación variable, pues su eje de rotación está alineado en dirección norte-sur. La inclinación debe acompañar el movimiento en dirección sur, en vista de la colocación del secador en diversas posiciones durante el día, para aprovechar mejor la energía solar, principalmente cuando se trata de productos de superficie oscura, como es el caso del café.
Las variables que influyen en el proceso de secado en el secador rotativo son las mismas del secado en asoladores. La diferencia fundamental está en el hecho de que en los secadores rotativos, además de aprovechar mejor la energía solar, generalmente se aprovecha también mejor la acción del viento, dado que, dependiendo de la dirección de éste, el aire pasa a través de la capa de producto y facilita el secado de toda la masa.
El espesor de la capa de producto en el secador rotativo puede ser hasta de 0,15m. Cuanto menor sea el espesor de la capa de producto, más fácil será la penetración del aire. La acción de revolver el producto, mediante la rotación, es importante para que la humedad final sea uniforme en toda la masa.
SECADOR TIPO TROJE PARA MAÍZ
Consta de jaulas de 0,5m a 1,0m de ancho que permiten el paso del aire a través del maíz en mazorca. La estructura se construye con troncos; las paredes de la jaula son de malla metálica o de varillas de madera. El piso de la jaula se encuentra a unos 0,5m del suelo para evitar el acceso de los roedores, para lo cual además se colocan unos conos metálicos invertidos en cada pata.
SECADOR SOLAR PARA ORÉGANO
Importancia del orégano para los campesinos de Tarata
El cultivo de orégano en Tarata
El secador tipo estante
Construcción
SECADOR SOLAR PARA AJÍ
La producción de ají en Tacna
El secado tradicional de ají en Tacna
Pretratamiento en el secado de ají
El secador túnel rústico o Balfour
Descripción
Construcción
El secador túnel (con ventilador)
Descripción
Construcción
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