SECADERO SOLAR TIPO GABINETE PASIVO CON ESTANTES
Silvia Bistoni1, Adolfo Iriarte1,4, Víctor García1, Virginia Furque3, Sebastián Torchan3, Rene Luna3, Victor Luque1, Andrea Villafañez2 (1) Grupo de Energías Renovables, INENCO – CONICET, Fac. de Ciencias Agrarias.UNCa, silviabistoni@gmail.com (2) INTA, Agencia Belén, abelen@correo.inta.gov.ar
(3) Estudiantes, Fac. de Ciencias Agrarias, UNCa (4) Investigador del CONICET RESUMEN: El secado de productos es una de las formas tradicionales de obtener productos con valor regional en el NOA. Los productos son elaborados generalmente por las familias, y en forma artesanal, es decir exponiéndolo directamente al sol, lo que implica que sean de baja calidad. El empleo de algún tipo de tecnología solar podría mejorar la calidad del producto sin incrementar sustancialmente los costos de producción. En el presente trabajo se describe un secadero unifamiliar, para pequeños productores, tipo gabinete. Se realiza una evaluación térmica del secadero, se resumen los datos de secado de algunas frutas y vegetales y se analiza el proceso de secado de manzana, estudiando la influencia que sobre el producto final tienen los pretratamientos con metabisulfito de sodio y ácido cítrico. Los resultados demuestran que el secadero es apto para utilizarlo con frutas y hortalizas a nivel familiar, como así también se demuestra la importancia de realizar pretratamientos a los productos para mejorar la calidad final de los mismos.
1. INTRODUCCIÓN
El secado de producto es uno de los métodos más empleados para la conservación de alimentos. En particular, en la región del NOA es una de las formas tradicionales de obtener productos que posee valor regional: pasas de uvas, higos, pelones, orejones de durazno, manzana, etc. En la mayoría de los casos estos productos son elaborados por pequeños productores y sus familias y son realizados en forma artesanal, es decir exponiéndolos directamente al sol. Debido a esto, las posibilidades de contaminación son grandes y los productos no son de óptima calidad, a la vez que se producen importantes pérdidas debido factores climáticos, como ser lluvia, viento, rocío, etc. Algunos productores, con el objeto de evitar estas pérdidas cubren el producto con plásticos o los colocan en bandejas que poder guardarlos cuando se requiere.
La mejora en la calidad del producto, mediante el empleo de alguna tecnología de secado solar, redundará en la economía familiar ya que la mayoría de estos productores viven de la comercialización de estos productos.
Existen numerosos diseños de secaderos solares adaptables al tipo de producto y al nivel de producción. Hossain y Bala (2007) proponen un secadero túnel para el chile, con convección forzada; Jairaj et al. (2009) presenta una recopilación de diferentes diseños que se han utilizado para el secado de uva; Condorí et al. (2009) presenta un secadero indirecto a nivel industrial para el secado de hortalizas con colectores solares y cámara de secado. Para el secado de pimiento para pimentón en el NOA se han propuestos varios diseños, desde semi industriales a aptos para pequeños productores: secaderos tipo invernaderos (Bistoni et al.,2008), secadero mixtos con cubiertas de plástico (Bistoni et al., 2010), secadero industrial híbrido solar biomasa que permite la producción continua de pimiento desecada (Condorí et al., 2010).
Dentro de la tecnología de secado solar, cuando la capacidad de producción es pequeña, se recomienda el uso de secaderos tipo gabinete. Básicamente están construidos por una caja de madera con una cubierta transparente y bandejas en su interior donde se coloca el producto. La circulación del aire es por convección natural y a
través de orificios (Saravia el al., 1992). Estos secaderos, si bien son de construcción sencilla, deben estar bien diseñados para favorecer la circulación del aire. Hallak et al (1996) proponen un modelo de secadero para pequeños productores agrícolas que es de fácil diseño y permite obtener un producto de buena calidad, reduciendo el tiempo de secado respecto al secado tradicional al sol. Este secadero tiene la forma de una escalera metálica con doble pared de metal galvanizado en su base y lados.
Otro proceso necesario para obtener un producto de calidad, es la realización de un pre tratamiento a los alimentos antes de introducirlos al secadero. Su empleo mejora la textura, el color, sabor, retarda los procesos de pardeamiento y preserva sus nutrientes y vitaminas.
Los pretratamientos más utilizados, por la facilidad de su aplicación y efectividad, son el blanqueado, salado, almibarado, azufrado, inmersión en sulfito, etc. (Brenndorfer et al. 1985).
La aplicación del pretratamiento es variable en cuanto al tiempo de inmersión del producto en la solución, en su concentración, en la temperatura de la solución entre otros. También influye el tipo de producto y ciertos factores como son el estado de madurez y tamaño. Existen normas que deben observarse para la utilización de cierto tipo de reactivos, por ejemplo en los derivados del azufre. Sin embargo existen otros tipos de sustancias, como el azúcar y la sal, en los que prácticamente no hay límite legal en cuanto a cantidad, siendo un condicionante es el sabor obtenido.
En el presente trabajo se describe un secadero unifamiliar, para pequeños productores, tipo gabinete, similar al utilizado por Hallak et al. (1996), con modificaciones para la circulación del aire en el interior del secadero y utilizando materiales que se encuentran en el mercado local. Se presentan los datos de secado de algunas frutas y vegetales, analizándose solamente el proceso de secado de manzana y se estudia la influencia que sobre el producto final tienen los pretratamientos con metabisulfito de sodio y ácido cítrico. También se realiza una evaluación térmica del secadero.
2. MATERIALES Y METODOS
2.1 Descripción del secadero
El secadero es tipo gabinete con estantes escalonados en donde se colocan las bandejas con el producto. Consta de una caja con estructura de hierros “L” con madera en los laterales y base. Sus dimensiones son 2 m de largo, por 1 m de ancho y 0,50 m de profundidad. El modo de calentamiento es directo por lo que el interior de la caja está pintado de negro para que funcione como un colector solar. El secadero está inclinado para favorecer la captación de la radiación solar, Fig. 1.
Figura 1. Esquema Secadero Figura 2. Vista Secadero 1.0 m 1 m chimenea compartimiento de secado bandejas de malla aislación
El secadero está dividido en tres compartimentos, correspondiente a las tres bandejas que posee, Fig. 2. Estas partes están divididas por separadores de policarbonato, colocados en forma vertical respecto a la superficie del suelo. En estos separadores se han realizado tres agujeros de 0,05 m de diámetro cada uno por donde circula el aire. La cubierta del secadero es de policarbonato alveolar de 6 mm de espesor y está dividida en las mismas tres partes. Cada una de estas cubiertas es rebatible sobre una de sus lados para facilitar la carga y descarga del secadero, ya que permite abrir los compartimentos independientemente sin tener que sacar toda la cubierta. El aire ingresa al secadero por la base a través de sección de área de 0,20 m2 y es obligado a circular por las bandejas a través de los agujeros que se encuentran en los separadores. Esta abertura esta cubierta por tela “mosquitera” plástica. En la parte superior presenta una chimenea de 1,00 m de longitud y construida con caño de plástico blanco de 0,10 m de diámetro. La circulación del aire es por convección natural, facilitada por la incorporación de la chimenea. Las bandejas constan de un marco de madera y malla media sombra doble (0,80 %) y van colocadas inclinadas respecto a la superficie horizontal, de manera tal que cuando el secadero está inclinado, las bandejas quedan horizontales.
2.2 Evaluación térmica del secadero
La eficiencia del secadero se determinó mediante la ecuación [1] que evalúa el funcionamiento térmico del mismo:
[1]
Wo es el peso inicial del producto (kg), Wf es el peso final (kg), Lv el calor latente de vaporización del agua para la temperatura de salida (kJ/kg), I es la irradiancia durante el tiempo de secado y Ac es el área de colección.
2.3 Proceso de secado
Se utilizaron diferentes productos regionales. Para el ensayo de secado de manzana se utilizó Manzana variedad Red Delicious que se consigue en el mercado. La manzana es una fruta que se pardea con mucha facilidad, razón por la cual se la sometió a dos tratamientos previos al secado: inmersión en una solución con metabisulfito de sodio (Na2S2O5) al 0,3 % durante 15 minutos y en una solución con ácido cítrico al 1,2 % durante 15 minutos. El peso seco del producto se obtuvo llevando una muestra a estufa a 102 ºC hasta obtener peso constante. La cinética de secado se siguió a través de muestras representantes del producto que fueron colocadas en distintos lugares del secaderos; las mismas se pesaron dos veces al día con una balanza electrónica (± 0,1 g). Para pesar el producto se utilizó una balanza de plato (± 1 g). Para graficar las curvas de secado se tuvo en cuenta el contenido de humedad en base seca (bs), (Saravia et al., 1992). Se determinó la relación de secado, Rs, cociente entre la masa inicial del producto a secar y la masa final del producto secado.
2.4 Instrumentos de medición
Para medir la temperatura y humedad se utilizaron Data Logger tipo HOBOS inalámbricos con sensores externos “Smart sensor” que permite medir temperatura en el rango de -40 °C a 75 °C, precisión de ± 0,2 °C, con una resolución de 0,02 °C y humedad relativa del aire entre 10 - 90 %, precisión de ± 2,5 %, con una resolución de 0,1 %. Los sensores para la medición de temperatura son termistores y para la medición de humedad semiconductores HUM-RHPCB-2. Ambos están contenidos por una funda de PVC modificado con una membrana de polietersulfona hidrofóbicas (PES). Fueron distribuidos en diferentes puntos del secadero. También se usaron medidores Data Logger tipo HOBOS U12 con sensores internos y externos; temperatura (± 0,5 ºC) y
humedad (± 1%;). La radiación solar se midió con un piranómetro inclinado Kipp & Zonen (± 5 %) asociado a un datalogger tipo Adam. Las variables meteorológicas se determinaron con una estación meteorológica instalada en el lugar de la experiencia. 3. RESULTADOS
3.1 Evaluación térmica.
Para el secadero vacío, entre las 13 horas y las 16 horas, la temperatura en el compartimento superior alcanzó los 80 ºC, la del compartimento del medio aproximadamente 70 ºC y el inferior 65 ºC, para una irradiación diaria de 23,6 MJ/m2. Estos valores de temperatura descendieron con el secadero cargado, dado que el aire al aumentar la humedad disminuye su temperatura. Para el segundo día de secado se tuvo: 68 ºC en el compartimento superior, 63 ºC al medio y 42 ºC en el inferior.
3.2 Secado de productos.
Tabla 1. Productos frutales y hortícolas y pretratamientos aplicados
Producto Tiempo de secado (días) Pretratamiento- cortes Observaciones: periodo de secado y apariencia producto
final
Manzana 2
En rodajas de 5 mm de espesor. Inmersión en metabisulfito y en ácido cítrico
Mes de noviembre. No se observa pardeamiento con los pre
tratamiento
Membrillo 1 1/2
Peladas, se extrajo el corazón con sacabocado. Rodajas de
1cm. Previo al secado se bañan en solución en jugo de
limón y agua (1:3)
Mes de marzo
Cereza 2 Con semilla Mes de diciembre
Ciruela 2 Sin semillas Ídem cereza
Ciruela 3 Con semilla Ídem anterior
Durazno 2 1/5 Con semilla Mes de febrero
Anquito 1 a 1 1/5
Cortes finos de 3 a 5 mm en juliana y daditos de 3 a 5 mm
de lado. Escaldado en agua hirviendo durante 1 minuto
Mes de abril. Color y olor intensos
Zanahoria 1
Cortes finos de 3 a5 mm en rodajas y juliana. Escaldado
en agua por un minuto
Ídem anquito. Color y olor intensos.
Cebolla 2 Cortes de 1 cm en rodajas Mes de abril. Colores claros, olor
intenso.
Ajo 5 Ajo entero sin sus catáfilas de
protección.
Mes de enero. Color caramelo. Olor intenso.
Pimiento
morrón 2
Cortes de 1, 5 cm. Sin semillas.
Mes de marzo. Se observó exceso de calor por la coloración
oscura (caramelización de azucares) del producto final. Pero
de excelente aroma y sabor. Tomate
redondo 1 1/2
Cortes en rodajas con semillas. Sin tratamiento.
Mes de enero. Color y olor intensos
Tomate
perita 2
Cortes por mitades con semillas.
Ídem anterior Color y olor intensos Zapallito
verde de tronco
2 Cortes en rodajas de 1 cm con semilla y cáscara
Ídem anterior. Se observa que la semilla y la cáscara habría que
eliminarlas previo al secado porque dificulta la rehidratación para la elaboración de comidas.
Durante el verano y el otoño, se utilizó el secadero para secar frutas y hortalizas. En la tabla 1 se muestran los distintos productos, con los pretratamientos o cortes realizados, el tiempo de secado y algunas observaciones pertinentes a la apariencia final del producto. En general los productos llegaron al 20 % de su masa inicial entre 1 y 3 días aproximadamente.
3.3 Secado de manzana
Se cargaron 10,440 kg de manzanas. Las mismas no se pelaron y se cortaron en rodajas de 0,005m de espesor. Para una carga de producto fresco (manzana) 10,441 kg y un peso total seco de 2,293 kg, con una irradiación total durante el tiempo de secado (dos días) de 46 MJ/m2 y un área de colección de 2 m2 la eficiencia del secadero fue de 20 %, valor adecuado para un secadero en convección natural. La Fig. 4 muestra las variaciones del contenido de humedad en base seca (bs) en función del tiempo para las muestras con y sin pretratamientos. Si bien las muestras tratadas con ácido cítrico manifiestan un proceso de secado más rápido que las tratadas con metabisulfito de sodio, ambas muestras alcanzaron el mismo contenido de humedad a las 17 horas del segundo día, no así las muestras sin tratamientos. El secadero cargado con manzanas se muestra en la Fig. 5.
Figura 4. Curvas de secado de manzana Figura 5. Vista del secadero cargado con manzanas
4. CONCLUSIONES
El secadero propuesto cumple con las expectativas de grupos familiares que tienen como medio de vida la venta de productos hortícolas y frutícolas desecados. Si bien el secadero permite una carga no superior a los 20 kilos, dependiendo del tipo de producto. El tiempo en que se obtiene el producto final está entre uno y tres días, lo que permite que la producción pueda dividirse en etapas para ser secada.
Al ser un diseño sencillo, el manejo del secadero es fácil, lo que implica que la apropiación de esta tecnología por parte del productor es segura, además de ser bajos los costos de construcción.
Permite secar gran variedad de productos agrícolas siendo ésta una de las características de los pequeños productores que no se dedican a un cultivo único.
Como en cada compartimento la temperatura es diferente, es posible seleccionar de acuerdo al producto, la ubicación de la bandeja, evitándose así la cocción del mismo.
En cuanto a los pretratamientos se puede decir que son aconsejables para obtener un producto de buena calidad, a la vez que permiten disminuir el tiempo de secado. En el caso de la manzana, si bien tanto el ácido cítrico como el metabisulfito de sodio evitaron el pardeamiento de la fruta se aconseja el uso del primero por no presentar toxicidad.
5. REFERENCIAS
Brenndorfer B., Kennedy L., Oswin Bateman C., Trim D., Mirema G. &C. Wereko- Brobby, Solar Dryers – their role in post-harvest processing, Commonwealth science council, 1985.
Bistoni S., Iriarte A., García V.& M. Watkins, Estudio de un ensayo de secado de tomate en secadero solar indirecto, Investigaciones en Facultades de ingeniería del NOA, CODINOA, Vol. 2, pp. 55- 60,2008.
Bistoni S., Iriarte A., Luque V. & S. Gómez, Evaluación del comportamiento de un secador solar mixto para pequeños productores, Investigaciones en Facultades de ingeniería del NOA,CODINOA, Vol 2, 295- 300, 2010.
Condorí M., Durán G., Vargas D. & R. Echazú, Secador solar híbrido. Primeros ensayos, Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente Vol. 13, pp 02.35- 02.42, 2009. Condorí M., Durán G., Echazú R. & G. Diaz Russo, Secador industrial híbrido solar-
biomasa para la producción continua de pimiento deshidratado, Energías Renovables y medio ambiente, Vol 25, pp 81-92, 2010.
Hallak H., Hilal J., Hilal F. & R. Rahhal, The staircase solar dryer: design and characteristics, Renewable Energy, Pergamon, Vol. 7, Nº 2, pp. 177-183, 1996.
Hossain M.A., & B.K Bala, Drying of hot chilli using solar tunnel drier, Solar Energy, Elsevier, Vol 81, pp 85-92, 2007.
Jairaj K.S., Singh S.P. & K.Srikant, A review of solar dryers developed for grape drying, Solar Energy, Elsevier, Vol 83, pp. 1698-1712, 2009.
Saravia L., Arata A., Horn M., Sinicio R., Beltran R., & R. Corvalán, Ingeniería del secado solar, CYTED, 1992.
