La característica principal de los secadores solares es que utilizan la radiación solar durante el proceso de deshidratado a un producto que en su mayoría son agrícolas para poder alargar la vida de estos. “La energía del sol ha sido aprovechada en secadores solares para diversos productos agrícolas” (Almanza y Muñoz,1994 como se citó en Berrueta, 2001). “En tiempos antiguos, en países tropicales, se utiliza el sol para secar productos como maíz, frejol, café, entre otros” (Como se citó en Masías 2019). Un secador solar es un mecanismo simple que solo necesita de la energía solar para poder secar productos como frutas, verduras y carnes. La energía necesaria para el secado se puede estimar conociendo la masa de producto, la humedad inicial y la humedad final que se desea obtener (Fudholi et al. 2010, como se citó en Masías 2001).
El secador solar utiliza la energía solar para deshidratar productos húmedos, este secador es diseñado y construido a las necesidades que se requiera, en estas se puede controlar las variables.
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Las ventajas de un secador es el consumo de energía renovable, por otro lado, su fácil implementación y adquisición hace que se sea rápida su utilización, su operación es de manera muy fácil y no depende del lugar a utilizar.
Consta de varias partes las cuales hacen que el funcionamiento sea óptimo; dentro del colector solar se calienta un fluido, luego pasa a la cámara de secado y se evapora el agua del producto a secar en un tiempo hasta alcanzar una humedad requerida.
Elementos de un secador solar
El Instituto de Investigación Tecnológica Industrial (ITINTEC, 1982) fundamenta que los colectores solares son la parte que direcciona el aire caliente a las cámaras de secado. Los elementos de un secador dependerán del tipo de secador a utilizar, pero tienen en común son la cámara se secado y el colector solar. Aquí describiremos algunos elementos:
a. Colector solar
El colector es la primera parte de un secador solar en la cual calienta el aire que será inyectada a una cámara de secado.
Según Blanco y Valldecabres (2016) propuso el montaje del prototipo del secador solar directo para las comunidades rurales.
El ángulo de inclinación del colector dependió de la zona en la que se instale. Teniendo en cuenta que no debe de ser menor a los 10°, de manera que no afecte el limpiado de este pues se toma la lluvia como limpiador.
Así el colector deberá considerar las siguientes características:
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- Número de cubiertas. Estos colectores resultan más económicos, una dificultad se presenta en un mal rendimiento.
En particular se usa una sola cubierta. Al contar con más de una, esto podría causar problema de obstrucción.
- Relación entre la placa y flujo de aire. La ubicación de las placas con relación a las cubierta del colector resultan simples, por otra para evitar el estancamiento del flujo de aire, la parte las la cavidad entre la cubierta y la placa deben de ser bien selladas, de modo que pueda salir mayor temperatura.
- Modelo de placa: El color de las placas deben de ser color negro los modelos que podemos trabajar son dos: plana o corrugada. Las placas de modelo plana resultan más sencillas, por otra parte las placas de modelo corrugadas son más eficientes por su mayor absorción de calor para el trabajo del colector.
En la figura 3 se muestra un modelo de un colector solar plano cuyo trabajo es calentar el aire que circula sobre la superficie y retira la energía en forma de calor. Para mejorar las condiciones de calentar el aire se propone que la superficie está pintada de negro de manera que capte mayor radiación del sol.
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Nota: Tomado de Emison. Secadores Solares
b. Cámara de secado
En la figura 4 podremos observar la parte de la cámara de secado donde se observa las charolas que puedes ser de diferente material (madera, metal). La cámara de secado es la entrada del aire la que interactúa con el producto que se quiere deshidratar absorbiendo la humedad del producto. Debemos de saber que entre más caliente este la cámara más humedad se podrá retirar. La cámara de secado puede contar con un tablero de control para facilitar el secado del producto a trabajar; dentro de la cámara de secado se encuentran ventiladores y bandejas de manera que el producto no se acumule para evitar que tenga secado desigual.
Figura 3
Modelo de un Colector Solar
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Reflector solar
Nota: Tomado de Unknown, 2014. Secador Solar
c. Reflectores Solares
Los reflectores son de material de vidrio, son espejos planos del mismo tamaño del colector dividido en dos para su fácil manipulación y su movimiento para un ángulo adecuado, se encuentra en los extremos del colector lo cual capta los rayos solares y envía este al vidrio del colector, esto hace que el colector capte más calor e ingrese a la cámara de secado.
Nota: Tomado de Camayo et al. 2020. Instalación y evaluación de secador solar autónomo para secado de papa en Tarma
Figura 4
Cámara de Secado de un Secador Solar
Figura 5
Reflectores Solares de un Secador Solar Indirecto
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Tipos de secadores solares
En la revista Tecnológica para el Desarrollo Humano nos describe según la distribución de los elementos tres tipos de secadores solares:
a. Secador solar indirecto
El secador solar indirecto está compuesto por de dos partes separadas: un colector solar y la cámara de secado; el colector solar convierte la radiación solar en calor por convección natural, este calor circula a la cámara de secado donde se coloca los productos a secar. Este tipo de secador es de un secado rápido pero los costos son un poco elevados. Pero la calidad del producto es mejor, pues presenta mejor color, apariencia, y mantiene sus propiedades nutricionales, pues esto debido a que no están expuestos directamente a la radiación solar.Ver figura 6:
Nota: tomado de Agri Waste.
b. Secador solar directo
El secador solar directo está compuesto de una sola pieza, que son el colector solar junto a la cámara de secado, la cual este actúa de Figura 6
Esquema de un Sistema de Secado Solar Indirecto
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la misma forma pues la radiación solar afecta directamente al producto a secar. El aire que ingresa al colector es calentado por la irradiación de los rayos solares, la cual esta circula a su vez por convección natural, obteniendo como resultado un secado rápido y costo accesible. Ver figura 7
Nota: Tomado de YoReciclo. Deshidratación Solar
c. Secador solar mixto
El secador solar mixto está compuesto por un colector solar y una cámara de secado directo. La cual permite al secador optimizar la deshidratación del producto, pues el aire ingresa por el colector convirtiendo este en calor, este calor ingresa a la cámara de secado que también llega la irradiación solar directa al producto. Ver figura 8
Figura 7
Partes de un Secador Solar Directo
38 Figura 8
Prototipo de un Secador Solar Mixto
Nota: tomado de Besora. Secador Solar de Café.
Eficiencia del secador
“La eficiencia es la relación de la energía utilizada entre la suma de la energía perdida y la utilizada”. (Earle y Early, 2015, como se citó en Landa 2019).
Para el cálculo la de eficiencia del secador se relaciona la cantidad del agua del producto entre el descenso de agua la cual esta fue evaporada en el transcurso de los días se secado.
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎 (𝑘𝑔) 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 × 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜
Temperatura máxima de secado del producto
La temperatura varía en el tipo de producto y se indica el valor máximo en el que se va trabajar, pues esto dependerá para la eliminación del agua y así el producto no pierda sus características principales. Ver tabla 1.
39 Tabla 1
Contenido de Humedad de Algunos Productos y Temperatura Máxima Tolerable
Nota: Tomado de Almada et al., (2005)
Radiación solar
La principal fuente de energía que recibe nuestro planeta es el sol, esta permite energía en forma de calor debido a las reacciones nucleares que existen en su interior. La radiación solar es energía que llega a la superficie de la tierra (corteza terrestre, océanos y atmosfera) mediante ondas electromagnéticas, el sol emite ondas denominadas espectro solar a una temperatura de 6000 °K, las ondas atraviesas el vacío del espacio. (DEAM - Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales)
Producto Fresco
(%)
Seco
(%) °C
Granos:
Arroz 24 14 50
Maíz 35 15 60
Maní 40 9 n/d
Café 50 11 n/d
Tubérculos:
Papa 75 13 55
Camote 80 13 70
Yuca 62 13 n/d
Hortalizas:
Cebolla 80 4 55
Tomate 95 8 65
Repollo 94 4 55
Zanahoria 70 5 60
Ajo 80 8 a 10 55
40 Nota: Elaboración a partir de IDEAM
La radiación solar en el Perú, teniendo en cuenta los registros del SENAMHI nos brinda datos que en el año 2018 en diciembre se contaba con una radiación solar alto, en tanto en el año 2019 se llegó a 15 puntos en el departamento de Tacna y hasta 17 punto en el departamento de Moquegua.
Figura 9
Energía Radiada por el Sol y la Tierra
41 Nota: Tomada de SENAMHI
Junín cuenta con 19 estaciones meteorológicas registradas en Dirección del Servicio Nacional de Meteorológica e Hidrología (SENAMHI, 2003).En las estaciones meteorológicas más cercanas se encuentran Huasahuasi, Jauja, San Ramón.
Tomando en consideración la investigación sobre el tema de la radiación solar en las diferentes estaciones meteorológicas del departamento de Junín. (Camayo, et al. 2017) presentan datos para analizar en el modelo y la instalación de los equipos solares. Las radiaciones solares en la región Sierra presentan valores aproximados de 5,6 kWh/m2 /día y la región Selva presenta valores aproximados de 4,2 kWh/m2 /día lo que Figura 10
Radiación Solar del Perú 11 de Enero 2019 - SENAMHI
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hace asequible en nuestra región el trabajo de energía a partir del sol. A partir de ello se puede observar en la Tabla 2 el valor de radiación en la provincia de Tarma:
Tabla 2
Radiación Solar Global Diaria Promedio Mensual Considerada con el Modelo Empírico Bristow-Campbell de las Estaciones Meteorológica de la Región Junín
Radiación solar global diarias promedio mensuales, [kWh/m2/día]
Nº Estación Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dec Prom.
1 Pichimaki 4,15 3,99 3,99 3,73 3,41 3,31 3,47 3,93 4,38 4,46 4,37 4,12 3,94
2 Jauja 6,09 5,83 5,50 5,55 5,41 5,22 5,39 5,89 6,23 6,45 6,59 6,15 5.86
3 Huasahuasi 4,70 4,22 4,30 4,46 4,31 4,18 4,26 4,72 4,98 5,05 5,22 4,72 4,59
4 Tarma 6,17 6,03 5,82 5,45 5,00 4,76 4,81 5,30 5,72 6,05 6,13 6,11 5,61
Nota:Tomado de Camayo (2017).” Validación y aplicación del modelo Bristow Campbell para estimar la radiación solar global de la región de Junin”
Deshidratado
Secado de alimentos
“El proceso de secado implica transferir masa entre un gas y un sólido, donde la humedad se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa”
(Treybal, 1998).
El objetivo de este proceso es remover humedad libre de la superficie y también agua retenida en el interior. Para obtener una curva de velocidad de secado, se tiene que determinar el cambio en el contenido de humedad del material con respecto al tiempo.
Por ello cabe destacar que el desecado es la reducción de agua del alimento en condiciones ambientales naturales o artesanales. Los alimentos que se pueden desecar son frutas, hortalizas, legumbres, hongos, carne y pescado.
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Productos deshidratados
La deshidratación es a reducción de la cantidad de agua del alimento por calor artificial o industrial (aire previamente calentado). Los alimentos que podemos deshidratar son frutas, hortalizas, legumbres, hongos, especias, huevos.
Un producto deshidratado depende de varios factores, se consideran como factores importantes el color (cromaticidad) y la uniformidad del contenido de humedad (kg/kg en base seca) (Unadi et al., 2002)
La deshidratación de productos abarca desde tiempos muy antiguos para la conservación de los alimentos, pues consiste en eliminar agua presente en los alimentos mediante el uso de calor, su finalidad de uso es para conservar y alargar el tiempo de vida útil del producto.
Es en la actualidad es de suma importancia la conservación de los alimentos y que estos no sufran de grandes modificaciones para así obtener un producto de gran aceptabilidad y calidad para los consumidores de nuestro país.
Mecanismo de deshidratado
En la aplicación de calor sobre un alimento, podremos encontrar dos fenómenos en simultaneo:
- Transferencia de energía. - en este caso el principal elemento es el calor, que evapora la humedad del producto hacia la superficie.
- Transferencia de humedad. - donde la parte interna hacia superficie del sólido y su posterior evaporación debido al proceso anterior.
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Humedad inicial y final del producto
La humedad de un sólido se puede definir unas dos partes, tenemos la humedad inicial que es el total de agua de un sólido, y la humedad final que es la cantidad de agua que se extrae del sólido. La humedad final dependerá de tipo de solido a obtener y de acuerdo a la conservación que se desea.
Formula de base seca:
𝑌𝑆=𝑚𝑤
𝑚𝑠 × 100 %
Formula de base húmeda:
𝑋𝑆=𝑚𝑤
𝑚𝑠 × 100 % Donde:
𝑋𝑆 = humedad base húmeda 𝑌𝑆 = humedad en base seca 𝑚𝑤 = masa de agua (kg) 𝑚𝑠 = masa seca (kg)
Betarraga (Beta Vulgaris var. conditiva)
La betarraga (beta vulgaris var. conditiva) conocida como remolacha o betabel es una hortaliza que pertenece a la familia botánica de las Quenopodiáceas y al género Beta, esta hortaliza es de siembra directa, pecioladas, oblondas, el color de sus hojas es verde intenso y su raíz es carnosa y de color morado.
Las características botánicas principales de esta planta son: raíz profunda, grande y carnosa, tiene forma globular cilíndrica el tamaño depende de la siembra, está cubierta por una piel delgada, la pulpa es de sabor dulce y color rojo oscuro carmesí, en ocasiones se podrá notar
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círculos concéntricos de color más oscuro, se consume como hortaliza tanto la raíz como también las hojas. Las hojas también tienen propiedades nutricionales altamente buenas para la salud humana.
(Sierra exportadora, 2013).
Esta hortaliza es cultivada en climas templados. Siendo su raíz una fuente excelente de color debido a su contenido de una mezcla de pigmentos llamados betalainas que se dividen en pigmentos rojos (betacianinas) y pigmentos amarillos (betaxantinas) (Gonzales et al., 2010).
Nota: Sierra exportadora, 2013
Taxonomía y nombre científico de la betarraga (Beta vulgaris var.
conditiva )
Morales (2007), menciona la betarraga (Beta vulgaris var. conditiva) pertenece a la familia Quenopodiáceas y al género Beta. A continuación, presentaremos en la tabla 3 la clasificación taxonómica de la betarraga (Beta vulgarisvar. conditiva):
Figura 11
Betarraga (Beta Vulgaris var. conditiva)
46 Tabla 3
Clasificación Taxonómica de la Betarraga (Beta vulgaris var. conditiva)
Reino Plantae
División Magnoliophyta
Clase Magnoliopsida
Orden Caryiophyllales
Familia Chenopodiaceae
Genero Beta
Especie B. vulgaris
Nombre binomial Beta vulgaris
Nota: Tomado de Morales (2007)
Composición química de la betarraga (Beta vulgaris var. conditiva) Según la tabla peruana de composición de alimentos la betarraga (Beta vulgarisvar. conditiva) tiene una composición como se muestra en la siguiente tabla 4:
Tabla 4
Composición Química de la Betarraga (Beta vulgaris var. conditiva)
Betarraga (Beta vulgaris var. conditiva) Composición en 100 g.
Energía (kcal) 43
Energía (kJ) 180
Agua (g) 87.6
Proteína (g) 1.6
Grasa total (g) 0.2
Carbohidrato totales (g) 9.6
Carbohidrato disponible (g) 6.8
Fibra cruda (g) 1
Fibra dietaria (g) 2.8
Ceniza (g) 1.1
Calcio (mg) 16
Fosforo (mg) 40
Zinc (mg) 0.35
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Hierro (mg) 0.8
Vitamina A equivalentes totales (ug) 2
Tiamina (mg) 0.03
Riboflavina (mg) 0.04
Niacina (mg) 0.33
Vitamina C (mg) 4.9
Nota: Tomado de INS (2009)
Consumo y uso de la betarraga industrialmente
La betarraga (Beta vulgaris var. conditiva) es consumida mediante cocción y posteriormente en ensaladas, son pocos consumidos deshidratados debido a que son poco comercializados en el mercado.
Por otra parte, la betarraga deshidratada y zumo de la misma, son utilizados como pigmento rojo utilizados en alimentos, la principal fuente es la betalainas. Son responsable al color rojo, que son utilizadas en diferentes productos como lácteos, postres, pastas, etc., también contiene propiedades antioxidantes que pueden beneficiar mucho a la salud. (Agnieszka, K. Krzysztof, G. 2010)
Producción nacional de la betarraga
Según MINAGRI (2017), en los años 2000 la producción de betarraga llego a unas 30 713 ton. En comparación al año 2006 la producción se redujo a 20 000 ton., por lo tanto podemos apreciar que la producción de la betarraga no estuvo en muy buen estado de crecimiento pues la tendencia estuvo en descendencia.
Pero a partir del año 2016 en adelante la producción de la betarraga comenzó a presentar una tendencia creciente en 1 % anual, de modo que en el 2016 la cantidad de producción se alcanzó en un 34 265 ton.
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de producción (Figura 12) por otra parte con respecto al precio de venta de la betarraga, este mostro una tendencia creciente pues en el año 2000 llego a costar S/. 0.38 el kg, en comparación al año 2016 que se Vendió a S/. 0.80 por kg.
Nota: Tomado de MINAGRI-DGESEP
Tabla 5
Principales Zonas Productoras de Betarraga en el País
Departamento Superficie (ha) Producción (t) Rendimiento (t/ha)
Arequipa 150 2550 17
Lima 135 2200 16
Cajamarca 100 720 7
Ancash 95 665 7
La Libertad 86 629 7
Junín 80 1256 13
Total Nacional 752 8529 11
Nota: Tomado del Ministerio de Agricultura (2013) Figura 12
Producción y Precios de la Betarraga en el Perú (2000-2016)
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Betalainas
Según Downham (2000) las betalainas se encuentran en raíces, frutos y flores. Algunas fuentes que son comestibles los podemos encontrar en la betarraga, la acelga suiza, el amaranto, frutos de cactus (genero Opuntia y del Hylocereus). Pero la mayor fuente comercial de betalainas es la betarraga
Las betalainas son alcaloides derivados de la tirosina, podremos encontrar dos tipos: la betacianinas “b” (rojo-violáceo) y las betaxantinas “c” (anaranjados amarillentas); el núcleo que comparten las dos son el ácido betalámico (a). (Halvorsen et al. 2002).
Nota: Tomado de Stintzing y Carle (2004) y Slimen et al. (2017).
El Codex Alimentarius Commission (2004) autoriza el uso de las betalainas y también es comercializada en EEUU y la UE esta es conocida como “rojo betarraga”. En el mercado podemos encontrar como concentrado (jugo de betarraga) o polvos obtenidos por liofilización o spray-dry.
Las betalainas se pueden extraer de raíces de betarraga industrialmente así obtener jugo mediante diversos procesos. Todos los Figura 13
Estructura de las Betalainas. a: ácido betalámico, b: betaxantinas, c: betacianinas
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procesos de extracción industrial se basan en su hidrosolubilidad y en general requiere una inactivación enzimática para evitar hidrolisis de la betanina (Allegra et al., 2005, como se citó en Cárdenas, 2015). El rendimiento de pigmentos en la betarraga es de 0.04-0.21% de betacianinas y 0.02-0.14% de betaxantinas, aunque hay nuevas especies que tengan un mayor contenido. (Halvorsen el at., 2002, como se citó en Cárdenas, 2015)
Importancia de las betalainas (betacianinas y betaxantinas)
Las betalainas (betacianinas y betaxantinas) presentes en la betarraga poseen actividad antioxidante, por lo que se asocia a la protección contra enfermedades relacionadas al estrés oxidativo (Stintzing et al., 2005, como se citó en Cárdenas, 2015). La presencia de grupo fenólico y grupo amínico en la estructura de las betalainas, haría que se podría donar átomos de hidrogeno y/o electrones a radicales libres (Como se citó en Cárdenas, 2015)
La estabilidad de las betalainas dependerá a los diferentes factores:
temperatura (factor más influyente), pH, actividad de agua, luz, presencia o ausencia de oxígeno y de metales, acción enzimática.
(Como se citó en Cárdenas, 2015)
Uso de las Betalainas en la industria alimentaria
La betanina, rojo betarraga o colorante E-162 es considerada un colorante natural del extracto de la betarraga (Beta vulgaris var.
conditiva), este colorante es empleado en la producción de snack, refresco, caramelos, gelatinas, yogurt, para la coloración en embutidos.
Las betalainas en la actualidad pueden ser utilizadas en los productos
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alimenticios nuevos que ingresan al mercado dándole un aporte nutricional; podemos mencionar algunos alimentos como: bebidas que están complementadas con otras sustancias (chocolatada, ponche, yogurt, bebida a base con suero), pudin, frutas en conserva, jalea, mermeladas, frutas confitadas, purés, chicles, productos de panadería, bebidas alcohólicas aromatizadas (CODEX STAN, 192-1995, como se citó en Cárdenas, 2015)
2.3. DESARROLLO DE LAS VARIABLES