1. Definición. 2. Proceso Productivo

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1 SECADO SOLAR

2 1. Definición El secado mediante una corriente de aire, donde se aprovecha la radiación solar como fuente de energía, es uno de los tratamientos más antiguos. Se conoce como deshidratación y se usa como técnica para la preservación de materiales pues los microorganismos que provocan la descomposición de la materia orgánica no pueden crecer y desarrollarse en ausencia de agua. Además, es una operación energética elemental y representa una de las acciones térmicas básicas en la industria de procesos y agro alimentaria. Una de las maneras más simples para lograr el secado (de cualquier material) es el secado al sol donde el material húmedo se extiende en grandes superficies y sólo hay que esperar a que el contenido en agua se elimine por medio del aire. Este procedimiento es de muy bajo coste pero puede producir fuertes mermas ocasionadas por las lluvias durante el proceso de secado y el ataque de insectos y animales si el material se expande en el suelo directamente. En las regiones industrializadas el bajo costo del combustible permitió hace varias décadas el desarrollo de procesos de secado artificial en gran escala basados en el uso de combustibles. En los últimos años, la escasez y mayores precios de los combustibles ha despertado un nuevo interés en el secado basado en el uso de la energía solar, tratando de desarrollar diversas técnicas que permiten solucionar los problemas mencionados en relación al secado al aire libre. 2. Proceso Productivo El secado es un proceso en el que se intercambian calor y masa. Implica la transferencia de un líquido procedente de un sólido húmedo a una fase gaseosa no saturada, para ello el material húmedo se expone a una corriente de aire con determinadas condiciones de temperatura, humedad y velocidad. Cuanto más seco y más caliente esté el aire, mayor será la velocidad de secado. Aspectos a tener en cuenta para determinar las condiciones de secado: - Características del producto: Contenido inicial de agua del material y el contenido final de humedad que deseamos obtener. También considerar el estado físico como es la forma, el tamaño, su superficie, etc. - Características del secador: Tipo de secador y el volumen que se va a secar. - Características metereológicas: Humedad relativa, la temperatura, la radiación solar, velocidad del viento, precipitación, etc. - Uso posterior: Para algunos productos la acción de la radiación solar puede destruir algún compuesto orgánico que lo compone y que tiene interés comercial. 1

3 2.1. Tipos de Secado Solar El secado solar depende de cómo el aire llega al producto a secar y la forma en la que la radiación calienta el aire Tipos de circulación El aire circula dentro del secador con el fin de eliminar la humedad evaporada del producto. Esta circulación se logra por dos métodos: circulación forzada y por convección natural. a) Circulación forzada: El aire es movido por un ventilador que consume energía mecánica o eléctrica. Este tipo de circulación facilita el diseño en el caso de los equipos de tamaño grande, además de facilitar el control del proceso de secado. Usando este tipo de circulación se pueden obtener velocidades de circulación de aire entre 0.5 y 1.0 m/s. La principal desventaja de la circulación forzada es el hecho de que se debe disponer de una fuente de energía eléctrica para el ventilador, pero esto se puede solventar utilizando un módulo solar que proporcione el flujo de aire requerido, con lo que es sistema es independiente de la red eléctrica. b) Circulacion por convección natural: El aire es movido por las diferencias de temperatura entre las distintas partes del equipo, que promueven la convección térmica del aire. Este tipo de circulación se hace más difícil de incorporar con equipos grandes. Para equipos pequeños o medianos se pueden lograr velocidades de 0.4 a 1.0 m/s al interior de la cámara, pero en equipos grandes esta velocidad no sobrepasa los 0.1 a 0.3 m/s Forma de calentamiento solar Secado solar directo (al aire libre) La radiación solar incide directamente por el producto a ser secado, adquiriendo así la energía de evaporación necesaria. Después, la humedad formada en los alrededores del producto es recuperada por el aire tomado del exterior. El material es removido mediante maquinaría específica para favorecer el secado de toda la masa. Secado solar indirecto La radiación solar es captada por un colector por donde circula cierta cantidad de aire (realiza efecto invernadero: deja entrar energía, pero no que salga), este flujo de aire se calienta e ingresa a la cámara secado en donde se encuentra el producto a ser secado. El aire caliente pasa el producto eliminando el contenido de humedad de la cámara. 2

4 El sistema colector cámara secado puede diseñarse de diferentes formas para integrarse a diferentes equipos de secado solar: Indirecto: Los dos elementos están separados. El aire es calentado en el colector y la radiación no incide sobre el producto colocado en la cámara de secado. La cámara de secado no permite la entrada de la radiación solar (Figura 1). Figura 1. Esquema de un sistema de secado solar indirecto. Directo: Los dos elementos pueden juntarse, en cuyo caso la cámara que contiene el producto también cumple la función de colector recibiendo la radiación solar. En este caso los modelos de secadores pueden ser del tipo invernadero (Figura 2) o túneles. Figura 2. Secadero solar (tipo invernadero) Fuente: Veolia Water Solutions & Technologies En el tipo invernadero el material se extiende en una zona hormigonada bajo un techado de invernadero donde el aire es regularmente renovado. En el caso túnel el material se va 3

5 desplazando sobre un suelo móvil en una estructura metálica y el aire se introduce por los extremos, el colector puede ser como en el tipo invernadero o está compuesto por una lámina galvanizada que absorba la radiación y una lámina de vidrio que realice el efecto invernadero. Mixto: Finalmente puede darse el caso en que la colección de radiación se realice tanto en un colector solar previo a la cámara como en la misma cámara. El secador solar indirecto presenta varias ventajas. En primer lugar el control del proceso es más simple (sobre todo en el caso de secadores con circulación forzada de aire). Es fácil de integrar una fuente auxiliar de energía para construir un sistema híbrido. El tener una cámara de secado como tal facilita la manipulación del producto y las labores de carga y descarga. Para el caso indirecto indirecto, dado que la cámara no permite la entrada de la radiación solar, este sistema permite secar en forma conveniente productos que se puedan dañar o perder calidad de aspecto por una exposición directa al sol. Para productos a granel (principalmente granos en silos) si se contempla el secado solar, el sistema a emplear es el de un secador indirecto. Una desventaja de este tipo de secadores es el hecho de que al separar la función colección de energía solar, el tamaño del equipo y sus costos aumentan. Una segunda desventaja es que para evaporar la misma cantidad de agua se necesita mover más kilogramos de aire a mayor temperatura que en el caso de los secadores directos o mixtos. En el secador solar indirecto directo la radiación solar es absorbida por el propio producto, resultando más efectivo el aprovechamiento de la energía para producir la evaporación del agua. Esto se debe a que la presión de vapor en la superficie del producto crece por la absorción de radiación solar. Por lo tanto el gradiente de presiones de vapor entre producto y aire se hace mayor y se acelera el secado. La combinación de colector y cámara en una sola unidad puede ser más económica en muchos casos. Este tipo de secadores es casi siempre con circulación de aire por convección natural, pero también se puede utilizar ventiladores para la renovación del aire. 3. Productos/Subproductos Obtenidos El secado solar no es una tecnología en sí, sino que es más un pretratamiento por lo que no se obtiene ningún producto o subproducto como tal, se obtiene el mismo producto inicial pero con la humedad reducida considerablemente lo que es un beneficio para un uso posterior o para la aplicación en alguna tecnologías: alimentación animal, combustión, gasificación, etc. 4. Idoneidad de los subproductos Los subproductos de la industria agroalimentaria en general son totalmente aptos para este secado ya que debido a su alto porcentaje en humedad contienen agua que podrían ceder al 4

6 aire, pero debido a su alto potencial de putrefacción podría ser necesario combinarlo con otro tratamiento, como el secado térmico. 5. Ventajas e Inconvenientes Ventajas Proceso técnicamente sencillo. Conocido e implantado Muy bajo coste de implantación y mantenimiento. No requiere mano de obra especializada. No hace uso de combustibles. Evita problemas de transporte y almacenamiento posterior Inconvenientes Dependiendo del tipo de secador, el proceso es lento debido a la elevada humedad en el ambiente. Si el secado es malo, sobre todo cuando los materiales contienen un alto porcentaje de agua, aumenta la probabilidad de descomposición, se pudren o se enmohecen. En el caso del secado al sol, se necesita una atención particular para proteger el material de la intemperie (aguaceros, rocío), del polvo, insectos, etc. La exposición directa del material a los rayos solares puede ser perjudicial en cuanto a su calidad (pérdida del color natural, destrucción de vitaminas y valor nutritivo), debido a la acción de los rayos ultravioletas. Requiere grandes superficies para aplicar capas delgadas y aumentar el rendimiento del secado o más tiempo. Requiere personal que remueva el material o que el sistema esté automatizado. 5

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