APLICACIÓN DE LA ENERGIA SOLAR AL SECADO DE CHILE JALAPEÑO

Transcripción

1 APLICACIÓN DE LA ENERGIA SOLAR AL SECADO DE CHILE JALAPEÑO José HERNÁNDEZ R. 1, Pedro QUINTO D. 2 ; Jaime CUEVAS D. 1 ; Roberto ACOSTA O. 1, Miguel A. CHÉ Y. 1 1 Universidad de Quintana Roo, México. Blvd. Bahía s/n Esq. Ignacio Comonfort, Col Del Bosque, Chetumal Quintana Roo. Tel josherna@correo.uqroo.mx. 2 LABINTHAP, SEPI-ESIME-IPN. Edif. 5 3 er piso Unidad Profesional Adolfo López Mateos Zacatenco. México, DF. Palabras Clave: secado solar, chile jalapeño, fuentes alternas de energía RESUMEN En este trabajo, se analizan los beneficios del uso del secado solar en la preservación del chile Jalapeño, con respecto a otras formas de secado. El análisis se realiza tanto desde el punto de vista técnico como económico, comparando tiempos de secado y costos de operación, encontrándose que desde el punto de vista económico y de operación el secado solar es una buena opción para la conservación de productos agrícolas. INTRODUCCIÓN El secado es un proceso esencial en la preservación de los productos de origen agrícola, el cual ha venido siendo utilizando por el hombre desde hace muchos años. El primer método de secado desarrollado por el hombre consistió en la exposición directa del producto al Sol. Esta técnica todavía es utilizada en el medio rural de nuestro país, con la desventaja de que se produce una gran cantidad de producto de mala calidad ocasionado por las lluvias, el polvo, así como del ataque de insectos. Por otra parte, existe también la técnica del uso de secadores que emplean como combustible la leña, que si bien generan un producto de mejor calidad y en menor tiempo tienen la desventaja de los daños que causan al ambiente vía deforestación y contaminación del aire. Finalmente el secado industrial ofrece calidad de secado pero sus altos costos limitan su uso. Una alternativa a los problemas de preservación de productos agrícolas, como en el caso del chile jalapeño, es el uso de secadores solares, de los que existen gran variedad de diseños, en términos de las funciones para los que se destinan y los materiales con los que se construyen. En este trabajo se ha tomado como caso de estudio el secado de chile jalapeño, debido a que es un condimento de gran uso en México y su importancia se puede observar de las siguientes estadísticas: México cuenta con 68 hectáreas de superficie sembrada de chile jalapeño, con una superficie cosechada de 65 hectáreas, lo cual representa un volumen anual de producción agrícola de 192 toneladas (INEGI 22) El objetivo principal del presente trabajo es analizar tanto desde el punto de vista técnico, como económico la factibilidad de aplicación del secado solar en 1

2 productos de origen agrícola, para lo cual se ha tomado como caso de estudio al chile jalapeño. MATERIALES Y MÉTODOS Para este trabajo, se compararon los procesos de secado industrial, solar y al aire libre. En el caso del proceso de secado solar del chile jalapeño, se empleo un secador solar tipo indirecto, el cual puede apreciarse en la figura 1. Las dimensiones del secador solar en su cámara de secado son de 1.2 x 3 x 1.5 m, con un área de captación de 13.5 m 2, contando con dos ventiladores de 1/22 hp cada uno para producir un flujo de aire de 34 m 3 /hr, a una velocidad de 1 m/s. En cada prueba de secado realizada se emplearon 2 kg de chile, el cual se coloco sobre charolas, que permiten el paso del aire caliente entre el producto, tal y como se muestra en la figura 2. Además se colocaron instrumentos para la medición de las temperaturas en el interior de la cámara de secado, en diferentes puntos de las charolas, tal y como se observa en las figuras 3a y 3b. Otros parámetros que se midieron durante las pruebas fueron: temperatura ambiente, humedad relativa en el interior de la cámara de secado y ambiente, así como la radiación solar. Figura 1. Vista del secador solar tipo indirecto. De las muestras sometidas a secado solar se seleccionaron 6 al azar en cada prueba para medir la perdida de peso durante el proceso. El tiempo promedio de operación del secador solar fue de 7 horas diarias. 2

3 Figura 2. Colocación del producto. Las pruebas de secado consistieron en extraer el aire caliente que se genera en el colector, con la ayuda de los dos ventiladores para introducirlo a la cámara de secado, en donde se dirige hacia las charolas que contienen el chile, circulando de forma paralela a la posición del producto. Con el propósito de obtener la masa seca del chile jalapeño se utilizo un horno eléctrico, en donde el producto se seco a una temperatura constante de alrededor de 75 o C, verificando las variaciones de peso cada 2 minutos, hasta que pasadas 3 horas no se detecto variación alguna de l mismo. En la determinación del peso de las muestras se utilizó una balanza con un margen de error de.1 gr. T 3 T 2 T 5 T 8 Figura 3a. Posición de los termopares en la Charola colocada arriba dentro de la cámara de secado. T 4 T 7 Figura 3b. Posición de los termopares en la Charola colocada abajo dentro de la cámara de secado. Una vez obtenido el peso seco del chile jalapeño, el contenido de humedad en base húmeda se calcula por medio de la siguiente expresión: 3

4 X W Ws = (1) W donde: W, W s : peso total del producto y peso seco del producto respectivamente. Para el estudio del secado industrial del chile jalapeño, se utilizo un túnel de secado, el cual contiene una resistencia eléctrica que permite controlar la temperatura del aire empleado para secar el producto, y asimismo, también se tiene la posibilidad de variar la velocidad del aire. Para el caso del presente estudio del secado del chile jalapeño, se utilizo una temperatura constante en el túnel de secado de 57 o C, y una velocidad del medio secante (aire) de 1 m/s, con el objeto de poder tener una buena comparación con respecto al proceso de secado solar. Los parámetros que se estuvieron midiendo durante las pruebas fueron: voltaje y corriente suministradas a la resistencia eléctrica, temperatura del medio ambiente, temperatura del medio secante, peso de las muestras, así como humedad relativa dentro del túnel de secado y ambiente Finalmente, se dejaron expuestas al aire libre algunas muestras de chile para la analizar el secado al aire libre. RESULTADOS En la figura 4, se muestra el comportamiento de la humedad relativa ambiente y dentro de la cámara de secado del secador solar. Tal y como se aprecia la humedad relativa en el ambiente se mantuvo en promedio superior al 5 % la mayor parte del tiempo, pero en el interior de la cámara se logro reducir hasta un 2 % en ciertos periodos, lo cual resulta bastante benéfico ya que favorece el proceso de secado Humedad Relativa Interior [%] Humedad Relativa Exterior [%] Tiempo [hr]. Humedad Int. Humedad Ext. Figura 4. Comportamiento de la humedad relativa 4

5 Asimismo, en la figura 5, se aprecia el comportamiento de la temperatura en uno de los termopares instalados dentro de la cámara de secado, y comparado con respecto a los valores medidos de la temperatura ambiente y la irradiación solar Tiempo [hr] Temp. Int. Temp. Amb. Irrad iancia So lar Figura 6. Comportamiento de la irradiación solar y la temperatura De acuerdo con la figura anterior se aprecia que la temperatura en el interior de la cámara de secado alcanzo su máximo valor cuando se alcanza la máxima irradiancia solar. La temperatura máxima alcanzada en el secador solar fue de 57 o C, la cual es suficiente para producir una velocidad de secado adecuada ya que no daña al producto. En la figura 7 se presenta la comparación de las curvas de secado para los casos analizados. Se observa que en el caso del secado industrial en un tiempo de 12 horas se puede alcanzar el contenido de humedad deseado (4-5%), para el chile jalapeño, en tanto que para el secado solar se requieren de aproximadamente 35 horas de operación del secador para alcanzar el contenido de humedad en el chile de 5 %. En el caso del secado al aire libre se observo que durante el lapso de tiempo de 35 hrs, el contenido de humedad solo pudo reducirse en 25%. Contenido humedad (%) y =.11x x x y =.21x x x y =.2411x x Tiempo (hrs) Tradicional Secador solar Aire libre Ajuste (tradicional) Ajuste (secado solar) Ajuste (aire libre) Figura 7. Comparación de las curvas de secado para los casos analizados 5

6 Para hacer un análisis económico de las diversas opciones estudiadas, se parte de considerar el consumo de energía que se realiza con cada una de las opciones de secado estudiadas. En primer término, en el caso del secado al aire libre no se tiene ningún consumo de energía, ya que el proceso se realiza de forma natural, sin embargo el tiempo necesario para alcanzar el contenido de humedad adecuado es relativamente largo y durante el mismo el chile jalapeño esta expuesto a deteriorarse por el efecto de las lluvias o ataque de insectos. Para el caso del secado solar, el único consumo de energía que se tiene durante el proceso es por la operación de los ventiladores, lo cual representa para el lapso de 37 horas de duración del proceso de secado, un consumo de energía de kcal, lo cual representa un costo aproximado de $ 2.15 por cada kilogramo de chile seco producido. Además se tiene el beneficio adicional de no producir contaminación del ambiente, ya que no se tiene que utilizar ningún tipo de combustible para el calentamiento del medio secante. En el secado industrial, se requiere de tomar en consideración tanto al consumo de energía de los ventiladores, como al del sistema de calentamiento del aire, el cual es del orden de 9 kcal, este consumo de energía toma en cuenta la cantidad de calor necesaria para evaporar el agua contenida en el producto, mas las perdidas de calor, y representan un costo directo aproximado de $ 8.46 por kilogramo de chile seco. CONCLUSIONES Con el secador solar tipo indirecto, fue posible obtener en un lapso de 6 a 7 días chile jalapeño seco con un contenido de humedad de 5 % en promedio, lo cual significa un periodo de tiempo mucho mas corto que con el secado al aire libre y a un costo bastante bajo, ya que solo implica la operación de los ventiladores, el producto no esta expuesto a dañarse y además no se genera ningún tipo de contaminación al ambiente, por lo que es una buena opción para los productores. REFERENCIAS INEGI. Anuario Estadístico de los Estados Unidos Mexicanos. Edición 25. pp Tshewang Lhendup. Technical and financial feasibility of a solar dryer in Buthan. Energy for sustainable development Vol. IX, No Gauar A. M., M. Augustus L., S. Kumar. Performance evaluation of a solar tunnel dryer for chilli drying. ASEAN Seminar & Workshop on drying technology. 3-5 June Phitsanulak Thailand. M. A. Hossain, B.K. Bala. Thin-layer drying characteristic for green Chilli. Drying Technology. 2(2), , 22. Gupta P., J. Ahemd, U.S. Shivhare, G. S. V. Rayhavan. Drying characteristics of red chilli. Drying technology. 2(1), (22). 6