Evaluación técnico-económica de incorporar un acumulador de energia térmica en un deshidratador solar para productos hortofrutícolas

Abstract

Chile es uno de los mayores productores y exportadores de frutas y hortalizas del mundo. Una gran parte de estos alimentos son consumidos en forma de producto deshidratado ya que permite mantener las propiedades del alimento prácticamente intactas durante un largo periodo de tiempo. Sin embargo, las técnicas disponibles para el deshidratado de productos son muy escasas. La técnica más utilizada por las grandes empresas es el deshidratado mediante la combustión de gas natural. La otra opción es el antiquísimo método del deshidratado al aire libre. Los pequeños y medianos agricultores, por lo tanto, se encuentran en la disyuntiva entre un sistema que ofrece buenos resultados pero que requiere de una alta inversión y otro mucho más económico pero que sin embargo es imprevisible y ofrece unos resultados más bien de una baja calidad. Aprovechando las excelentes condiciones de radiación solar que goza el país, el Centro de Innovación Energética de la UTFSM ha desarrollado una serie de deshidratadores solares indirectos con la intención de ofrecer una solución eficiente y económicamente viable para pequeños y medianos agricultores. El mayor reto al que se enfrentan estos deshidratadores – como cualquier otro sistema que trabaje con energías renovables – es a la intermitencia de la fuente energética. En este caso, el reto es prolongar el proceso de secado durante las horas que no hay radiación solar. Durante la noche, y especialmente en primavera y otoño, cuando las temperaturas bajan y la humedad relativa en el interior de la cámara de secado se incrementa. Estos altos valores de humedad suponen un doble inconveniente: revierten el proceso de secado mediante la reabsorción de humedad por parte del producto y permiten la aparición de microorganismos dañinos para el alimento. Para revertir estas condiciones, es importante mantener una humedad relativa baja en el interior de la cámara de secado durante todo el proceso. En horas sin radiación solar se requiere un aporte de calor. El método estudiado en este proyecto consiste en la implementación de un acumulador térmico, capaz de almacenar el exceso de calor durante el día para posteriormente liberarlo durante las horas de baja o nula radiación. La ventaja de estos acumuladores es que son totalmente independientes y funcionan sin necesidad de electricidad u otra fuente energética. Para estudiar completamente la funcionalidad de dicha incorporación no solo se requiere efectuar las pruebas experimentales correspondientes durante un período de tiempo prolongado para obtener los suficientes datos sino que además estas deben efectuarse durante la época del año que las condiciones ambientales resulten más adversas – período no estival – para garantizar el correcto funcionamiento durante todo el año. Como mi estancia en Chile estaba prevista para tener una duración de un semestre (el de primavera), se decidió que el proyecto se centrará en las primeras etapas del proceso de implementación. La primera de estas etapas consistió en la recopilación de información de la literatura científica respecto el almacenamiento térmico y los deshidratadores solares indirectos. La segunda estuvo centrada en la realización de pruebas experimentales en el laboratorio, hechas a partir de la información antes recopilada. Las pruebas experimentales se realizaron con tres elementos con gran capacidad de almacenamiento térmico: agua, parafina sólida y una sal hidratada. Las pruebas consistieron principalmente en simular en el laboratorio las condiciones reales de la cámara de secado para estudiar el comportamiento térmico de las diferentes probetas, con el objetivo de determinar qué producto resultaría más adecuado a la hora de implementarlo en el secador solar. Los resultados determinaron que la sal hidratada – una mezcla de sulfato de sodio, bórax y arcilla atapulgita – como el producto más óptimo. Una muestra de 100g permitió mantener en el interior de una caja adiabática de 9 litros de volumen una temperatura superior a la temperatura ambiente durante 7 horas seguidas, de las cuales 5h fueron a una temperatura prácticamente constante de unos 27ºC. Además se corroboró la mezcla de Telkes (1980) como válida para disminuir el efecto del sobreenfriamiento y se determinó un método de preparación de la mezcla óptimo – parecido al que recomendó Marks (1980) – para eliminar la segregación de fases durante la fusión y minimizar la variación de volumen durante los cambios de fase de la mezcla después del primer ciclo de trabajo. Finalmente, a partir de la información recopilada y de los resultados experimentales obtenidos, se realizó una propuesta de implementación del acumulador térmico en el secador solar indirecto. Se recomienda esta propuesta como sujeto de estudio para el próximo proyectista que retome dicho trabajo.