Agricultura sostenible: 2 ejemplos de secado con energías renovables

El proceso de secado es fundamental para una agricultura sostenible. Dicho proceso persigue reducir el contenido de humedad de los productos cultivados después de la cosecha. Reducir la humedad es crucial para prevenir el desarrollo de hongos, mohos y bacterias, y para garantizar la calidad y la durabilidad de los productos agrícolas.

Los cultivos se cosechan en el momento adecuado de madurez para garantizar su calidad. Después de la cosecha, se realiza una selección para separar los productos de buena calidad de aquellos que pueden estar dañados y una limpieza para eliminar impurezas.

Algunos cultivos, como granos, hierbas y frutas, se pueden secar directamente al sol. Se colocan en una ubicación como campos, patios, estantes o bandejas especiales, dependiendo del tipo de cultivo y las condiciones climáticas de la zona. Posteriormente se extienden en una capa delgada para permitir una exposición uniforme. Durante el proceso de secado, es común voltear los cultivos para asegurar que se sequen de manera uniforme.

Los productos que requieren un control preciso de la temperatura y la humedad utilizan secadores mecánicos. Estos pueden ser secadores de lecho fluido, de tambor, o por convección.

Durante el proceso de secado, se monitorea continuamente la humedad del producto para determinar cuándo ha alcanzado el nivel de humedad deseado. Después del secado, algunos productos pueden requerir un período de enfriamiento antes de ser almacenados. Los productos secos se almacenan en condiciones adecuadas para mantener su calidad hasta su uso o venta. Esto incluye controlar la temperatura, la humedad y protegerlos contra plagas.

El método de secado utilizado puede variar según el tipo de cultivo, la región y los recursos disponibles. El objetivo principal es reducir la humedad de manera eficiente y controlada para garantizar la calidad y la seguridad alimentaria de los productos agrícolas.

Los frutos “secos” (almendras, avellanas, nueces, etc.) son productos naturales que han pasado por un proceso de deshidratación para eliminar gran parte de su contenido de agua.

Otros frutos (higos, uvas, dátiles, ciruelas, etc.) también se secan para prolongar su vida útil al eliminar la mayor parte de su contenido de agua. No todos los frutos son aptos para el secado, ya que algunos pueden no conservar bien sus propiedades organolépticas (sabor, textura, aroma) después del proceso.

Tecnologías de secado para la agricultura sostenible

Existen diversas tecnologías de secado en la agricultura sostenible. La elección de la tecnología depende del tipo de cultivo, la escala de producción, los recursos disponibles y las condiciones ambientales.

Algunas tecnologías comunes de secado son:

Según el Flujo de aire:

• Lechos Solares: Los cultivos se extienden en lechos delgados y se exponen directamente a la radiación solar. Este método es simple y ampliamente utilizado, pero depende de las condiciones climáticas.
• Secadores por Convección: El aire caliente circula a través de los cultivos en un sistema de corriente de convección, eliminando la humedad:
• Secadores de Bandejas: Los cultivos se colocan en bandejas superpuestas y se exponen a corrientes de aire caliente.
• Túneles Solares: Estructuras cerradas que capturan la radiación solar y crean condiciones de temperatura y humedad controladas para el secado.
• Secado utilizando turbinas de aire: 
• Secado por Ventilación: Se utiliza aire a alta velocidad para eliminar la humedad de los cultivos. Puede requerir sistemas de calefacción adicionales.
• Secadores de Lecho Fluidizado: Los cultivos se colocan en un lecho de partículas sólidas a través del cual se pasa aire caliente para eliminar la humedad.
• Secadores de Tambor: Los cultivos se colocan en un tambor giratorio y se exponen al aire caliente. La rotación del tambor ayuda a garantizar un secado uniforme.

Según la Fuente de calor:

• Secadores Solares de Aire:
• Directos: El aire se calienta directamente mediante la radiación solar y se dirige a los cultivos.
• Indirectos: El aire se calienta mediante colectores solares y luego se dirige a los cultivos.
• Secado con bomba de calor. El secado con bomba de calor es una tecnología innovadora que mejora la eficiencia energética al utilizar el calor ambiental para secar productos agrícolas. Funciona extrayendo calor del aire circundante y transfiriendo a la cámara de secado. Las bombas de calor consumen menos energía en comparación con los métodos de secado convencionales, lo que reduce los costos operativos.
• Secadores de Microondas: La exposición a microondas ayuda a calentar los cultivos y eliminar la humedad. Este método puede ser más rápido que otros y es útil para ciertos productos.
• Secadores Híbridos: Combina varias tecnologías de secado para mejorar la eficiencia y la calidad del secado.

La elección de la tecnología de secado dependerá de diversos factores, como la cantidad y tipo de cultivo, la disponibilidad de energía, el clima local y la infraestructura disponible.

El secado en agricultura sostenible se refiere a la aplicación de prácticas y tecnologías que buscan reducir el impacto ambiental y mejorar la eficiencia en el proceso de secado de productos agrícolas. Para ello, se debe minimizar el consumo de recursos como energía y agua, incorporar fuentes de energía renovables, seleccionar tecnologías de secado de bajas emisiones, aprovechar el calor generado durante el proceso de secado para una mejor eficiencia energética.

Ejemplo 1: Túneles de convección solar para productores de Ecuador.

Los túneles de convección solar (TCS) constituyen una alternativa práctica y sostenible para miles de productores de cacao, café y hierbas aromáticas en Ecuador y en otros países. La instalación de TCS permite adoptar soluciones basadas en energías limpias y de bajo costo en centros de acopio y fincas de productores a pequeña escala en áreas rurales.

A día de hoy, muchas fincas siguen usando combustibles fósiles como el gas propano, el gasóleo o el carbón, siendo prácticas costosas y altamente contaminantes. Su uso favorece una producción de menor calidad, con un secado poco uniforme y en algunos casos contaminado con residuos tóxicos. Por otro lado, la cobertura mediante tendales con plásticos constituye un modelo de secado poco eficiente que favorece el desarrollo de hongos y debido a su gran tamaño los productores se ven forzados a trabajar en el interior de estas cubiertas bajo condiciones poco favorables para la salud.

En los últimos años, se han desarrollado numerosas  propuestas para el desarrollo de secadores alternativos al secado natural, muchos de ellos con ventajas pero en su mayoría con desventajas en cuanto a su eficiencia y aplicabilidad.

Considerando que la energía solar varía en función del tiempo, hora e intensidad de radiación, este proyecto plantea una solución innovadora con un secador solar simple y una fuente auxiliar de energía para almacenar energía y hacer que el proceso de secado sea uniforme, eficiente y constante incluso durante la noche.

Los túneles de convección solar (TCS) utilizan tecnologías al alcance de la mano en países en vías de desarrollo y a un costo razonable; por lo que es posible difundir esta tecnología a miles de productores a nivel local y posteriormente a otras regiones y países. En Ecuador, es posible llegar a más de 5.000 productores locales para su adopción.

Técnicamente los secadores están compuestos por varios elementos, incluyendo:

• Un túnel de secado con una plataforma en la que se deposita la materia prima y una cubierta de plástico térmico montado en arcos de caña para lograr una forma de domo de baja altura. La estructura se construye con caña con la finalidad de aprovechar las propiedades aislantes de este material.
• Una cámara de convección, estructura de forma cúbica que cuenta con una plataforma elevada y una superficie negra cubierta con vidrio o policarbonato transparente, tiene la función de calentar aire en una proporción equivalente al volumen de aire del túnel de secado para acelerar el proceso de calentamiento de manera uniforme.
• Un sistema de ventilación, compuesto por unos ventiladores eficientes y un termostato que controla la temperatura para la activación de los ventiladores.
• Una fuentes de alimentación con un panel fotovoltaico y una batería de 12 voltios cargada para tener energía eléctrica de manera permanente.
• Adicionalmente se puede instalar un sistema de circulación, con un tanque de almacenamiento y una bomba para recircular agua caliente por la plataforma de secado. El sistema es cerrado y aprovecha la cámara de convección.

Fuente: academia- prodel

La cámara de secado es de tipo túnel y está adaptada para que el aire caliente proveniente de la cámara de convección circule de manera continua y eficiente logrando así reducir la humedad de la materia prima.

El túnel de secado actúa como un dispositivo que acumula calor aumentando la temperatura ambiente en unos 10 a 15ºC, lo cual produce una reducción de un 10-22% de la humedad relativa original. La eficiencia de conversión calórica es óptima y oscila entre 50 y 75 %. 

Ejemplo 2: Prototipo de sistema híbrido para secado de yuca

La técnica de secado empleada para la deshidratación de frutas, granos, vegetales, carnes y pescados ha sido utilizada por cientos de años de forma poco tecnificada, y el método más conocido es el secado solar abierto o secador solar natural. 

Este secado presenta limitaciones como falta de control sobre el proceso de secado, que puede ocasionar excesivo secado, pérdida de granos en germinación y cambios nutricionales; falta de uniformidad del secado, contaminación por hongos, bacterias, roedores, pájaros o insectos, las condiciones del clima y debido a que la velocidad del secado es lenta y los productos no pueden ser secados durante la noche deben ser recogidos y redistribuidos, ocasionando pérdida de calidad y precio del producto 

Este proyecto plantea un sistema híbrido de calentamiento de aire por combustión de biomasa y radiación solar, para el secado de yuca. Así se incrementa la velocidad del secado por el uso de fuentes térmicas complementarias y la continuidad también mediante el uso de parafina (material de cambio de fase) como almacenamiento de energía térmica.

El prototipo se construyó en la ciudad de Montería (Colombia) combinando un colector solar con la parafina y un quemador de biomasa de cascarilla de arroz, para aprovechar los desechos de la industria arrocera. La cascarilla de arroz evidentemente tiene ventajas medioambientales frente a otros combustibles, particularmente en la disminución de las emisiones de azufre y de partículas, y un ciclo neutro de CO2, sin contribución al efecto invernadero.

• El colector solar fue diseñado para calentar aire para secar 5 kg de yuca, con latas de aluminio de 33 cl rellenas de parafina blanca, con el objeto de aumentar el rendimiento de los colectores.
• El quemador de biomasa tenía un intercambiador de calor con un área de intercambio para mantener la temperatura del secado a 70°C.
• Un sistema de adquisición de datos capta las temperaturas en los colectores y el secador, así como la humedad relativa a la entrada y salida del secador. 

Con una temperatura de secado de 70 °, una yuca con humedad inicial de 62% aprox. bajó a un 12 % en algo más de 16 h. Durante las 5 primeras horas, la velocidad del secado fue constante y decreciente hasta la 15 hrs., donde la película superficial del líquido se ha evaporado completamente.

En la construcción del sistema híbrido se utilizó un ventilador centrífugo de 0,5 Kw que proporciona aire de secado con motor para cumplir con un flujo de aire máximo en el sistema de 3200 m3/h. El ventilador iba acoplado a los colectores a través de una tubería de PVC.

Cada colector se construyó con una caja de madera de roble pintados de negro con un espesor de 2 cm y área de algo más de 1 m2, una placa absorbedora de aluminio de 0.7 mm de espesor de color negro (para que absorbiera la mayor cantidad de radiación solar) y una cubierta de vidrio transparente de 77x137.1 mm y 4 mm de espesor. 

En el interior de cada uno de los colectores solares se ubican las latas de aluminio de 33 cl rellenas de parafina blanca.