U N I V E R S I D A D
D E
P I U R A
FACULTAD DE INGENIERÍA
“DESHIDRATADOR SOLAR”
PROFESOR: ING. RAÚL LA MADRID OLIVARES
Integrantes: Ipanaqué Atarama Mayra Lucía Ipanaqué Quispe Jhon Lender Jaramillo Sanchez Daniel Lescano Guerrero Christian Daniel Malara Santa Cruz Jhonatan Mantilla Oliva Joseph Mauricio Ventura Diego Martin Maza Vilchez Jorge
Piura, Noviembre 2013
RESUMEN En el presente trabajo de investigación muestra la realización de un deshidratador solar a partir de información i nformación tomada de distintas fuentes que hemos tomado. La primera parte de esta investigación, muestra la parte teórica sobre la cual se basan los deshidratadores. Luego, en la segunda parte del informe hemos plasmado los conceptos básicos que se necesitan para entender el funcionamiento total de un deshidratador. Luego hemos realizado una parte práctica en la que hemos plasmado algunos resultados teóricos. Finalmente se han elaborado algunas tablas en las cuales hemos plasmado los resultados de los experimentos que realizamos durante la elaboración del deshidratador solar. En cuanto a la realización del deshidratador se realizó un primer modelo el cual fue desechado pues no era muy eficiente. El primer modelo fue un deshidratador tipo armario. Luego, construimos un segundo modelo con el que obtuvimos resultados óptimos y por tanto optamos por escogerlo como modelo final. Finalmente se indican las conclusiones del análisis efectuado, así como las ventajas o desventajas de nuestro deshidratador.
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RESUMEN En el presente trabajo de investigación muestra la realización de un deshidratador solar a partir de información i nformación tomada de distintas fuentes que hemos tomado. La primera parte de esta investigación, muestra la parte teórica sobre la cual se basan los deshidratadores. Luego, en la segunda parte del informe hemos plasmado los conceptos básicos que se necesitan para entender el funcionamiento total de un deshidratador. Luego hemos realizado una parte práctica en la que hemos plasmado algunos resultados teóricos. Finalmente se han elaborado algunas tablas en las cuales hemos plasmado los resultados de los experimentos que realizamos durante la elaboración del deshidratador solar. En cuanto a la realización del deshidratador se realizó un primer modelo el cual fue desechado pues no era muy eficiente. El primer modelo fue un deshidratador tipo armario. Luego, construimos un segundo modelo con el que obtuvimos resultados óptimos y por tanto optamos por escogerlo como modelo final. Finalmente se indican las conclusiones del análisis efectuado, así como las ventajas o desventajas de nuestro deshidratador.
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Contenido .................................................................................................................................. 1 RESUMEN ................................................................................................................................... .................................................................................................................................. ................................................................... 4 PROLOGO ............................................................... ...................................................................................................................... 5 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... .............................................................................................................................. 7 CAPITULO 1 ...............................................................................................................................
1.
................................................................................................. 7 Teoría de la Energía Solar ..................................................................................................
1.1.
............................................................................................................. 7 Energía solar.1 ..............................................................................................................
1.2.
................................................................................................................... ........................................................ 7 Radiación.2 ...........................................................
1.2.1.
Clasificación de las radiaciones electromagnéticas. ......................................... 7
1.2.2.
Tipos de radiación. .............................................................................................. 8
1.2.3.
Radiación Solar.3 ................................................................................................. 9
1.2.4.
.................................................................. ......... 10 Espectro Electromagnético Solar.4 .........................................................
1.3.
....................................................................................... 12 Teoría de deshidratadores ........................................................................................
1.3.1. 1.4.
......................................................................... ...... 12 Mecanismos de deshidratación...................................................................
................................................................................................... 14 La deshidratación.6 ....................................................................................................
1.4.1.
........................................... 14 Cómo funciona el mecanismo de deshidratación ............................................
1.4.2.
......................................................................... 14 Tiempo vs humedad base seca ..........................................................................
1.4.3.
.......................................................................... 14 Factores en la deshidratación ...........................................................................
............................................................................................................................ 14 CAPITULO 2 .............................................................................................................................
2.
.................................................................................... 14 Captación de la radiación Solar.7 .....................................................................................
2.1.
Formas básicas de captación. ................................................................................... 15
2.2.
Sistemas de captación.8 ............................................................................................. 16
2.3.
............................................................................................... 16 Energía Fotovoltaica9 ................................................................................................
2.3.1. 2.4.
....................................................................... 17 Principio de Funcionamiento.10 ........................................................................
Tipos de sistemas fotovoltaicos.11 ............................................................................. 17
2.4.1.
....................................................................... 17 Sistemas autónomos o remotos. ........................................................................
2.5.
.............................................................. 18 Aplicación de los sistemas fotovoltaicos. 12 ...............................................................
2.6.
Energía térmica ......................................................................................................... 18
2.6.1. 2.7.
...................................................................................................... 18 Utilización.13 .......................................................................................................
Funcionamiento de un deshidratador solar. ........................................................... 19
............................................................................................................................ 19 CAPITULO 3 .............................................................................................................................
3.
Diseño teórico del deshidratador. .................................................................................... 19 ................................................................. 19 3.1. Ventajas y desventajas de un colector.14 ..................................................................
3.2. Objetivos de la deshidratación ...................................................................................... 20 .......................................................................................................................... ......... 21 3.4. Colector .................................................................................................................. 2
3.4.1. Funcionamiento ....................................................................................................... 21 3.4.2. Cálculos teóricos ...................................................................................................... 22 CAPITULO 4 ............................................................................................................................. 22 4.
Análisis de resultados. 15 ................................................................................................... 22 4.1.
Datos Iniciales ............................................................................................................ 24
4.2.
Resultados del colector: ............................................................................................ 25
4.3.
Características del alimento a deshidratar (mango): ............................................. 26
4.3.1.
Temperatura: ..................................................................................................... 26
4.3.2.
Temperatura y Humedad Relativa. ................................................................. 26
4.3.3.
Pérdida de Peso.................................................................................................. 26
4.3.4.
Mango deshidratado ......................................................................................... 26
4.4.
Eficiencia en la velocidad de Remoción de Humedad. ........................................... 27
4.4.1.
Datos ................................................................................................................... 27
CAPITULO 5 ............................................................................................................................. 30 5.
Breve análisis económico. ................................................................................................. 30 5.1.
Introducción: ............................................................................................................. 30
5.2.
Inversión inicial fija y capital de trabajo: ............................................................... 31
5.3.
Estrategia de financiamiento: .................................................................................. 32
5.4.
Cronograma de inversiones: .................................................................................... 32
5.5.
Periodo de la recuperación de la inversión: ............................................................ 32
CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 33
Bibliografía ................................................................................................................................ 34
3
PROLOGO Al proponerse la realización del presente trabajo de investigación, se pensó que la información que se necesitaba para ser procesada sería abundante. Sin embargo, todo lo que se encontró en un inicio fueron fuentes de información que contenían datos similares unos de otros y por tanto no se encontró información suficiente como para tratar el tema con profundidad. Otra desventaja que se tenía en un inicio fue que la información obtenida era desordenada y compleja, no obstante se emprendió la complicada e interesante labor de desarrollar este tema. Es así como surge este trabajo, que se convierte en “El deshidratador solar de frutas”. Se está completamente seguro que todo lo tratado va a generar gran interés en los lectores y que al final, contribuirá en fortalecer su conocimiento con respecto a los temas tratados y cuando esto sea así, en el grupo de trabajo se sentirá una gran satisfacción y orgullo ya que se sabrá que el gran esfuerzo invertido en la elaboración de esta investigación, las largas tardes de trabajo, de fines de semana agotadores para ver al fin el fruto de un merecido esfuerzo. Se desea agradecer a quienes de una u otra forma contribuyeron a aliviar nuestras cargas en la realización de este trabajo de investigación, quienes con su paciencia y algunos conocimientos en el tema contribuyeron generosamente en la obtención de material informativo tal como lecturas y libros.
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INTRODUCCIÓN En Piura no existe tradición establecida de producción ni de consumo de frutas deshidratadas a pesar de nuestra gran disponibilidad de materia prima, la cual mayoritariamente va al mercado fresco, se desaprovecha de esta manera una importante oportunidad de utilización del recurso de frutas nacionales, de disminución de mermas, de diversificación de la industria procesadora de frutas nacionales y de oferta al consumidor nacional de productos deshidratados, esta oferta permitiría aumentar las oportunidades para alcanzar la ingesta diaria recomendada de frutas, pues amplía las alternativas para su consumo, la deshidratación es una de las opciones para procesar frutas y generar productos con valor agregado aumentando el periodo de estancia en los anaqueles y poder exportar o comercializar en el país. En este trabajo de investigación el problema de deshidratación de frutas a bajo costo y con alta calidad se estudiará a detalle, con la finalidad de construir nuestro propio deshidratador con características específicas, que sea eficaz, fácil de manejar y económico, teniendo como principal herramienta el método de deshidratación indirecta, de la misma manera, se demostrara en este trabajo, que el mecanismo propuesto de deshidratación es un caso particular de un área de investigación más general, en virtud de que la deshidratación consiste en el retiro del agua no ligada del producto, sin pretender en modo alguno alterar su composición, manteniendo sus características nutritivas, aumentado la vida media del mismo, impidiendo que la fruta se pudra y se tire en el campo, la deshidratación implica todo un proceso técnico, tecnológico y empresarial, pero el costo de producción de deshidratados aumenta en la medida que los productos deban transportarse a las plantas que llevarían a cabo tal procedimiento, bajo tal argumentación, se diseñara un deshidratador que será llevado directamente a las parcelas, huertos o invernaderos reduciendo los costos de transporte, al disminuir los volúmenes de productos a ser transportados obteniendo como resultado productos de alta calidad nutritiva y bajo costo, siendo este último asequible para el consumidor. Los productos frutales de temporada como el mango, papaya, piña, plátano y manzana, entre otros, se desperdician en gran cantidad al no comercializarse en el tiempo de temporada de producción, o bien se comercializan a muy bajo costo, de ahí que nazca la idea de llevar a cabo un mecanismos para el diseño y construcción de un deshidratador de frutas, con el objetivo de la comercialización de productos deshidratados, tratando justamente de aprovechar al máximo los productos de temporada y deshidratarlos, pretendiendo con ello evitar los enormes menoscabos patrimoniales que sufre el fruticultor, asegurarle un máximo de aprovechamientos y para el consumidor disminuir los costos, todo ello sin que implique perdida alguna de los calidad y cualidades nutricionales de las frutas o productos deshidratados. Ahora se va a exponer las razones o motivos por los cuales tienen beneficios los alimentos deshidratados, dentro de las cuales se encuentran las siguientes: Gran Sabor: Las frutas deshidratadas tienen un sabor increíble. Su sabor es intenso. Son nutritivas: La pérdida de nutrientes es mínima y no requiere de conservantes. Son económicos: Los alimentos pueden adquirirse en épocas de abundancia y rebajas para disfrutarlos después. Fáciles de guardar: En un recipiente con tapa o bolsita de cierre se conservan muy bien por largos períodos. 5
Económicas de almacenar: No requieren de congelador o refrigerador para almacenarse. Compactas: Utilizan poco espacio en los estantes. Livianas: Ideales para llevar de paseo, camping o en actividades externas puesto que no pesan, ideal para los deportistas.
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CAPITULO 1 1. Teoría de la Energía Solar 1.1. Energía solar.1 El sol es la fuente principal de vida en la Tierra, puede satisfacer todas nuestras necesidades si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente se derrama sobre el planeta. La cantidad de energía que proviene que el Sol vierte sobre la Tierra es aproximadamente diez mil veces mayor a la que se consume en este planeta. La energía solar es aquella obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol la cual es resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamada fotones, que interactúan con la atmósfera de la superficie terrestre. Esta energía puede ser transformada para adaptarla a nuestras necesidades de consumo eléctrico o de consumo de calor. El calor se logra mediante captadores o colectores térmicos, y la electricidad, a través de los denominados módulos fotovoltaicos. Las células solares fotovoltaicas, dispuestas en paneles, ya producían electricidad en los primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como la solución definitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otras alternativas puesto que al carecer de partes móviles, resultan totalmente inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni realizan ningún ruido, no consumen ningún tipo de combustible y no necesitan mantenimiento.
1.2.
El efecto fotoeléctrico: La luz del sol está compuesta por fotones, y estos fotones tienen una energía que viene determinada por la longitud de onda de la luz emitida. Pues bien, si la energía de estos fotones es superior a un valor mínimo, un fotón, al chocar contra un átomo de un material, será capaz de extraer un electrón del núcleo del átomo. Es decir, se transforma la energía de la luz, en energía eléctrica, ya que se produce una corriente de electrones.
Radiación.2 La radiación es una emisión de energía generada o emitida por un cuerpo, que viaja por algún medio o el vacío hasta ser absorbida por otro cuerpo. Se puede propagar en forma de onda o de partículas las cuales se mueven a gran velocidad en un medio o el vacío, con apreciable transporte de energía.
1.2.1. Clasificación de las radiaciones electromagnéticas. Radiación ionizante: Tienen suficiente energía como para producir ionizaciones de los átomos del medio o materia que es irradiado. Van desde los rayos X hasta la radiación cósmica.
______________________________________________________________________ 1 Este apartado ha sido elaborado usando referencia [ 2 ] 2 Este apartado ha sido elaborado usando referencia [ 10, 11 ] 7
Radiación no ionizante: Son aquellas que no tienen suficiente energía como para romper los enlaces que unen los átomos del medio que irradian. Por ejemplo: Ondas de radio y TV, luz solar, microondas, entre otros.
Figura 1.1 Clasificación de radiaciones en el espectro electromagnético Fuente Barranzuela [4] 1.2.2. Tipos de radiación. Según su interacción con la materia, pueden ser: - Alfa: Que se compone de núcleos de helio que se emiten durante una desintegración natural. Las partículas de helio emitidas consisten en dos neutrones y dos protones y tienen una carga alta que puede causar mucho daño si se ingiere. Sin embargo, posee mucha masa, por lo que tiene poca energía y bajo rango y puede ser detenida por una hoja de papel o la piel. -
Beta: Que puede ser (-), cuando existe un electrón energético. Se produce cuando un neutrón se descompone en un protón en el núcleo. Es menos ionizante que la radiación alfa. También puede ser (+), cuando se emiten positrones, que al ser antimateria, pueden aniquilar la materia cercana. Por tanto se podría decir que son algo más penetrantes pero menos intensas que las radiaciones Alfa.
-
Gamma se produce por la emisión de fotones de alta frecuencia. Ocurre para eliminar el exceso de energía del núcleo después de que éste ha emitido radiación alfa o beta. Es la radiación más penetrante de todas. En la Figura 1.2 se muestra la capacidad de penetración de los distintos tipos de radiación.
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Figura 1.2 Penetración de los distintos tipos de radiación. Fuente Página web [13] 1.2.3. Radiación Solar.3 Es un conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol el cual se comporta como un cuerpo negro que emite energía siguiendo la ley de Plack a una temperatura de unos 6000 K. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, pues las ondas ultravioletas, más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. Aproximadamente la mitad de las radiaciones que recibimos, comprendidas entre 0.4μm y 0.7μm, pueden ser detectadas por el ojo humano,
constituyendo lo que conocemos como luz visible. De la otra mitad, la mayoría se sitúa en la parte infrarroja del espectro y una pequeña parte en la ultravioleta. La porción de esta radiación que no es absorbida por la atmósfera, es la que produce quemaduras en la piel a la gente que se expone muchas horas al sol sin protección. La radiación solar se mide normalmente con un instrumento denominado piranómetro. 1.2.3.1.
Ti pos de radiación solar .
-
Radiación directa: Es la que llega a la superficie de la tierra directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias, y puede ser reflejada y concentrada por algún dispositivo solar para su utilización.
-
Radiación difusa: Es aquella que después de haber sido reflejada y difundida por la atmósfera, llega a la superficie terrestre habiendo modificado su dirección.
Existen tres formas básicas de difusión en la atmósfera de la radiación solar: * Por moléculas de aire. * Por partículas de polvo. * Por el vapor de agua. ______________________________________________________________________ 3 Este apartado ha sido elaborado usando referencia [ 1 ] 9
-
Albedo: Es la cantidad, expresada en porcentaje de la radiación que cualquier superficie refleja sobre la que incide sobre la misma. Las superficies claras tienen valores de albedo superior a las oscuras. El albedo medio de la Tierra es del 30-32% de la relación que proviene del Sol. Así mismo, las nubes pueden tener un alto albedo y reflejar una gran cantidad de radiación solar incidente, esto reduce la cantidad de radiación solar que llega a la superficie, disminuyendo la temperatura de las capas bajas durante el día. En la noche el efecto opuesto porque las nubes absorben la radiación terrestre y la emiten a la superficie, manteniendo una cantidad de calor cerca de la superficie, aumentando la temperatura respecto a noches despejadas
1.2.4. Espectro Electromagnético Solar. 4 Es la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. La aplicación de la Ley de Planck al Sol con una temperatura superficial de unos 6000 K nos lleva a que el 99 % de la radiación emitida está entre las longitudes de onda 0,15 μm (micrómetros o micras) y 4 micras. Como 1
angstrom 1 Å = 10-10 m = 10-4 micras resulta que el Sol emite en un rango de 1500 Å hasta 40000 Å. La luz visible se extiende desde 4000 Å a 7400 Å. La radiación ultravioleta u ondas cortas iría desde los 1500 Å a los 4000 Å y la radiación infrarroja u ondas largas desde las 0,74 micras a 4 micras.
1.2.4.1.
Bandas del Espectro electromagn é ti co Solar .
Espectro ultravioleta: La radiación ultravioleta (UV) comprende longitudes de onda entre 10 nm y 380 nm. Se le denomina así porque sus longitudes de onda son más cortas que las de la luz violeta (que a su vez se ubica en el extremo de la luz visible). En algunos estudios se diferencia entre la radiación ultravioleta extrema, con longitudes de onda de 10 nm a 200 nm, y la radiación ultravioleta cercana, a la que se le asignan longitudes de onda entre 200nm y 380 nm. Aunque una pequeña cantidad de radiación UV es necesaria tanto para el ser humano como para las plantas, se ha demostrado que una exposición excesiva, e incluso relativamente moderada, puede resultar perjudicial. Además de generar daños visibles en la piel (pérdida de elasticidad, manchas y arrugas) la radiación UV es capaz de producir mutaciones en las células, llegando a provocar cáncer. Por otro lado, la radiación ultravioleta se ha identificado como una de las principales causas de degradación de algunos materiales empleados en la edificación.
______________________________________________________________________ 4 Este apartado ha sido elaborado usando referencia [ 12 ] 10
Figura 1.3 Distribución de la radiación solar que ingresa a la atmósfera . Fuente Página web [14]
Espectro visible: El espectro visible comprende las radiaciones electromagnéticas con longitudes de onda entre 380 nm y 780 nm. Se le llama así porque representa el estrecho rango de radiaciones que el ojo, o mejor dicho el cerebro humano es capaz de interpretar como luz y color, si bien la mayoría de las personas solo puede percibir las longitudes comprendidas entre 400 nm y 700 nm. La luz visible atraviesa con bastante eficacia la atmósfera limpia, pero cuando hay nubes o masas de polvo parte de ella es absorbida o reflejada. Dentro de ese rango de radiaciones es posible establecer diversas clasificaciones relacionadas con los colores que reconocemos más fácilmente, aunque en realidad los límites entre un color y otro resulta bastante difusos. Una clasificación basada en los colores que conocemos como primarios y secundarios, más o menos aceptada, se puede apreciar en la tabla 1.1. Tabla 1.1 Rangos de longitud de onda para cada color Fuente Bazán Díaz [1] Color Longitud de onda Violeta Azul Verde Amarillo Naranja Rojo
390nm – 455nm 455 nm – 492nm 492 nm – 577nm 577 nm – 597nm 597 nm – 620nm 620 nm – 780nm
Espectro infrarrojo: La radiación infrarroja de más de 760 nm, es la que corresponde a longitudes de onda más largas y lleva poca energía asociada. Su efecto aumenta la agitación de las moléculas, provocando el aumento de la temperatura. El CO 2, el vapor de agua y las pequeñas gotas de agua que forman las nubes absorben con mucha intensidad las radiaciones infrarrojas.
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La atmósfera se desempeña como un filtro ya que mediante sus diferentes capas distribuyen la energía solar para que a la superficie terrestre sólo llegue una pequeña parte de esa energía. La parte externa de la atmósfera absorbe parte de las radiaciones reflejando el resto directamente al espacio exterior, mientras que otras pasarán a la Tierra y luego serán irradiadas. Esto produce el denominado balance térmico, cuyo resultado es el ciclo del equilibrio radiante. Ello nos libra de la ultravioleta más peligrosa para la salud. La atmósfera es opaca a toda radiación infrarroja de longitud de onda superior a las 24 micras, ello no afecta a la radiación solar pero sí a la energía emitida por la Tierra que llega hasta las 40 micras y que es absorbida. A este efecto se lo conoce como efecto invernadero.
1.3.
Teoría de deshidratadores La mayoría de las frutas y vegetales tienen un elevado contenido de agua que va del 89 al 95% en la mayoría de los casos. Un deshidratador es un dispositivo que remueve humedad de los alimentos para ayudar a su preservación por periodos prolongados. Éste usa una fuente de calor y un flujo de aire para reducir el contenido de agua del alimento.
1.3.1. Mecanismos de deshidratación 1.3.1.1.
Deshi dratación al air e libr e.
Está limitada a las regiones templadas o cálidas donde el viento y la humedad del aire son adecuados. Generalmente se aplica a frutas y semillas, aunque también es frecuente para algunas hortalizas como los pimientos y tomates. 1.3.1.2.
Deshi dratación por air e.
Para que pueda llevarse a cabo de forma directa, es necesario que la presión de vapor de agua en el aire que rodea al producto a deshidratar, sea significativamente inferior que su presión parcial saturada a la temperatura de trabajo. Puede realizarse de dos formas: por partidas o de forma continua, constando el equipo de: túneles, desecadores de bandeja u horno, desecadores de tambor o giratorios y desecadores neumáticos de cinta acanalada, giratorios, de cascada, torre, espiral, lecho fluidificado, de tolva y de cinta o banda. Estos equipos están diseñados de forma que suministren un elevado flujo de aire en las fases iniciales del proceso, que luego se va reduciendo conforme se desplaza el producto sometido a deshidratación. Así, por ejemplo, para porciones de hortalizas es común que se aplique un flujo de aire con una velocidad de 180-300 metros por minuto, con temperaturas en el aire del
______________________________________________________________________ 5 Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [2] 12
bulbo seco del termómetro de 90-100 ºC y temperaturas en bulbo húmedo inferiores a 50 ºC. Posteriormente, conforme va descendiendo el contenido de humedad, se reduce la velocidad del flujo del aire y la temperatura de desecación desciende a 55ºC e incluso menos, hasta que el contenido de humedad resulta inferior al 6 %. 1.3.1.3.
Deshidr ataci ón por rocío.
Los sistemas de deshidratación por rocío requieren la instalación de un ventilador de potencia apropiada, así como un sistema de calentamiento de aire, un atomizador, una cámara de desecación y los medios necesarios para retirar el producto seco. Mediante este método, el producto a deshidratar, presentado como fluido, se dispersa en forma de una pulverización atomizada en una contracorriente de aire seco y caliente, de modo que las pequeñas gotas son secadas, cayendo al fondo de la instalación. Presenta la ventaja de su gran rapidez. 1.3.1.4.
Deshidr ataci ón al vacío.
Este sistema presenta la ventaja de que la evaporación del agua es más fácil con presiones bajas. En los secadores mediante vacío la transferencia de calor se realiza mediante radiación y conducción y pueden funcionar por partidas o mediante banda continua con esclusas de vacío en la entrada y la salida. 1.3.1.5.
Deshi dratación por congelación.
Consiste en la eliminación de agua mediante evaporación directa desde el hielo, y esto se consigue manteniendo la temperatura y la presión por debajo de las condiciones del punto triple (punto en el que pueden coexistir los tres estados físicos, tomando el del agua un valor de 0,0098 ºC). Este método presenta las siguientes ventajas: se reduce al mínimo la alteración física de las hortalizas, mejora las características de reconstitución y reduce al mínimo las reacciones de oxidación y del tratamiento térmico. Cuando se realiza la deshidratación mediante congelación acelerada se puede acelerar la desecación colocando el material a deshidratar entre placas calientes. 1.3.1.6.
Deshidrocongelación.
Es un método compuesto en el que, después de eliminar aproximadamente la mitad del contenido de agua mediante deshidratación, el material resultante se congela con rapidez. Los desecadores empleados son los de cinta, cinta acanalada y neumáticos, siempre que la deshidratación se produzca de forma uniforme. Las ventajas de este sistema son las siguientes: reduce en gran medida el tiempo necesario para la deshidratación y rehidratación y reduce aproximadamente a la mitad el espacio requerido para el almacenamiento del producto congelado. Sin embargo, el aspecto final del producto, que aparece arruga, no es muy agradable para el consumidor. 13
La deshidratación. 6 El secado o deshidratación ha sido usado por siglos para preservar diferentes alimentos y es una operación unitaria importante en muchas industrias alimenticias. Entre los usos que se le atribuyen a este método de preservación está la conservación de café, hierbas, carnes, fruta y vegetales. Esta forma de conservar alimentos consiste en reducir su contenido de agua. Es necesario diferenciar entre secado, el cual es un método tradicional próximo a la desecación natural, como frutos secados al sol, y la deshidratación propiamente dicha, que es una técnica artificial basada en la exposición a una corriente de aire caliente bajo condiciones más controladas. El mecanismo de deshidratación al remover agua de un producto busca disminuir la actividad de agua (que es la que utilizan los microorganismos para sobrevivir) hasta un nivel que permita extender su vida útil o de anaquel. 1.4.1. Cómo funciona el mecanismo de deshidratación El éxito de la deshidratación consiste en que, además de proporcionar estabilidad microbiológica, debido a la reducción de la actividad del agua y fisicoquímica, aporta otras ventajas derivadas de la reducción de peso, en relación con el transporte, manipulación y almacenamiento; para conseguir esto, la transferencia de calor debe ser tal que se alcance el calor latente de evaporación y que se logre que el agua o el vapor de agua atraviese el alimento y lo abandone. 1.4.2. Tiempo vs humedad base seca En virtud de que la aplicación de la deshidratación se extiende a una cada vez más amplia gama de productos: frutas, verduras, hierbas, etc. Es entonces importante elegir el método de deshidratación más adecuado para cada tipo de alimento. Es trascendental conocer la velocidad a la que va a tener lugar el proceso, ya que la eliminación de humedad excesivamente rápida en las capas externas puede provocar un endurecimiento de la superficie, impidiendo que se produzca la correcta deshidratación del producto. 1.4.3. Factores en la deshidratación Los factores que influyen en la elección del método de deshidratación óptimo más adecuado son los siguientes: a) Características de los productos a deshidratar: actividad del agua para distintos contenidos de humedad y a una determinada, resistencia a la difusión, entre otros. b) Conductividad del calor. c) Características de las mezclas aire-vapor a diferentes temperaturas. d) Capacidad de rehidratación o reconstrucción del producto después de un determinado tiempo de almacenamiento. 1.4.
CAPITULO 2 2. Captación de la radiación Solar. 7 La energía solar es una fuente de energía renovable que se obtiene del sol y con la que se pueden generar calor y electricidad. Recibe el nombre de energía solar aquella que proviene del aprovechamiento directo de la radiación del sol, y de la cual se obtiene calor y electricidad. El calor se obtiene mediante colectores térmicos, y la electricidad a través de paneles fotovoltaicos. ______________________________________________________________________ 6 Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [6] 7
Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [15] 14
Existen varias maneras de recoger y aprovechar los rayos del sol para generar energía que dan lugar a los distintos tipos de energía solar : la fotovoltaica (que transforma los rayos en electricidad mediante el uso de paneles solares), la fototérmica (que aprovecha el calor a través de los colectores solares) y termoeléctrica (transforma el calor en energía eléctrica de forma indirecta). El objetivo es presentar de manera clara y precisa cuales son las tecnologías que actualmente se usan para la captación de energía solar, sus limitaciones, sus captaciones y sus beneficios.
2.1.
Formas básicas de captación. La actividad humana en general y más particularmente en su aspecto energético está presidida por la actuación pasada o presente del sol. El aprovechamiento energético del sol, directo o indirecto, de forma natural o artificial es una constante en nuestra estructura agrícola, urbana, industrial. Para una mejor descripción véase. (Ver Figura 2.1).
Figura 2.1 Aprovechamiento de la energía solar Fuente Página web [16]
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2.2. Sistemas de captación. 8 La energía solar presenta dos características que la diferencian de las fuentes energéticas convencionales 1. Dispersión: su densidad apenas alcanza 1 kW/m2, muy por debajo de otras densidades energéticas, lo que hace necesarias grandes superficies de captación o sistemas de concentración de los rayos solares. 2. Intermitencia: hace necesario el uso de sistemas de almacenamiento de la energía captada. Ello lleva a un replanteamiento en el aprovechamiento de la energía, totalmente distinto al clásico, lo que requiere un gran esfuerzo de desarrollo. Así pues, el primer paso para el aprovechamiento de la energía solar es su captación, aspecto dentro del que se pueden distinguir dos tipos de sistemas:
Pasivos: no necesitan ningún dispositivo para captar la energía solar, cuyo aprovechamiento se logra aplicando distintos elementos arquitectónicos
Activos: captan la radiación solar por medio de un elemento de determinadas características, llamado "colector"; según sea éste se puede llevar a cabo una conversión térmica (a baja, media o alta temperatura), aprovechando el calor contenido en la radiación solar, o bien una conversión eléctrica, aprovechando la energía luminosa de la radiación solar para generar directamente energía eléctrica por medio del llamado "efecto fotovoltáico" (Ver Figura 2.2)
Figura 2.2 Colector Solar Fuente Página web [17] 2.3.
Energía Fotovoltaica 9 La energía fotovoltaica es la transformación directa de la radiación solar en electricidad. Esta transformación se produce en unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos. En los paneles fotovoltaicos, la radiación solar excita los electrones de un dispositivo semiconductor generando una pequeña diferencia de potencial. La conexión en serie de estos dispositivos permite obtener diferencias de potencial mayores. Una de las principales virtudes de la tecnología fotovoltaica es su aspecto modular, pudiéndose construir desde enormes plantas fotovoltaicas en suelo hasta pequeños paneles para tejados. Hoy en día constituyen una tecnología de generación eléctrica renovable.
______________________________________________________________________ 8 Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [17] 9 Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [17] 16
2.3.1. Principio de Funcionamiento. 10 La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica. Consiste en la captación de la energía radiante procedente del sol, equivalente a 3,8 E20 MW. Es emitida por su superficie a la temperatura de 13 millones de grados (producida por las fusiones de átomos de Hidrógeno para formar Helio). Se transmite por el espacio en forma de fotones de luz. Estos fotones atraviesan la atmósfera terrestre perdiendo parte de su energía por los impactos con la misma. Esta pérdida de energía será función de la distancia que recorre (latitud y altitud del sol) y del tipo de atmósfera que atraviesen (clara o nublada) hasta alcanzar la superficie de la Tierra. Cuando fotones de un determinado rango de energía chocan con átomos de ciertos materiales semiconductores (el Silicio es el más representativo) les ceden su energía produciendo un desplazamiento de electrones que es en definitiva una corriente eléctrica. Estos fotones se caracterizan por su energía y su longitud de onda (que forman lo que se llama espectro solar). Solo una parte de este espectro (que depende del material semiconductor) es aprovechada para el desplazamiento de los electrones. Los materiales semiconductores, para su utilización en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina. Estos cristales se cortan en rebanadas muy finas (del orden de micras) y se dopan unas con elementos químicos para producir huecos atómicos, lado "p", (en el caso del Silicio con Boro) y otras con otros elementos para producir electrones móviles, lado "n", (con Fósforo también en el caso del Silicio). La unión de una rebanada "n" con una rebanada "p" (ambas son transparentes y por tanto dejan pasar los fotones) cada una con un conductor eléctrico metálico, forman así una célula fotoeléctrica, la cual bajo la incidencia de fotones, crea una corriente de electrones corriente eléctrica continua- a través del circuito eléctrico al que estén conectados los dos conductores de la celda.
2.4. Tipos de sistemas fotovoltaicos. 11 2.4.1. Sistemas autónomos o remotos. Los sistemas autónomos son el mercado que estimuló la producción industrial de módulos Fotovoltaicos y dio credibilidad a la energía, al demostrar que pese a su costo, son la opción más económica en algunas aplicaciones terrestres. La energía generada a partir de la conversión fotovoltaica se utiliza para cubrir pequeños consumos eléctricos en el mismo lugar donde se produce la demanda. Es el caso de aplicaciones como la electrificación de: viviendas alejadas de la red eléctrica convencional, básicamente electrificación rural; servicios y alumbrado público: iluminación pública mediante farolas autónomas de parques, calles, monumentos, paradas de autobuses, refugios de montaña, alumbrado de vallas publicitarias, etc. ______________________________________________________________________ 10 Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [17] 11 Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [17] 17
Con la alimentación fotovoltaica de luminarias se evita la realización de zanjas, necesidad de adquirir derechos de paso, conexión a red eléctrica, etc. Aplicaciones agrícolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego, iluminación de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de ordeño, refrigeración, depuración de aguas, etc.; Señalización y comunicaciones: navegación aérea (señales de altura, señalización de pistas) y marítima (faros, boyas), señalización de carreteras, vías de ferrocarril, repetidores y reemisores de radio y televisión y telefonía, cabinas telefónicas aisladas con recepción a través de satélite o de repetidores, sistemas remotos de control y medida, estaciones de tomas de datos, equipos sismológicos, estaciones meteorológicas, dispositivos de señalización y alarma, etc. El balizamiento es una de las aplicaciones más extendida, lo que demuestra la alta fiabilidad de estos equipos.
2.5.
Aplicación de los sistemas fotovoltaicos. 12 Los sistemas fotovoltaicos se utilizan principalmente para proveer energía a lámparas, radios, reproductoras de cintas, pequeños televisores, teléfonos celulares, bombas de agua, purificadora de agua, refrigeradora de vacunas y equipos profesionales de radiocomunicación. Dependiendo de su aplicación y de la cantidad y tipo de energía producida, los sistemas fotovoltaicos se pueden clasificar en las siguientes categorías:
2.6.
Lámparas portátiles. Sistemas individuales de Corriente Directa (CD) para aplicaciones domésticas. Sistemas individuales de Corriente Alterna (CA) para aplicaciones domésticas. Sistemas centralizados aislados de la red.
Energía térmica La energía solar térmica o energía termo-solar como el aprovechamiento de la energía del Sol para generar calor mediante el uso de colectores o paneles solares térmicos. Esta energía solar se encarga de calentar el agua u otro tipo de fluidos a temperaturas que podrán oscilar entre 40º y 50º, no debiendo superar los 80º.
2.6.1. Utilización.13 Esta agua (una vez calentada) se podrá usar posteriormente para cocinar o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico (ACS), ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y a partir de ella, de energía eléctrica. Actualmente también tenemos la posibilidad de alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que empleará esta energía solar térmica en lugar de electricidad para producir frío como lo haría un aparato de aire acondicionado tradicional. ______________________________________________________________________ 12 13
Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [18] Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [18] 18
2.7.
Funcionamiento de un deshidratador solar. 1) El aire entra fresco y con una humedad relativa media en el colector. El calor proporcionado por el sol hace que la temperatura del aire suba y que este adquiera la capacidad de contener más humedad. Como no hay aporte externo de humedad, su humedad relativa baja. 2) El aire caliente y con baja humedad relativa proveniente del colector solar eleva la temperatura de los productos y hace que en estos se evapore el agua que contienen. El aire cálido y seco absorbe con facilidad la humedad que ha soltado el producto y en el proceso aumenta su humedad relativa bajando su temperatura. Por último el aire aún cálido y más húmedo sale del deshidratador a la atmósfera. (Ver Figura 2.6)
Figura 2.6 Deshidratador solar Fuente Pagina Web [3] CAPITULO 3 3. Diseño teórico del deshidratador. 3.1. Ventajas y desventajas de un colector. 14 a) Ventajas: -Sin costo ni riesgos, el sistema puede quedar funcionando sin interrupción durante ausencias de los moradores.-Se cuida el medio ambiente por utilizar una fuente de energía renovable y ecológica.-Produce un ahorro importante de dinero en gas o electricidad, ayudando a la economía del hogar. -Al tener los espejos, podemos obtener mucho más calor concentrado, dirigiendo estos. -Nuestro sistema esta aislado para perdidas de calor. ______________________________________________________________________ 19
14
Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [17] -El cuerpo negro a utilizar, nos permitirá conservar calor en caso de que no haya radiación solar. - Además no produce olores al disecar la comida y es muy práctico para disecar frutas como piña, manzana, durazno, entre otros y luego llevarlos de colación o a viajes largos donde no se pueden llevar alimentos perecibles ya que se pudren. b) Desventajas: - No se puede controlar ni la temperatura ni la velocidad apropiadas del aire. En ciertos productos la exposición a la radiación UV afecta su calidad final. -El flujo de aire no se lo puede controlar en su totalidad. -En caso el dia este nublado, sin radiación solar, nose podrá llegar a la temperatura deseada. Por falta de una fuente externa de calor. -Ya que la fruta a deshidratar en la práctica es muy pequeña, tendremos un volumen significativo sin usar en el cual abra una “ pérdida de calor “ el que podríamos enfocarlo en la fruta.
3.2. Objetivos de la deshidratación La deshidratación es un método de conservación de los alimentos que se basa sobre una disminución de la actividad del agua del alimento o en otras palabras, una disminución de la cantidad de agua disponible en este alimento, al disminuir la cantidad de agua, esto limita las reacciones químicas de degradación posibles, así como el desarrollo de los microorganismos responsables del deterioro de los productos (la mayoría de los microorganismos requiere de una tasa de humedad del producto de 12-15%), sin embargo, algunos hongos y bacterias resistentes pueden desarrollarse. 3.3. Principios de secado con aire caliente: Bajo el efecto de la temperatura, el agua pasa de un estado líquido a un estado de vapor, el producto estando en contacto con el aire caliente, existe una diferencia de presión de vapor de agua entre el aire y la superficie del producto, esto significa que el aire tiene la capacidad para absorber el agua libre del producto, que se convierte en vapor de agua. La transferencia de agua desde el producto hacia el aire se produce hasta que la cantidad de agua de ambos elementos sea igual, por lo tanto, un proceso de secado eficaz buscará establecer una corriente de aire, de tal manera que a medida que el aire se cargue de la humedad del producto, se evacue de la cercanía del producto y se reemplaza por un aire “nuevo” (seco).
En el producto, a medida que el agua de la superficie se convierte en vapor de agua y es extraída, el agua de las capas inferiores migra a la superficie para ser, a su vez, extraído. Esto significa que el proceso de secado no se realiza de manera uniforme en todo el producto. Producto inicial 75-85% humedad
producto final -----► intermedio -----► 12-15% humedad 20
Para el procesamiento correcto de alimentos deshidratados se deben respetar los principios esenciales de la conservación de alimentos. A continuación se describen algunos de ellos: Principio No.1 Todo producto procesado es el reflejo de la materia prima de la que proviene esto significa que sólo una materia prima de buena calidad dará como resultado un producto de buena calidad. Principio no. 2 La calidad del proceso está condicionada por la capacidad de los operarios y por la forma en que el proceso es conducido, esto implica que todo proceso debe ser cuidadosamente controlado, por simple o corto que sea. Principio No. 3 Todo proceso debe ordenarse, dividirse en operaciones claramente identificables y evaluables con diagramas de flujo que deben permanecer constantes, de manera que los productos sea continuamente reproducido. Principio No. 4 La uniformidad de los productos es un aspecto determinante de la calidad y de la aceptabilidad de los productos, los que deben de estar normalizados o estandarizados. Principio no. 5 Para producir con inocuidad, la higiene personal, sanidad de equipos e infraestructura, higiene de materias primas y su origen, son altamente determinantes en la calidad sanitaria de los productos. Principio No.6 Debe existir un control de los procesos y operaciones claves para asegurar la eficiencia de la conservación de los alimentos. Estos principios básicos son de mucha importancia en el proceso de deshidratación de alimentos y deben tomarse siempre en cuenta a fin de producir alimentos de calidad aceptable para que sean consumidos con seguridad, la calidad a ofrecer siempre deberá ser muy superior a la mínima exigida para enfrentar el mercado con éxito
3.4. Colector 3.4.1. Funcionamiento El funcionamiento de nuestro deshidratador solar se basa en tomar gran parte de la energía solar, de un equipo llamado colector solar, que unido al deshidratador adyacente lleva hacia él calor, calor que se almacena en nuestro colector. Gran parte del éxito de nuestro proceso de deshidratación se basa en la construcción de un colector eficiente, puesto que este va a permitir elevar la temperatura del deshidratador y consecuente a esto va a permitir una mejor deshidratación siempre y cuando se mantenga la temperatura de trabajo que es de entre 55°C y 65°C El colector solar va a contener un almacenador de calor el cual llamaremos Cuerpo Negro y que en nuestro sistema planteado vamos a usar piedras (pintadas de color negro, para una mayor captación de calor). Además del cuerpo negro se ha utilizado un vidrio y espejos regulados para poder incrementar la temperatura en el colector
21
3.4.2. Cálculos teóricos Datos: Piedras Calor específico de las piedras: 0.17 kcal/kg · °C Capacidad calorífica de las piedras=374 kcal/m3 · °C Masa de las piedras: 30kg T1=28°C T2=80°C Calculamos la Energía que debe almacenar el Cuerpo Negro (las piedras) para elevar en el colector una temperatura de 28(entrada ) hasta 80° que es el teórico al cual se pretende llegar en el colector para esperar buenos resultados. E=Ce*m*T E= (170cal/kg*C)*30kg*52 E=1108.5kJ Esta energía de 1108.5kJ es la que traslado hacia la zona de deshidratación sabiendo que esta cantidad de energía debe ser capaz de elevar la temperatura de entrada de 28-30°C hasta los 60° promedio que es la que necesitamos en el deshidratador. Sabiendo que es el aire que por convección va a trasladar la energía captada el el colector hacia el deshidratador, tomamos algunos datos característicos. Aire de ingreso: T de ingreso=28°C Capacidad Calorífica: 0.29 kcal/m3 · °C Calor específico: 0.24 kcal/kg · °C Volumen del colector:0.36m 3 Zona de Deshidratación: En la Zona de deshidratación de fruta se ha dispuesto unas dimensiones apropiadas para el mejor aprovechamiento radiación solar. Tenemos una parte recepción de rayos solares con una inclinación de un ángulo de 45°C aproximadamente .Su estructura es de madera cubierta con latón y pintada de negro.
CAPITULO 4 4. Análisis de resultados. 15 En capítulos anteriores habíamos evaluado diferentes tipos de deshidratadores de manera teórica, incluso habíamos realizado cálculos teóricos sobre lo que nos pareció más factible de realizar. En el presente capítulo nos llevará a plasmar nuestras ideas en un diseño de un Deshidratador Solar de capacidad aproximada
22
______________________________________________________________________ 15
Este apartado ha sido elaborado usando como referencia [1] de 1m3, descartando experimentos previos, para escoger la mejor opción que nos permita obtener alimentos deshidratados haciendo uso de la energía solar, teniendo en cuenta la premisa de mayor eficiencia y menor coste de diseño. Considerando también equipos de medición y monitoreo de parámetros, pero soló las mediciones necesarias para determinar el rendimiento, y encaminar de mejor manera nuestro objetivo. Ahora vamos a conocer los parámetros y condiciones bajo las cuales vamos a desarrollar nuestro proceso Los materiales utilizados en este deshidratador, han sido escogidos de acuerdo a sus propiedades de conducción del calor, concentración y mayor captación de energía térmica. También hemos tenido en cuenta la accesibilidad de los materiales en lo económico. Hemos considerado para la medición de los resultados: sensores de temperatura y humedad un sensor Termómetro- Higrómetro cuyos rangos de medición están dentro de nuestras necesidades de acuerdo a las variables a medir, y para evaluar la necesidad de ventilación forzada y para direccionar el sentido de nuestro colector solar (direccionarlo de manera que posibilite el traslado de la energía térmica, del colector hacia la zona de deshidratación de la manera mejor manera posible ), también hemos escogido medir la velocidad del viento a través de un Anemómetro. En el proceso de optimización de resultados en la construcción del Deshidratador solar, tuvimos que hacer varias pruebas que incluyen cambios y modificaciones en la estructura de nuestro deshidratador solar. Dentro de nuestras primeras pruebas construimos una zona de deshidratación relativamente grande de dimensiones (1m3) (ver fig1), para lo cual obtuvimos resultados por debajo de lo esperado en el colector (Ver tabla XXX). Nuestro primer diseño fue un diseño convencional en el cual no consideramos la capacidad optima de nuestro Colector Solar, esto fue lo que nos llevó a buscar una nueva solución reduciendo en nuestro segundo diseño el volumen de la zona de deshidratación que permitiera usar de mejor manera el rendimiento de nuestro Colector Solar y un mejor aprovechamiento de la energía solar en su disposición final. El diseño final tiene unas dimensiones menores (ver fig2) cuya capacidad es de 0.8m3, cuyo rendimiento es menor. En la figura se puede notar la parte azul que es la entrada de aire, el cual se ha reducido de un tamaño inicial de 30cmX80cm a unas dimensiones de 10cmX80cm, reduciendo parte de la entrada de aire, porque evaluado con el sensor de viendo en una tarde normal y a aire libre se notó el excesivo aire que enfriaba la superficie del cuerpo negro.
23
Fig 4.1: Diseño previo del Deshidratador
Fig4.2: Diseño final del Deshidratador 4.1.
Datos Iniciales En éste sistema Deshidratador de Alimentos, se deben diferenciar dos partes bien definidas: una parte es el Colector (zona de calentamiento), cuya función principal es la de absorber y concentrar la mayor cantidad de calor en el cuerpo negro (Piedras negras), esto con el propósito de calentar el aire de entrada hacia la zona de deshidratación de alimentos, a una temperatura de 75°C. La otra parte es la Zona de deshidratación de alimentos, donde la temperatura del aire que fluye por este lado debe ser en promedio de 60°C es decir que la temperatura debe oscilar entre un máximo y un mínimo de 65°C y 55°C respectivamente. Todos los cálculos previamente realizados, se han hecho a una temperatura ambiente base de cálculo de 28°C, lo cual en los experimentos se nota que esta 24
temperatura puede oscilar dependiendo de la hora del día y de las condiciones climáticas del día. Cabe señalar el cumplimiento de lo expuesto en el marco teórico respecto a los aspectos a considerar en el Deshidratador como lo es la transferencia de energía y el comportamiento de la humedad en la deshidratación solar, además que la velocidad de secado depende muchos factores entre ellos: la radiación solar, la velocidad de aire de entrada y de salida, la humedad del alimento a deshidratar y la cantidad de producto colocado en la zona de deshidratación, etc. La transferencia de calor desde la entrada del colector hasta la zona de deshidratación es por convección usando el flujo del aire para tal propósito. El propósito del cuerpo negro es el de absorber la mayor cantidad de energía térmica para facilitar el calentamiento del aire que al fluir por el colector y hacer contacto con este cuerpo negro, logrará aumentar su temperatura y consecuentemente la de los alimentos dentro de la zona de deshidratación.
4.2.
Resultados del colector: Para poder ingresar a evaluar los datos y valores de la Zona de Deshidratación primero debemos hacer una evaluación del comportamiento y resultado que arroja el análisis del Colector, ya que este contendrá el valor de la cantidad de energía térmica que será transferida hacia donde se deshidratarán los alimentos. Tabla4.1. Datos en las pruebas realizadas en el colector Tiempo
Temperatura
Humedad (%)
Velocidad(viento)
12.35am
28
38
0.3m/s
12.40am
30
35
0.3m/s
12.45am
32
32
0.3m/s
12.50am
33
27
0.3m/s
12.55am
33.5
22
0.3m/s
1.00am
34
15
0.3m/s
1.05pm
34.7
12
0.3m/s
1.10pm
35
12
0.3m/s
1.15.pm
37.1
12
0.3m/s
1.20pm
38
12
0.3m/s
1.25pm
38.6
12
0.3m/s
25
1.30pm
39.2
12
0.3m/s
1.35pm
40
12
0.3m/s
1.40pm
41º
12
0.3m/s
4.3. Características del alimento a deshidratar (mango): 4.3.1. Temperatura: Se lograron obtener valores de temperatura entre 32ºC y 64ºC obteniendo una temperatura del ambiente promedio de 30ºC, existiendo un rango de oscilación de 30ºC y 32ºC 4.3.2. Temperatura y Humedad Relativa. Como era de esperar se encontró dentro del secador una correlación negativa y significativa entre la temperatura (la HR, de rPearson = - 0.645, p=0.000), lo que indica que al calentarse el aire, disminuía la HR mejorando así la acción de secado del aire sobre los granos húmedos. 4.3.3. Pérdida de Peso En el secador, en 5 horas, un día efectivo de oreado, se logró reducir de promedio un 15% la humedad del grano húmedo, pasando a café oreado, listo para ser llevado al beneficiado seco (con aproximadamente un 40% de humedad del grano en pergamino). (Ver Anexo Nº: 1) A temperatura ambiente esta reducción de humedad se logró casi a las 10 horas de secado, dos días efectivos de secado y a veces tres, ya que generalmente por problemas de lluvias o rocío en el mejor de los casos se comienza a secar a las 9-10 am y se termina a las 2-3 de la tarde. Se debe considerar que el secador no tiene problemas si llueve. (Ver los gráficos Nº: 18 y 19). 4.3.4. Mango deshidratado Variedades: Tommy, Kent, Haden. Tommy: ● Es de tamaño grande (600 gramos aproximadamente) ● De forma ovalada, resistente a daños mecánicos y con mayor periodo de
conservación, pero no tiene las mejores características en cuanto sabor y aroma. ● Es la variedad más común en los mercados y es tardía.
Kent: ● Es de tamaño grande (500 a 800 gramos aproximadamente) y de color amarillo
anaranjado con chapa rojiza a la madurez. ● Forma ovalada orbicular, de agradable sabor, jugoso de poca fibrocidad y de alto
contenido en azucares. ● Variedad semi-tardía. 26
Haden: ● Tamaño medio grande (380 – 700gr) y que a la madurez adquiere un color rojo – amarillo, con chapa rojiza ● Forma ovalada, de pulpa firme y de color y sabor agradables. ● Variedad de media estación.
Origen: Nuevo Urecho, Michoacán México. Descripción: Mango en rodajas: 2 a 5mm de grosor y 10 cm de largo, cubos, pedazos o trozos de 5 a 10mm de largo y ancho. Apariencia: Amarillo Textura: Suave y seco. Método de Secado: Deshidratación, productos 100% naturales. * Composición del Mango: Piel: 15-20% Hueso: 6-11% La pulpa contiene: Agua: 80 a 85% y 114 compuestos aromáticos Minerales: Potasio, Magnesio, Calcio, Fosforo. Lípidos: Sobre todo pigmentos (carotenoides y clorofila). Los carotenoides resisten al calor y PH extremos pero son sensibles al oxigeno del aire y degradan provocando una decoloración del producto. Glúcidos: Almidón, celulosa, pectinas. Proteínas: pequeña cantidad de enzimas. Vitaminas: C y B Valor nutritivo: 50 a 63 kilo calorías / 100 gramos. -
Criterios de selección de la materia prima: Para la producción de mango deshidratado, se recomienda mango con consistencia firme, color atractivo, pocas fibras, maduros.
4.4. Eficiencia en la velocidad de Remoción de Humedad. 4.4.1. Datos Área de secado: 6 m2, Días de secado: Secador (5 h) y Testigo (10 h), Capacidad de1 cajilla= 24.97 kg (café en pergamino), 6 (cajillas) * 24.97 kg de café mojado = 150 kg, (150 kg * 15% de humedad extraída para llevar a café oreado= 22.5 kilos de agua evaporada). La velocidad de remoción de humedad o velocidad de secado, si se mantiene la misma masa, en dos tiempos diferentes: 5 h y 10 H respectivamente como se muestra en los gráficos Nº 18 y 19, se tienen dos velocidades de secado: V.R = (Kilos de agua evaporada) / (horas de secado) La del secado tradicional es de 22.5/10 = 2.25 kg/h de salida de humedad. La del secador solar evaluado es de 22.5/5 = 4.5 kg/h, o sea el doble de la velocidad del tradicional.
27
Tabla 4.2. Datos en la primera prueba realizada con diseño inicial Tiempo
Temperatura
Humedad
Velocidad(viento)
3.30pm
29
38
0.3m/s
3.35pm
32
35
0.33m/s
3.40pm
35.7
33
0.4m/s
3.45pm
36
33
0.32m/s
3.40pm
35.7
33
0.35m/s
3.50pm
35.7
33
0.4m/s
3.55pm
36
30
0.51m/s
4.00pm
36.5
28
0.4m/s
4.05pm
36.5
23
0.2m/s
4.10pm
36.8
19
0.3m/s
4.15pm
37
17
0.3m/s
4.20pm
38.2
17
0.3m/s
4.25pm
38
17
0.3m/s
4.30
38.3
17
0.3m/s
Cantidad de fruta a deshidratar: Mango
Peso Inicial: 1kg Peso Final: 920g Prueba realizada entre las 3.30.pm y las 6.00pm
Tabla 4.3.Datos en la primera prueba realizada con diseño final Tiempo
Temperatura
Humedad
Velocidad(viento)
12:40pm
58.1
12
0.3m/s
12:45pm
58.8
11
0.3m/s
28
12:50pm
59.5
10
0.3m/s
12:55pm
60.5
10
0.3m/s
13:00pm
61
10
0.3m/s
13:05pm
61.5
10
0.3m/s
13:10pm
62.2
10
0.3m/s
13:15pm
62.4
10
0.3m/s
13:20pm
62.9
10
0.3m/s
13:25pm
63.5
10
0.3m/s
13:30pm
64.1
10
0.3m/s
13:35pm
64.5
10
0.3m/s
13:40pm
64.9
10
0.3m/s
13:45pm
66.1
10
0.3m/s
13:50pm
66.6
10
0.3m/s
13:55pm
66.9
10
0.3m/s
14:00pm
67.2
10
0.3m/s
14:05pm
65.3
10
0.3m/s
14:10pm
63.4
10
0.3m/s
14:15pm
60.9
10
0.3m/s
Cantidad de fruta a deshidratar: Mango Peso Inicial: 1.35kg Peso Final: 985g Prueba realizada entre las 2.30pm y las 6pm
29
4.5.
Dimensiones del deshidratador. (Ver Figura 4.3)
Figura 4.3 Vistas auxiliares del deshidratador. CAPITULO 5 5. Breve análisis económico. 5.1. Introducción: Para que se pueda realizar un estudio enconómico – finaciero del proyecto, se deberárealizar todos los cálculos necesarios, donde esté incluida y detallada toda la información que indique que el costo de nuestro poyecto sea rentable. Los factores prinicpales que componen este análisis son : el capital fijo y la inversión fija, el cual fueron requeridos para el inicio, desarrollo y finalización del proyecto , además se necesita también un cronograma de inversiones , en el cual se detalla el intervalo de tiempo de cada fase realizada del proyecto, además de la pérdidas y finalmente una evaluación con los resultados finales obtenidos . 30
5.2.
Inversión inicial fija y capital de trabajo: En esta parte, se procede a realizar los calculos de la inversion requerida para la ejecucion del proyecto. Los recursos necesarios para la implementancion del sistema se clasifican en dos grupos : la inversion fija ; que son los gastos que se requeririeron antes de la operación y el capital de trabajo que son los gastos requeridos para la realización del proyecto. Se entiende por inversión fija a la asignación de recursos reales y financieros para obras físicas o servicios básicos del proyecto, es decir durante la instalación de la maquinaria y la pre-operación realizada antes del proyecto. Estos recursos son reconocidos como patrimonio del proyecto, siendo incorporados a la nueva unidad de producción hasta su extinción por agotamiento, obsolescencia o liquidación final. Dentro de este grupo se deben tomar en cuenta don factores importantes que son la inversión tangible la cual designa la acción de convertir éstos en activos de inversión con garantías de la más alta rentabilidad y la inversión intangible que es también una parte importante dentro del sistema pero no se puede cuantificar, lo que no se ve a simple vista por ejemplo: el costo por mejora implementada, gastos de constitución, entre otros. Se entiende por capital de trabajo a lo que constituye todos los recursos, tanto para financiar el sistema total, como para que la instalación final atienda las operaciones de producción, supervisión, etc., durante su tiempo de vida. A continuación en las tablas 5.1 y 5.2 se detallan los costos de inversión fija tangible e inversión fija intangible. Tabla 5.1. Inversión inicial tangible Soles Latón -56.70 Vidrio -38.00 Sensor de temperatura y humedad -100.00 Sensor de aire -31.00 Espejos -11.50 Pernos -3.00 Malla -8.00 Burlete autoadhesivo -13.90 Garruch -17.40 Silicona -9.00 Doble inc -25.00 Tensor ojo ojo -7.80 Cola Sintética -3.50 Terrocales -3.50 Madera -60.00 Sprays -32.40 Total -420.70 Tabla 5.2. Inversión inicial intangible
Estudio técnico/ Diseño del dispositivo Total
Soles -15.00 - 15.00 31
5.3.
5.4.
Estrategia de financiamiento: Luego de haber calculado el monto requerido de inversión para la realización del proyecto, se deberá analizar las posibles fuentes de funcionamiento para la obtención de los fondos necesarios para realizar el mismo. En este estudio no se considera el análisis de financiamiento, debido a que se está considerando que la investigación realizada para la elaboración del diseño del dispositivo y posteriormente a su implementación estará cubierta por la inversión realizada por parte del grupo al momento de hacer una cuota equitativa entre cada integrante, debido a que se tienen los fondos suficientes como para hacer este desembolso y se pueda inicializar la realización del proyecto. Cronograma de inversiones: El cronograma de inversiones(Ver tabla 5.3) está referido a la aproximación del tiempo en que se realizaran todas y cada una de las implementanciones del proyecto, para eso incluiremos el estudio de la viabilidad, el tiempode aquisición de los equipos, aquisición de materiales, instalación de equipos y las pruebas preliminar puestas en marcha en toda la instalación. Todos los proyectos requieren el planteamiento de un cronograma de inversiones, que permita ver en cuantas etapas fue dividido, en cuanto tiempo se realizó, que fue lo más complicado de realizar del proyecto; puesto que no siempre un proyecto se da en un edia,semana, mes, etc sino que lo más probable es que igual que la mayoria de proyectos, éste se halla dado a los largo de varios periodos. El principal motivo por el cual se requiere un cronograma de inversiones, es para identificar el periodo en que se realiza el proyecto para que así el dinero o el capital recaudado para toda la inversión,no quede inmovilizados innecesariamente en ningun periodo preciso. Entonces se dice que cronograma responde a la estructura de las inversiones y a los periodos donde cada invesión será llevada adelante.
Tabla 5.3 Cronograma de inversiones Cronograma de implementación Actividad/Semanas 1 2 3 4 5 a)Estudio de viabilidad X b)Adquisición de materiales: esqueleto X c)Aquisicion de materiales:forrado X d)Adquisicion de dispositivos electrónicos X e)Instalación de dispositivos X f) Pruebas preliminares y puesta en marcha X 5.5. Periodo de la recuperación de la inversión: Es el instrumento que permite calcular el plazo de tiempo que se necesita para que los flujos netos de efectivo de la inversión hecha puedan recuperar su costo o inversión inicial.
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Para poder calcular estos flujos netos de efectivo se debe recurrir a los pronósticos no solo de la inversión inicial sino también del estado de los resultados del proyecto. Como se sabe la inversión inicial, son los gastos que se han realizado en el intervalo de tiempo que se construyó en proyecto por lo tanto son los desembolsos que realiza la empresa al momento de ejecutar tal proyecto. Al ser desembolsos de dinero, se indica con un signo negativo (-) en el estado de los flujos netos efectivos. En este caso por ejemplo, no podemos hablar ni detallar muy bien, el PRI(no habia comentario: PRI = “Periodo de la recuperación de la inversión”.
CONCLUSIONES Se hace necesario la promoción y divulgación de estas tecnologías sencillas, accesibles y que generan la creación de conciencia en el uso de alternativas energéticas limpias y 100% renovables como lo es la radiación solar. Se hace necesario la promoción y divulgación de estas tecnologías sencillas, accesibles y que generan la creación de conciencia en el uso de alternativas energéticas limpias y 100% renovables como lo es la radiación solar. Luego de haber realizado un gran estudio sobre las capacidades y potencialidad de la energía solar, puedo concluir que es y seguirá siendo la mayor fuente energética que tiene l planeta. Cada uno de nosotros debemos de impulsar en lo posible que se convierta en un futuro cercano, en el eje energético mundial. El dispositivo diseñado debe ser motivo de mayor investigación para que se pueda garantizar su uso en múltiples aplicaciones, comprobando su viabilidad y factibilidad. Luego de realizado este estudio se puede decir, que se ha comprobado y corroborado el gran potencial solar que tiene el departamento de Piura. Debe ser esta investigación, la reafirmación de que se debe impulsar con mayor fuerza, la elaboración de mucha más investigación en este campo para poder aprovechar al máximo la energía radiante que se recibe diariamente.
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