OTRAS IDEAS INNOVATIVAS, COMPETITIVAS Y ECOLÓGICAS
Plataforma Multi-ERNC costa afuera (Ver http://innovidease.blogspot.com)
Deshidratación osmótica de fruta
(Ver http://innovideasf.blogspot.com)
Deshidratador solar / Invernadero (Ver http://innovideasd.blogspot.com)
Transacqua (Ver http://innovideast.blogspot.com)
Extrusión de perfiles plásticos constitutivos de un económico sistema
constructivo y de gran aislación (Ver http://innovtecnoh.blogspot.com)
Chimenea solar (Ver http://chimeneasolar.blogspot.com)
Chimenea solar (Ver http://chimeneasolar.blogspot.com)
Patricio Valdés Marín
Santiago de Chile
OBJETIVOS
El proyecto de innovación tecnológica DESHIDRATADOR
SOLAR / INVERNADERO tiene dos objetivos:
1º Comercializar productos según planos de construcción
específicos derivados de los cálculos y diseños efectuados y probados.
2º La exclusividad a través de su patentación internacional
para explotar comercialmente el invento.
PROBLEMA QUE RESUELVE U OPORTUNIDAD QUE APROVECHA
La característica más importante de esta tecnología es
que el Deshidratador Solar, que se usa en la temporada estival, se puede
transformar en Invernadero Templado, que se usa en la temporada invernal, usando
la misma estructura. Así, el costo de amortización de la inversión en construcción
disminuye a la mitad.
DESHIDRATADOR SOLAR
(DS)
Definiremos la desecación como la eliminación de un líquido
desde un sólido por procedimientos térmicos pasivos. Este es el caso de todos
los secadores solares conocidos. En cambio, la deshidratación consiste en la
extracción de la mayor parte del agua contenida en el tejido vegetal a través
del acondicionando del aire para que adquiera una temperatura y una velocidad
muy determinadas. Existen plantas de deshidratación artificial. Se llaman artificiales
porque utilizan combustible para elevar la temperatura del aire a parámetros
requeridos, y electricidad para mover con ventiladores la masa de aire.
En el caso de nuestra nueva tecnología, hablamos de
deshidratación solar dinámica porque se emplea únicamente la energía solar
tanto para elevar la temperatura del aire a valores preestablecidos como para
conducirlo a velocidades especificadas. Así, la deshidratación solar dinámica
consiste en establecer los valores determinados de temperatura y velocidad del
aire a través del preciso dimensionamiento de las superficies de insolación y
secado junto con sus respectivas secciones, según la capacidad requerida de
procesamiento y las condiciones físicas, meteorológicas y geográficas del
lugar.
La deshidratación es un método eficiente y económico de
preservación, pues permite la conservación del producto por tiempo muy
prolongado, manteniendo además sus características organolépticas y
nutritivas. Así, el uso de deshidratadores se concentra principalmente en
productos tales como hortalizas, legumbres, frutas, hongos, carnes y madera.
Existen numerosas ventajas comparativas para producir alimentos
deshidratados:
* Su peso y volumen disminuyen sustancialmente, lo cual
facilita su manejo, manipulación y transporte. Según mediciones propias, la
masa entre la materia prima bruta y el producto final disminuye en un 88% de
promedio.
* A pesar de ser
altamente perecible en fresco, adquiere gran estabilidad para ser
almacenado en condiciones ambientales ordinarias por largo tiempo.
* Se le eliminan los desechos y partes no comestibles, lo
que facilita su incorporación directa en la preparación de comidas o como
materia prima en otros procesos.
El DS usa exclusivamente energía solar. Esta energía gratis
calienta el aire y lo impulsa hacia el sólido sólo por el efecto de chimenea.
El DS está dividido en dos partes distintas: el Colector Solar, cuya amplia
superficie colectora de energía solar calienta el aire y produce tiro, y el
Túnel de Deshidratado, donde se ubican los sólidos a deshidratar.
En el caso de esta nueva tecnología, hablamos de deshidratación
solar dinámica por tres razones:
1. Usa únicamente la energía solar elevar la temperatura del
aire que se emplea para deshidratar.
2. También se vale de la energía solar para conducir el aire
caliente hacia el producto a deshidratar.
3. Por último, frente a las naturales variaciones diarias y
estacionales de radiación, el valor preestablecido de temperatura se consigue
mediante la regulación automática y continua de la sección de deshidratación.
El comportamiento del aire en un DS obedece a un proceso
termodinámico referente a un sistema abierto. En este proceso un flujo de aire
entra con cierta entalpía y sale con otra mayor, y hay variaciones de energía
cinética. Ingresa energía solar que hace marchar el sistema, empleándose en
primer lugar para calentar el aire y disminuir su humedad relativa. El aire
caliente y seco calienta el producto y evapora el agua que contiene, absorbiéndola.
Simultáneamente, el aire, al ser calentado, pierde densidad y adquiere fuerza
ascensional, produciendo tiro que permite su desplazamiento dentro del sistema
y que fuerza que nuevo aire ingrese a éste. Las formas de obtener temperaturas
y velocidades apropiadas pertenecen a la innovación tecnológica.
El contenido de agua que debe ser evaporada determina tanto
la capacidad del DS como la superficie de su Colector Solar, en tanto que la
dificultad para extraer el contenido de agua del producto determina la
superficie del Túnel de Deshidratado. Una determinada superficie de Colector
Solar tiene la capacidad para evaporar un cierto volumen de agua diariamente.
La superficie del Colector Solar tiene la capacidad para evaporar típicamente
3,7 l/día m². Por otro lado, la dificultad para extraer el agua se mide en tiempo.
Mientras más tiempo requiera un producto ser deshidratado, mayor será su volumen
que está en el proceso de deshidratación y, teniendo en cuenta que la carga de
producto fresco es de 3 a 7 kg/m² de superficie de deshidratación, mayor será
proporcionalmente dicha superficie (o de Túnel de Deshidratado) ocupada por el
producto.
Se puede diseñar el DSD más apropiado, cubicar y costear los
materiales requeridos según los siguientes antecedentes:
1. Producto (s).
2. Cantidad (es).
3. Temporada (s) del año.
4. Ubicación geográfica.
1. TECNOLOGIAS DE LA COMPETENCIA.
Las tecnologías tradicionales de desecación emplean particularmente
dos métodos muy distintos:
1. El secado natural por exposición directa al Sol o ayudado
por secadores solares, los cuales, empleando construcciones similares a los
invernaderos, consiguen elevar la temperatura ambiente en algunos pocos grados,
pero muy lejos de las temperaturas óptimas de deshidratado. Esta tecnología se
limita al secado de frutas, pues su contenido azucarado impide que el producto
llegue a pudrirse durante el largo proceso de secado.
2. El deshidratado artificial que usa combustibles para
calentar aire y ventiladores eléctricos para moverlo. De éstos existen dos tipos:
a) Discontinuo de bandejas para capacidad promedio de
0,3-0,35 tm/hr. Consume 1.200 kcal/kg agua evaporada (1,4 kWh/kgaq). Puede
llegar a consumir 2,5 kWh/kgaq.
b) Continuo de cinta para capacidad mínima de 1 tm/hr. Consume
900 kcal (1 kWh)/kg de agua evaporada.
Debe mencionarse también las siguientes tecnologías de deshidratadores
artificiales que han aparecido en estos últimos años buscando mayor eficiencia:
a) Bombas de calor que trabajan en forma inversa al refrigerador.
b) Secadores deshumificadores de baja temperatura
c) Secadores de presión redicida.
d) Secadores al vacío y microondas.
e) Secadores de ventana refractante
f) Secadores con gas carbónico.
Todos ellos son caros en equipos y demandan energía
eléctrica y/o combustibles.
Las desventajas principales del secado natural se concentran
en factores que impiden que el producto obtenga la alta calidad demandada por
el mercado de exportación, aunque se parta con materia prima de óptima calidad.
Estas son las siguientes:
a) 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.
b) En el caso de la exposición directa al Sol, al quedar el
producto expuesto al medio, las condiciones higiénicas son necesariamente
malas, acumulando heces y polvo. Tiene una pérdida de 20% de la producción a
causa de su ingestión por roedores, aves e insectos; y se arriesga a pérdidas
graves si llueve.
c) En el caso de los secadores solares el proceso es lento
por la imposibilidad de llegar a las temperaturas requeridas de deshidratado
(60°-70° C). Con temperaturas de secado tan bajas el producto termina por
pudrirse, en especial las hortalizas que no contienen azúcar que actúa de
preservante.
Las principales desventajas del deshidratado artificial se
relacionan con altas inversiones en equipamiento, altos costos de operación por
usar energía proveniente de combustibles o eléctrica, y altas producciones
mínimas.
2. VENTAJAS DEL DESHIDRATADOR SOLAR
El DS reúne las ventajas tanto del secado natural como del
deshidratado artificial: economía más calidad, simplicidad más tecnología,
adaptabilidad más eficiencia.
a) No tiene restricciones de uso en cuanto a producto,
ubicación, temporada del año y capacidad.
b) Es muy adaptable: se diseña según las necesidades de
producción desde algunas decenas de kilogramos hasta decenas de toneladas y se
dimensiona según las condiciones físicas del lugar.
c) Su costo de inversión es menor que el de un secador
solar, pues es más eficiente, y, como éste, no tiene costo directo alguno de
energía, pudiéndose instalar en lugares remotos.
d) No consume combustibles fósiles ni electricidad, no contamina
ni contribuye al calentamiento global de la Tierra.
e) No está compuesto por equipos complejos, costosos y
desgastables.
f) Reduce drásticamente el costo de deshidratado de
cualquier producto.
g) La sola pérdida por consumo de aves, insectos y roedores,
en el caso del secado natural, resulta mucho mayor que el costo de secado
mediante el DS.
h) Permite el deshidratado de productos que por su alto
contenido de humedad y/o menor valor relativo no pueden ser comercialmente
deshidratados.
i) Sobre todo, consigue productos deshidratados que cumplen
con las normas higiénicas internacionales más exigentes.
INVERNADERO TEMPLADO
Un
invernadero tiene la función de controlar los factores climáticos y biológicos
que adecuan su medio interno para cultivar en forma independiente de las
condiciones ambientales externas. Estos factores son los siguientes:
1.
La temperatura del aire.
2.
La temperatura del suelo.
3.
La humedad relativa.
4.
El porcentaje de CO2.
5.
La iluminación.
6.
El viento.
7.
La lluvia.
8.
Las plagas.
Sin
duda, el factor más importante en todo cultivo forzado es el control de la
temperatura. En un invernadero el control de la temperatura es hacia ambos
extremos: impedir que disminuya por debajo de un mínimo y que aumente por sobre
un máximo. El calor acelera los procesos
biológicos y bioquímicos, mientras que el frío produce paro vegetativo en el
cultivo, siéndole letal cuando la temperatura baja a menos de 4° C, para el
caso del pepino, y hasta -6° C, para el caso de la rosa. En las horas diurnas,
la temperatura interna más bien alta hará que el cultivo se desarrolle más
rápidamente y sea más precoz.
La
humedad relativa debe mantenerse por sobre 55-60% para que la planta no cierre
sus estomas, pero no tanto que le produzca enfermedades.
La
cantidad de CO2 debe mantenerse a los niveles normales de la atmósfera, esto
es, de 300 ppm. En un invernadero puede llegar a 500 ppm en la noche, pero, si
se mantiene cerrado, puede bajar a 200 ppm al mediodía. Sin embargo, con este
bajo grado de concentración, la formación de materia vegetal puede reducirse a
la mitad, por lo que la ventilación diurna debe cambiar el aire con un mínimo
de 2 renovaciones por hora.
La iluminación diurna es vital
para un cultivo, aunque éste llegue a aprovechar tan sólo el 3% de la energía
solar incidente a través de la fotosíntesis. La clorofila utiliza radiación de
600-690 nm (rojo-naranja) y de 430-500 nm (azul-violeta).
Además,
dentro de un invernadero hay ausencia de viento, lo que favorece el crecimiento
de la planta y la correcta formación y desarrollo de sus frutos.
Por
último, el control de plagas es más fácil en un invernadero que fuera de éste
tanto porque la cubierta protege al cultivo del ataque de plagas como porque
los plaguicidas rinden mejor dentro de un medio cerrado.
De
este modo, mediante el control de los factores anotados se consigue una
estabilidad y una productividad muy alta, y se logra cultivar la misma
superficie más de una vez por año. Las diferencias de rendimiento debido a
condiciones meteorológicas entre un año y otro son mínimas, y gracias al
aprovechamiento de la energía solar y del control climático interno se obtienen
productos de alta calidad, de calidad constante, con mínimas pérdidas debido a
rechazo y de altos rendimientos. Esto explica que Holanda, con su desfavorable
clima, tenga sobre 10.000 há de invernaderos y que exporte el 80% de su
producción, existiendo, no obstante, la competencia de países próximos con
clima mediterráneo, supuestamente más favorecidos.
VENTAJAS
El
invernadero de este proyecto es un “invernadero templado”. Está destinado a superar
la limitante impuesta por las condiciones climáticas. El "invernadero
frío" se usa donde la temperatura del aire rara vez llega a menos de 3-5° C,
y las zonas que se adecuan a este tipo de invernadero equivalen a menos del 10%
de la superficie potencialmente apta para ser cultivada con “invernadero
templado”.
Un
invernadero templado es capaz de controlar los anteriores factores en forma más
eficiente que un invernadero frío y a un mejor costo de amortización. Sin duda,
el factor más crítico en un invernadero es el control de la temperatura. La
obtención de diferenciales significativos en la noche distingue un invernadero
templado de uno frío. Esto permite el cultivo en zonas con condiciones más
desfavorables y sin un consumo de combustibles. En un invernadero templado una
mayor temperatura de noche se obtiene limitando pérdidas del calor acumulado en
el día por convección del aire interno, más caliente, por radiación infrarroja,
y por conducción.
Los restantes factores se regulan en forma
similar a como se regulan en los invernaderos fríos. Así, una humedad relativa
alta se consigue regulando la ventilación y el riego. Un porcentaje apropiado
de CO2 se logra mediante la ventilación natural diurna. Una iluminación
apropiada en las longitudes de onda demandadas por la fotosíntesis se obtiene
utilizando cubiertas que permiten el paso de esa radiación. Las condiciones
externas de viento son detenidas por la cubierta, la que, junto con la estructura,
están diseñados para resistir la fuerza de los temporales de invierno.
Así,
pues, en comparación con un invernadero frío, un invernadero templado permite
incorporar superficies agrícolas con mayores desventajas climáticas al cultivo,
cultivar especies más delicadas a los rigores físicos de condiciones externas
desfavorables y acelerar el cultivo que se hace normalmente en los invernaderos
fríos actualmente en uso. Por lo tanto, la ventaja de cultivar estas mismas
especies en los mismos lugares en un invernadero templado es que maduran alrededor
de 15 días antes que en un invernadero frío. Estas mismas especies pueden ser
cultivadas en climas menos favorables y con heladas nocturnas. Por último,
especies más delicadas que las actualmente experimentadas pueden ser cultivadas
en un invernadero templado.
En
el invernadero templado la técnica para conservar la temperatura que acumula en
el día radica en limitar la pérdida de energía durante la noche, y así mantener
una temperatura nocturna de 10-16° C. La energía se pierde por su transmisión
al medio externo vía convección, radiación y conducción. Un buen diseño de
invernadero templado consigue limitar con eficiencia la pérdida de energía por
convección, impidiendo que el aire interno, más caliente, escape hacia afuera,
lo que se logra cerrando herméticamente las ventilaciones y accesos. También este
diseño debe limitar en gran medida la pérdida de su calor interno por radiación
infrarroja a través de la cubierta. Por último, este diseño tiene por objeto
impedir en gran medida la pérdida de la energía interna por conducción.
Si
la cubierta del invernadero juega un papel muy importante, no lo es menos el
que juega su estructura, la que debe tener las siguientes características:
●
Es fácilmente armable y desarmable, lo cual permite su empleo por muchos años.
Usualmente, el suelo se aplasta y se agota al cabo de cuatro años de cultivarse.
●
Sus piezas metálicas son galvanizadas para una alta resistencia a la humedad.
●
Son resistentes a los vientos más fuertes del lugar.
Sin
duda, el factor más crítico en un invernadero es el control de la temperatura.
La obtención de diferenciales significativos en la noche distingue un
invernadero templado de uno frío. Esto permite el cultivo en zonas con
condiciones más desfavorables y sin un consumo de combustibles. En un invernadero
templado una mayor temperatura de noche se obtiene limitando pérdidas del calor
acumulado en el día por convección del aire interno, más caliente, por radiación
infrarroja, y por conducción.
En
comparación con un invernadero frío, un invernadero templado permite incorporar
superficies agrícolas con mayores desventajas climáticas al cultivo, cultivar
especies más delicadas a los rigores físicos de condiciones externas
desfavorables y acelerar el cultivo que se hace normalmente en los invernaderos
fríos actualmente en uso. Por lo tanto, la ventaja de cultivar estas mismas
especies en los mismos lugares en un invernadero templado es que maduran alrededor
de 15 días antes que en un invernadero frío. Estas mismas especies pueden ser
cultivadas en climas menos favorables y con heladas nocturnas. Por último,
especies más delicadas que las actualmente experimentadas pueden ser cultivadas
en un invernadero templado.
PRODUCTOS O RESULTADOS PREVIOS QUE SERÁN USADOS
Los antecedentes para los fundamentos científicos y
tecnológicos incluyen estudios originales, diseños exclusivos e innovaciones
patentables que están contenidos en un cuerpo de estudios con ilustraciones y
hojas de cálculo en EXCEL y bibliografía que comprenden los siguientes temas:
1. DESHIDRATADOR SOLAR
Prototipo de 60 m²
construido por el autor en Cochabamba, Bolivia.
Dimensionamiento y rendimiento físico y dinámico.
Diseño y cálculo de las estructuras.
Cálculo de costos de un modelo de planta generadora.
Valdés Marín, Patricio. Manual de deshidratación I. www.manualdeshidratación.blogspot.com
Valdés Marín, Patricio. Manual de desidratación II.
Valdés Marín, Patricio. Regla solar de cálculo de energía
solar. http://reglasolar.blogspot.com
Valdés Marín, Patricio. Riego por goteo sin goteros. http://goteosingoteros.blogspot.com
2. INVERNADERO TEMPLADO
A. Alpi, F. Tognoni. Cultivo
en invernadero. Ediciones Mundi-Prensa.
Madrid 1987.
A. Matallana, J.I. Montero. Invernaderos. Ediciones Mundi-Prensa. 2a ed. Madrid 1995.
Robledo de Pedro, Félix et al. Aplicación de los plásticos en la agricultura. Ediciones Mundi-Prensa. Madrid 1981.
Valdés Marín, Patricio. Tecnología
de los invernaderos templados. Inédito.
RESULTADOS ESPERADOS
Las dos tecnologías complementarias propuestas en este
proyecto no son conocidas en el agro nacional. Probablemente tendrán una alta
demanda en dicho mercado, pues permiten aumentar la productividad y ampliar los
rubros explotables del sector. La empresa que se interese en este proyecto
deberá ser capaz de adquirir la tecnología en plenitud e invertir focalizada en
promoción, medios de transporte y capacitación de personal. No requerirá
invertir en galpones ni maestranza, ya que toda construcción se hará en terreno
o lo realizarán terceros. Su tamaño será proporcional a las ventas que logre
realizar.
Perfil del autor: www.blogger.com/profile/09033509316224019472
