Secadores Solares

Por Luis Bérriz

Ilustraciones: Aleman

 

El secado se utiliza ampliamente en los procesos industriales, principalmente en la industria química, en la producción de materiales de construcción y en la industria alimentaria

 

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Secador de plantas medicinales

 

En Cuba y en el mundo se utilizan grandes cantidades de recursos energéticos en las operaciones de secado.

El secado es el proceso de disminuir la humedad a una determinada sustancia o cuerpo, por medio de la evaporación y eliminación del agua contenida en la misma.

Durante el secado de determinados productos orgánicos como el tabaco, ocurren generalmente reacciones bioquímicas, principalmente fermentaciones, por lo que sería más correcto utilizar la palabra "curado".

Se conoce por secado natural la disminución de humedad de los productos o materiales en condiciones naturales, que estén expuestos a la radiación solar directa o no. En este proceso l están presentes factores como la humedad del aire y la velocidad del viento y la única fuente de energía que utiliza la naturaleza en el secado es la energía solar directa o indirecta.

El secado natural de productos agrícolas e industriales es un proceso ampliamente utilizado, incluso en la actualidad. En Cuba ha sido tradicional el secado natural del café y el cacao, del coco, semillas, minerales y de otros productos.

Sin embargo, por diferentes causas, el secado artificial o deshidratación ha sustituido en muchos casos al secado natural. Se llama secado artificial a la disminución controlada de humedad de los productos o materiales con el uso de equipos o dispositivos especiales, los cuales usan generalmente fuentes convencionales de energía.

Las principales ventajas del secado artificial sobre el natural son las siguientes: la calidad del producto deshidratado es generalmente superior, si se selecciona una buena tecnología del proceso; la velocidad de secado suele ser mucho mayor, disminuyendo considerablemente el tiempo de secado, lo que influye tanto en la calidad como en el costo del producto; las condiciones sanitarias y nutritivas (en caso de alimentos) son mejores, al no estar el producto expuesto a la acción directa del Sol, la lluvia, el polvo y los insectos; el área utilizada en la deshidratación es menor, varias veces, que la utilizada en el secado natural; las operaciones de deshidratación son más sencillas, pudiendo tener un alto grado de automatización.

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Secador solar de radiación directa

El secado artificial o deshidratación tiene, sin embargo, grandes desventajas: alto costo de la instalación, tanto por la cámara de secado como por la caldera, hornos o calentadores de aire y alto costo de producción, en caso de que consuma petróleo o electricidad para el calentamiento del aire o el producto.

Con el avance de la ciencia y la técnica se han desarrollado en Cuba diferentes tipos de secadores solares, los cuales reúnen la mayoría de las ventajas de los deshidratadores tradicionales, y además, no consumen energía convencional para el calentamiento del aire o el producto.

Un secador solar es un equipo o instalación que utiliza la radiación solar como fuente de energía para disminuir la humedad del producto o material a secar. Los secadores, al igual que los calentadores solares, utilizan el efecto invernadero como trampa de calor.

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Secador solar de radiación infrarroja

En dependencia de cómo es trasmitida esta energía al producto, pueden clasificarse en secadores de radiación solar directa, de radiación infrarroja, de conducción de calor y de convección de calor.

Esta clasificación es convencional y en la mayoría de los secadores la transferencia de calor es por conducción, convección y radiación combinadas. No obstante, según el diseño, una forma de transferencia de calor al producto es preponderante y de ahí la validez de dicha clasificación.

Se entiende por secador de radiación solar directa, el tipo de instalación en donde el producto recibe la radiación solar directamente en su superficie, la cual la capta y se transforma en calor; es decir, que la superficie captadora de la radiación solar es el propio producto.

En este tipo de secador (Fig. 1), el producto va colocado generalmente en bandejas de malla, situadas dentro de una cámara cubierta con una o dos láminas de vidrio, las cuales dejan pasar la radiación solar directamente hasta el producto.

Al captar la radiación, aquel se calienta y por ello aumenta la presión de vapor de agua en su superficie, con lo cual se acelera el proceso de secado. Este secador es sencillo, barato, de fácil construcción y operación.

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Secador solar por conducción de calor

Sus principales inconvenientes son la baja eficiencia cuando el producto o material es mal absorbedor de la radiación solar (superficies blancas o muy claras); baja capacidad de la cámara de secado al no poder poner bandejas en columnas, ya que unas taparían a las otras; algunos productos pierden calidad (pérdidas de vitaminas y proteínas, decoloración, etc.) al contacto con la radiación solar directa.

En el secador solar de radiación infrarroja (Fig. 2), la energía solar es captada por una superficie metálica ennegrecida, la cual se calienta. El producto va colocado generalmente en bandejas hechas con mallas, para dejar pasar el aire.

El material se calienta, principalmente por la radiación infrarroja que recibe de la superficie captadora y, por lo tanto, no recibe la luz solar directamente; al calentarse, acelera la evaporación de la humedad de su superficie.

La corriente de aire que extrae la humedad se regula por ventanillas de entrada y salida y por el cambio del ángulo de inclinación a. El cambio de este ángulo sirve también para regular la temperatura, en caso de que se requiera.

En el secador solar de conducción de calor, el producto o material a secar va colocado en la superficie metálica captadora de la radiación solar, y el calor es transmitido principalmente por conducción directamente del metal al producto.

Este secador es utilizado para deshidratar sustancias pastosas que no se perjudiquen al recibir la radiación solar directa, ya que parte del calor lo reciben también directamente del Sol.

En este secador, el producto va colocado en tiras finas sobre la superficie captadora, dejando gran parte de ésta sin cubrir. De esta forma la superficie funciona como si fueran aletas que trasmiten el calor al producto (Fig. 3).

El área de captación va cubierta, como en otros captadores solares, por una o dos láminas de vidrio transparente y aisladas por el fondo para disminuir las pérdidas de calor. Este secador es también muy sencillo, pero sólo tiene uso en determinados tipos de productos.

El secador solar por convección de calor transmite el calor, como su nombre lo indica, principalmente por el movimiento del aire caliente; por ello, en este tipo de instalación la radiación solar es captada por calentadores de aire y después éste pasa a través del producto, donde elevan la temperatura y evapora el agua de su superficie. Este mismo aire arrastra la humedad del producto, produciendo su secado.

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Secador solar de convección

Estos secadores pueden ser de convección natural o forzada.En el secador por convección natural, al calentarse el aire, se hace más ligero y asciende, con lo que crea corrientes de aire seco que extrae la humedad del objeto a secar. En el secador por convección forzada, el aire se mueve con el auxilio de ventiladores.

En algunos diseños, la radiación solar es captada por calentadores de agua y después el aire se calienta en intercambiadores de calor. Esto posibilita la acumulación de energía para contrarrestar el efecto negativo de la nubosidad.

El secador solar de convección es el más usado, ya que tiene las siguientes ventajas, el secado del producto es más uniforme; la calidad del producto es, en muchos casos, mejor, al no incidir sobre el mismo la radiación solar directa; la cámara de secado puede ser de mayor capacidad con relación al volumen que ocupa; la manipulación del producto es generalmente más fácil, por estar más concentrado; el control de los parámetros de secado es más sencillo, ya que puede regularse por medio del aire; es menos sensible a la nubosidad al tener mayor capacidad térmica que los modelos anteriores; pueden ser diseñados con recirculación de aire y, por lo tanto, la eficiencia de la instalación aumenta.

El secador por convección forzada es el de más posibilidades para uso industrial; así como para el tratamiento de productos agropecuarios en grandes cantidades.

Un modelo de secador por convección forzada, llamado cámara de secado solar, ha sido desarrollado en Cuba, y se han obtenido muy buenos resultados en plantas medicinales, frutas, pescados, embutidos, tabaco, microalgas, piensos y madera, entre otros productos.

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La cámara de secado solar es muy sencilla y los costos de inversión y operación son varias veces menores que los secadores convencionales.

La utilización de instalaciones para el secado solar de productos agropecuarios, marinos e industriales en general, es una de las formas más eficientes de aprovechamiento de la energía solar, pues con las nuevas tecnologías desarrolladas en Cuba, se llegan a obtener eficiencias superiores a 60 %. La eficiencia se define como la relación entre la energía utilizada en extraer la humedad al producto y la energía total recibida, incluyendo la solar.

El uso de los secadores solares garantiza una calidad óptima en el producto secado y es una de las medidas importantes en el ahorro de portadores energéticos convencionales.