Introducción

El plátano verde (Musa paradisiaca L.) especie alimenticia importante de la población amazónica, forma parte de su dieta diaria y de su sistema de producción tradicional (^{Cárdenas, (S/F), 9}). Sus frutos son altamente perecibles, razón por la cual deben ser consumidas lo antes posible o ser procesadas de alguna manera para evitar su deterioro, así (^{Reynoso, 2019}, 69) encontró que los frutos cosechados 96-108 días después de la floración, maduran sin problemas, y pueden almacenarse entre 9 -15 días después de la cosecha. Para el año 2018 Madre de Dios tuvo una producción de plátano que fluctuó entre 20 00-2779 Tn/mes (^{INEI, 2019},18), la misma que se pierde rápidamente en la postcosecha, debido a la perecibilidad del producto.

El deshidratado es la mejor estrategia que se puede usar para alargar el periodo de vida de los productos agrícolas, ya que la reducción de la humedad reduce también la presencia de microorganismos que podrían afectar al producto. Este proceso involucra la transferencia simultánea de calor y masa dentro del producto y su medio circundante (^{Elías et al. 2020}, 3). Una solución apropiada, práctica, económica y ecológica es el uso del secado solar libre de contaminantes que evita el uso de combustibles tradicionales (^{Roche et al. 2017}, Hatami et al. 2020, 206-219).

Con un secador solar indirecto, (^{Hedge et al, 2015}, 2) lograron reducir la humedad del banano hasta un 3.1 %, mientras que (^{Lingayat et al ,2017}, 416) reportan una eficiencia térmica promedio de 31.50 % para el colector y 22.38 % para la cámara de secado en las mismas condiciones.

Con el presente estudio se coadyuva en solucionar la problemática del deterioro del plátano después de la postcosecha, dando valor agregado al producto a través del secador solar con el deshidratado del plátano verde, prolongando el tiempo de vida del fruto y reduciendo su pérdida postcosecha, mejorar el ingreso económico en la canasta familiar de los agricultores utilizando la energía solar.

Por lo tanto, el objetivo de la investigación fue evaluar el efecto de la eficiencia térmica del secador solar indirecto en la extracción de la humedad del plátano verde (Musa paradisiaca L.) a las condiciones ambientales del suroeste de la Amazonía peruana (Madre de Dios) durante los meses de enero febrero y marzo del 2021.

Por su parte, (^{Weirich Neto, Bergamini, Eurich, De Souza, & Rocha, 2016}, 01-11) sostienen que la búsqueda constante de reducción de pérdidas que obstaculizan la sostenibilidad de los procesos agrícolas estimula la investigación y construcción de herramientas y métodos que apuntan a superarlos, aumentando la rentabilidad de los pequeños, grandes o medianos productores, así como la variedad del producto. ofrecido al consumidor.

Tal como sostiene (^{Roche et al., 2017}, 206-219) una opción práctica, económica y ecológica es el uso de sistemas solares térmicos para preservar verduras, productos perecederos y mejorar la calidad del producto, así como reduciendo los residuos y el uso de combustibles tradicionales. Así mismo, (^{Vásquez Baca & Gamio Aita, 2018}, 195-224) sostienen que "Perú es un lugar ideal para llevar a cabo proyectos de energía renovable, ya que cuenta con más recursos y fuentes de energía renovable como el sol, el agua, la energía geotérmica, eólica o biomasa".

En ese contexto, (^{Eze, Ali, Iloani, & Onyeneho, 2019}, 224-230) compararon diferentes técnicas de secado de aire forzado, secado solar y secado al sol, y encontraron que hubo una rápida caída en el contenido de humedad en el método de secado forzado al aire (secado por convección) a 50 °C, 70 °C y 90 °C. Finalmente, reportaron que a 90 °C se obtuvo la velocidad de secado más alta con una reducción más rápida en el contenido de humedad. Por su parte, (^{Sivalakshmi & Karthi, 2018}, 83-89) presentaron resultados de la evaluación del rendimiento de un secador solar de convección forzada integrado con la unidad de almacenamiento de calor latente, reportaron que la tasa de secado más alta (1,87 g/min) se alcanzó antes del mediodía y 53,29 °C para el caso de la temperatura.

Materiales y Métodos

El trabajo se desarrolló en el campus universitario de la Universidad Nacional Amazónica de Madre de Dios (UNAMAD), distrito y provincia de Tambopata de la región Madre de Dios, cuyas coordenadas geográficas son: 12°35'18.75" 69°12'29.07'' con una altitud de 210 msnm.

El diseño del deshidratador solar tiene las siguientes características: El nivel de inclinación del colector es de 24.2 %, las medidas del colector son 15x100x175 cm, mientras que las dimensiones del deshidratador son 125x100x25 cm con 04 bandejas dispuestas verticalmente.

Para la construcción del secador solar indirecto, se utilizó el diseño propuesto por (^{Silveira, 2012}, 33), el mismo que tiene las siguientes características: La parte incidente que es una cubierta de vidrio que tiene la función de transmitir la radiación al secador para incidir sobre el producto a secar, donde parte de esta radiación es transmitida y reflejada sobre superficie del producto, por la cámara y la placa absorbente. La radiación de onda corta inicial incidente se convierte en radiación de onda larga que queda atrapada por el vidrio en el secador y provoca el aumento de la temperatura en el interior. Las pérdidas convectivas y la deshidratación del producto ocurren dentro de la cabina. El vapor de agua es retirado fuera del secador por una corriente de aire, que después de pasar por el colector, entra por el extremo inferior de la cabina y escapa por otra abertura en la parte superior como se muestra en la Figura 1 (Dos Reis et al., 2010; Sharma et al., 2009, 33).

Fuente: Silveira (2012, p.33)

Figura 1 Secador solar indirecto (1). Ingreso de aire seco (2). Porcentaje de radiación transmitida para cámara de secado (3). Cámara de secado con bandejas, (4). Salida de aire húmedo. 

Se instaló 03 sensores de humedad y temperatura, al inicio y al final del colector, y el último en la parte superior del deshidratador, se instaló también un anemómetro para medir el flujo de aire, toda la información generada se almacenó en una base de datos.

Para el presente estudio se utilizó 20kg de plátano adquiridos en el mercado local, la muestra fue pelado y cortada en forma longitudinal (8-12cm) con espesor de 0.45±0.05cm. En el experimento se procesó en promedio 1178.03 g por día, durante 15 días.

Se evaluó la masa inicial y la masa final de la muestra con una balanza analítica, de la misma forma se tuvo una lectura intermedia para determinar la variación de sus masas entre las 8:30am - 5:00pm.

La temperatura y humedad se monitoreo a través de un sistema automatizado de datos el mismo que está constituido por cuatro sensores digitales de temperatura - humedad modelo DHT22 que ofrece una precisión de ± 0.5 °C y ±2 % de HR, con un rango de -40 a 80 °C y 0 a 100 % de HR respectivamente; para la medición del flujo de aire se utilizó un anemómetro modelo GM89.08 que ofrece una resolución de 0.1m/s y opera en un rango de velocidad de 0.3 a 30m/s; los sensores envían la información en tiempo real a la tarjeta de adquisición de datos ARDUINO UNO R3, la cual utiliza el protocolo de comunicaciones RS232 que comunica con la aplicación del software desarrollada en LabVIEW versión 15.0 que se encargó de almacenar la información en una base de datos (Microsoft Access) para su análisis y procesamiento.

Resultados

La temperatura promedio registrada por el sensor 2 del deshidratador durante el periodo de evaluación fue 42.40°C, fluctuando estos valores entre 56.74°C (temperatura máxima) y 23.73°C (temperatura mínima).

La humedad relativa promedio registrada por el sensor 2 del deshidratador durante el periodo de evaluación fue 29.65 %, fluctuando estos valores entre 90.13 (humedad relativa máxima) y 13.88 % (humedad relativa mínima).

Las temperaturas y la humedad relativa registradas durante los días de evaluación por el sensor 2 del deshidratador nos muestra que existe diferencias altamente significativas entre los días evaluadas, observándose que mientras más alta es la temperatura registrada menor es la humedad relativa y mientras más baja es la temperatura la humedad relativa es mayor (ver día 6 y día 10 de la Figura 2).

Fuente: Elaborado por autores

Figura2. Registros de la evaluación de la humedad relativa y temperatura internas del deshidratador solar durante 13 días. Medias con letras iguales no difieren significativamente para p < 0.05 según prueba de Tukey, n= 6200. 

Las temperaturas más altas registradas durante el día se encuentran entre las 11:00 y 12:00 horas, mientras que los registros más bajos se presentaron a las 8:30 y 17:00 horas.

Por otro lado, las temperaturas y la humedad relativa registradas por hora, durante el día de evaluación, por el sensor 2 del deshidratador nos muestra que existe diferencias altamente significativas entre las horas evaluadas durante el día, observándose que mientras más alta es la temperatura registrada menor es la humedad relativa y mientras más baja es la temperatura la humedad relativa es mayor (ver entre las 11 y 12 del día en la Figura 3).

Fuente: Elaborado por autores

Figura3. Registros de la evaluación de la humedad relativa y temperatura internas del deshidratador solar durante 10 horas al día. Medias con letras iguales no difieren significativamente para p < 0.05 según prueba de Tukey, n= 6200. 

En la Figura N° 03 se observa que existe una correlación negativa entre la humedad relativa y la temperatura dentro del deshidratador, de tal manera que cuanto mayor es la temperatura la humedad relativa es menor, mientras que a menor temperatura mayor es la humedad relativa.

Fuente: Elaborado por autores

Figura 4 Correlación entre la humead relativa y temperaturas internas del deshidratador mostrando un ajuste cuadrático con r = 0.95, n = 6200. 

La alta variabilidad de pérdida de humedad del plátano podría deberse a la variabilidad de temperatura y humedades relativas encontrado en los días que se evaluaron en el deshidratador,

El mejor modelo para la pérdida de humedad del producto se ajusta a la ecuación N° 01:

BoxCox(Y) = 27.5848 + 0.0048X − 0.2108X + 0.0511X ₃

Donde

• Y es humedad perdida

• X₁ es el Peso 01

• X₂ es la Variación de Temperatura

• X₃ es el tiempo

El modelo tiene una correlación de 77.1763% entre las variables de estudio, por otro lado, la humedad perdida del producto es explicado por las variables independientes (peso del producto, variación de temperatura, tiempo) en un 59.5618%, con un valor de probabilidad de 0.0359.

Discusión

De acuerdo con Carrillo et al (2011), mediante la Deshidratación de plátano (Musa paradisiaca) por medio de radiación solar en un secador directo obtuvo una temperatura promedio 38.89 por convección natural, Partida (2017) en el trabajo Diseño de un control de temperatura con técnicas de control clásico, para optimizar el proceso de deshidratado en un deshidratador solar la temperatura que obtuvo fue de 38.8 °C dentro del colector solar. En la presente investigación se encontró una temperatura promedia de 41.75°C por convección natural el cual es relativamente superior a los autores en mención, esto influye en el secado del producto en un menor tiempo.

Conclusiones

La temperatura máxima registrada en el deshidratador fue de 46.62 °C y la mínima 31.82 °C, las mismas que fueron superiores a la temperatura ambiental, y provocaron la pérdida de hasta 54.05 % de la humedad del plátano en un tiempo de 8 horas y 30 minutos. El deshidratador solar resultó ser eficiente en el secado del plátano en comparación al secado convencional que se utiliza para preservar el producto. Así mismo, bajo las condiciones del deshidratador se obtuvo un producto final libre de contaminantes ambientales.

Por otro lado, el modelo multivariado tiene la ventaja de describir detalladamente las variables representativas del secado, especialmente el campo de flujo del aire interior y demás componentes, garantizando una correcta solución del modelo sobre el dominio del secador