Chris's ENGR305 Solar Food Dehydrator/es

La deshidratación de alimentos es una tecnología deseable y apropiada por diversas razones, entre ellas, aumentar la vida útil de los alimentos sin necesidad de refrigeración y reducir el tamaño del producto, lo que permite maximizar el espacio de almacenamiento. Además, el proceso de deshidratación se utiliza para mejorar alimentos de forma directa (p. ej., cecina, piel de fruta) e indirecta (p. ej., especias).

El principio fundamental de la deshidratación de alimentos es simple: eliminar una cantidad considerable, o la mayor parte (según el producto deseado), del contenido de agua de los alimentos. Dado que el contenido de agua de los alimentos es elevado (entre el 80 % y el 95 % en muchas frutas y verduras, y el 75 % o menos en las carnes), el producto pesa mucho menos y su volumen se reduce. Además, sin agua, el alimento se convierte en un caldo de cultivo desfavorable para el crecimiento de bacterias y hongos. Si se deshidrata en su punto de maduración, determinado desde un punto de vista nutricional, se puede conservar la máxima cantidad de nutrientes.

Tradicionalmente, la deshidratación de alimentos se ha realizado simplemente exponiendo los alimentos al sol para que se sequen, si el clima lo permite. Con los alimentos adecuados y en las condiciones adecuadas, no es necesario mejorar esta sencilla configuración. Sin embargo, existen diversas razones por las que se han buscado otras formas de deshidratar los alimentos. Algunas razones prácticas incluyen evitar el riesgo de exponer los alimentos a animales que podrían ingerirlos o a insectos que podrían poner huevos en ellos. Una razón más científica sería evitar la degradación de nutrientes que se produce por la exposición prolongada a la luz solar. Además, existe la posibilidad de interpretar o predecir erróneamente el clima y de que se echen a perder por la lluvia o la falta de sol.

Para responder a estas inquietudes, el deshidratador de alimentos moderno está diseñado para producir aire caliente y distribuirlo uniformemente dentro de una cámara o gabinete sin luz. Este diseño incluye el control de la temperatura del aire y la duración de la distribución del aire caliente. Por ello, muchos deshidratadores de alimentos modernos utilizan electricidad, en lugar del sol, para generar y distribuir el aire caliente de forma uniforme e ininterrumpida.

El Plan

La idea de crear un deshidratador solar híbrido de alimentos, que además se adhiriera al máximo a los principios de la deshidratación moderna de alimentos, me pareció excelente. El potencial de utilizar este antiguo sistema de nuevas maneras puede ahorrar energía y materiales. El objetivo original era producir un deshidratador solar con un costo inicial similar al de un deshidratador convencional, pero que utilizara materiales menos industrializados, además de aprovechar la energía solar, lo que reduce el impacto energético asociado con la deshidratación convencional de alimentos (que se analizará más adelante).

¿Podría construir algo que hiciera esto con mis limitados conocimientos sobre diseño solar? Estos diseños en internet ( http://web.archive.org/web/20110308024557/http://www.thefarm.org:80/charities/i4at/surv/soldehyd.htm -- ¿enlace roto?) me dieron la confianza de que podía...

Deshidratación de alimentos

Preparación de alimentos

Si bien el proceso de deshidratación de alimentos no requiere intervención manual, generalmente se recomienda una preparación mínima. Además, al deshidratar carne, el curado es el último paso.

1. Cortar en trozos de grosor razonable: 3/8-1/2"
2. Acidificación o adición de azúcar a la fruta: Para conservar el contenido vitamínico y evitar que frutas como las manzanas se oscurezcan, se puede aplicar jugo de limón, que contiene ácido cítrico, a las superficies expuestas de la fruta. Sin embargo, la mayoría de las frutas no lo requieren.
3. Escaldado de verduras: Para facilitar la rehidratación, las verduras con células duras se escaldan para ablandarlas ligeramente. Entre las verduras que pueden necesitar este tratamiento se incluyen: frijoles, brócoli, zanahorias, coliflor, apio y guisantes.
4. Curado de la carne: Para matar cualquier bacteria que pueda quedar en la carne después de la deshidratación, la carne se cura colocándola en un horno tibio (160 F) durante 1 hora.

eléctrico

Para servir como control y como contraparte confiable para la comparación, se adquirió y utilizó un deshidratador de alimentos eléctrico convencional. Sus ventajas y desventajas se evaluaron a partir de la experiencia.Ventajas:

• Confiable
• Fácil de usar

Contras:

• Alta demanda de electricidad (350 W-1000 W o más)/Alto costo operativo
• Resulta demasiado caro para una pequeña explotación considerar su uso
• Las cargas pequeñas también son irrazonables a este costo operativo, para cualquiera

Uso del deshidratador eléctrico de alimentos

Frutas y verduras

Carne

Consideraciones de diseño

Temperatura, flujo de aire y tiempo de secado

Un rango de temperatura del aire recomendado para la deshidratación convencional exitosa de la mayoría de los alimentos es un calor bajo de un mínimo de 120 ^° F a un máximo de 185 ^° F. Se requiere un flujo de aire alrededor del producto que se deshidrata, pero no es necesario forzarlo. Es decir, el flujo de aire pasivo no solo es suficiente, sino que a veces es mejor que el flujo de aire forzado, ya que tiende a secar el exterior mucho más rápido que el interior, lo que provoca la formación de costras (Wheeler, 15). Los diferentes alimentos tienen diferentes contenidos de humedad y, por lo tanto, diferentes tiempos de secado. Además, los diferentes electrodomésticos o sistemas de secado, debido a sus diferentes flujos de aire, temperatura y eficacia general del diseño, variarán en la velocidad de secado.

El objetivo es doble: suministrar la temperatura del aire correcta:

1. Mantenga la temperatura lo suficientemente baja como para evitar que los alimentos se cocinen o formen costras, eliminando la humedad de manera uniforme y sin que el contenido de minerales y vitaminas se degrade de manera significativa.
2. Tenga la temperatura lo suficientemente alta para inactivar las enzimas que provocan la fermentación o el deterioro.

Ángulo de incidencia

El aspecto más importante del diseño del deshidratador solar fue maximizar la energía capturada del Sol, especialmente dado el clima en el que nos encontramos, que promedia el equivalente a 4 horas de luz solar total por día en el verano aquí en Arcata, CA. El ángulo de incidencia es el primer principio a seguir cuando se busca capturar la mayor cantidad posible de radiación solar entrante. Describe el ángulo en el que la luz del Sol penetra en la Tierra. Un ángulo de 90 grados es el ángulo de incidencia más alto y representa el ángulo en el que se puede capturar la mayor cantidad de energía del Sol. El ecuador solar es la línea alrededor de la Tierra donde el Sol penetra en un ángulo de 90 grados. Debido al ángulo de incidencia, el ecuador recibe la mayor cantidad de energía luminosa del Sol. Deseando emular este efecto, el ángulo adecuado para inclinar el colector solar es aproximadamente equivalente a sus grados de latitud (ignorando la variación estacional).

Aislamiento

La única diferencia significativa entre mi diseño y el que lo modeló es el aislamiento añadido. La base y los laterales del colector solar, así como los laterales del deshidratador solar de alimentos, se aislaron con un espacio de 1 cm rellenado con algodón orgánico. Dado que el mecanismo principal del deshidratador solar de alimentos era facilitar el flujo de calor a través de la unidad, buscaba minimizar la pérdida de calor al exterior.

Materiales

Bocetos de diseño

El diseño de internet se adaptó a los materiales que tenía. También se muestra el boceto que inspiró el mecanismo de enclavamiento que me permitió aislar el colector solar y el deshidratador solar de alimentos.

Construcción

Aquí hay algunas fotos del proceso de construcción. Todas las piezas se cortaron a medida y luego se hicieron ranuras en cada una a medida que se unían. Se colocaron clavos para conectar las piezas y se sellaron todos los bordes con cinta adhesiva. Finalmente, se dieron los toques finales, como la envoltura de plástico del colector solar y la fijación de la estopilla dentro del deshidratador solar de alimentos.

Prueba

Tras determinar que probablemente tendría problemas para deshidratar frutas y verduras, puse mi deshidratador a prueba con algunos productos de masa diminuta: hierbas. En la foto se ve cilantro secándose junto a la ventana. El deshidratador tiene una tapa (no aparece en la foto) que cubre el 95 % de la parte superior mientras está en funcionamiento, dejando un 5 % abierto cerca del borde trasero para permitir el flujo de aire pasivo.

Resultados

Tablas

Otros datos importantes recopilados

Deshidratador eléctrico de alimentos Temperatura de funcionamiento: 142 ^° F

Área del colector solar: 160,1 pulg. ²

Deshidratador solar de alimentos Volumen: 596,1 pulg. ³

Equivalencia solar diaria de Arcata: 4 horas de pleno sol

Investigación matemática

Para determinar el tamaño del colector solar, fue necesario extrapolar los datos recopilados. Primero, calculé cuántos grados habría aumentado la temperatura dentro del deshidratador si el 100 % del colector solar hubiera recibido luz. Esto proporcionó un rango máximo para el área del colector solar. Luego, utilizando los resultados obtenidos previamente, se calculó la superficie total necesaria para alcanzar la temperatura deseada de 60 ^° C (comparable a la del deshidratador eléctrico de alimentos).

Paso 1. Determinación del aumento máximo de temperatura del colector solar:

[ (Temperatura del deshidratador - Temperatura ambiente) / % Colector expuesto, como decimal]

Prueba 1 Máximo: 17,65 ^° F

Prueba 2 Máximo: 16,00 ^o F , Rango máximo: 16-17,65 ^o F

Paso 2. Determinación del área de superficie necesaria para alcanzar la temperatura deseada con un volumen de deshidratador fijo de 596,1 ^pulg³ :

Área de superficie * [ (Temperatura deseada - Temperatura ambiente) / Aumento máximo de temperatura desde un colector solar de 160,1 in^2 ]

Área de superficie requerida para alcanzar 140 ^° F: 589,6-700,4 ^{pulgadas cuadradas}

Arcata, CA

Utilizando 4 horas de luz solar total como equivalencia solar diaria, se recalcularon los tiempos de secado indicados para el deshidratador solar de alimentos, tanto con el tamaño actual como con el ideal del colector solar. Para ello, se estimó que el tamaño ideal del colector solar era aproximadamente 3 2/3 veces el original.

Los cálculos son los siguientes:

Días en deshidratador solar ideal de alimentos = [Horas de secado / (Día / Equivalencia solar diaria)]

Días en el deshidratador solar actual = [ Días en el deshidratador solar de alimentos ideal / (1 / (X Área de superficie actual)) ]

• ---

**Nota: Estos tiempos de secado son tan largos que es probable que la comida se eche a perder.

Recomendaciones

Consideraciones

Si te decides por la energía solar... Algo que no mencioné y que deberías considerar si, después de leer esta página, quieres construir tu propio deshidratador solar de alimentos, es lo sucio que puede ser, o mejor dicho, el desorden que puede dejar la comida que estás deshidratando. Si no has deshidratado alimentos antes, puede que no lo sepas. La cuestión es que todo lo que se ensucie debe poder limpiarse. El sistema debe incluir componentes extraíbles, reutilizables o de un solo uso (por ejemplo, una estopilla y un plato de un solo uso, o una rejilla y bandeja extraíbles).

Si opta por un deshidratador eléctrico... Según mi experiencia, el deshidratador eléctrico de 350 W, más económico y de menor consumo, que elegí, sería suficiente para el usuario doméstico promedio. El modelo de 1000 W tenía buena pinta y venía con ajuste de temperatura, pero generalmente cumple los mismos objetivos con un consumo más elevado. Además, comprar un temporizador para el deshidratador es una buena manera de controlar el consumo de energía y la precisión del secado.

Más imágenes

Recursos

Libros

• Fodor, Eben V. "El secador solar de alimentos: Cómo fabricar y utilizar su propio deshidratador de alimentos de bajo coste, alto rendimiento y alimentado por energía solar", 2006. New Society Publishers.
• Nichols, Naomi. “Secado de alimentos en casa”, 1978. David & Charles (Publishers) Limited.
• Wheeler, Emme. “Deshidratación de alimentos en casa: cómo, qué y por qué”, 1974. Seattle, Washington.

Enlaces útiles

• Deshidratador solar de alimentos
• Secadores solares de alimentos
• Construir un secador solar
• Proyectos: Secado de alimentos con el sol
• Secado de alimentos
• Asociación de Energía Solar de El Paso: Secado solar de alimentos
• Una revisión del secado solar de alimentos
• Departamento de Energía de EE. UU. “Ficha técnica sobre tecnología de diseño solar pasivo”

Aquí hay otros tres bonitos modelos solares pasivos: Tres deshidratadores solares de alimentos

Créditos

Cristóbal Stadler

Cal Poly Humboldt

cjs36 humboldt edu