Diseño, desarrollo y caracterización a detalle de un sistema de deshidratación de alimentos, con la calidad requerida por la industria alimentaria, con calor residual de campos geotérmicos

Número de proyecto

P27

Título de proyecto

Diseño, desarrollo y caracterización a detalle de un sistema de deshidratación de alimentos, con la calidad requerida por la industria alimentaria, con calor residual de campos geotérmicos

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Usos directos del calor geotérmico

Responsable de proyecto

Julio Vargas Medina

Institución

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Instituciones y/o empresas asociadas

BioRenaces Mex S.A. de C.V.

Antecedentes y justificación

El uso directo de calor geotérmico para el secado o deshidratación de alimentos, ha sido una aplicación extendida a lo largo de todo el mundo. Por ejemplo, para el año 2000 en Georgia se reportaba una capacidad instalada de 276.2 MWt (Bauchidze, 2000). En el año 2007 para Brazil se reportaba un capacidad instalada de 4MWt, se reportaba su uso en el Salvador para secado de granos y frutas sin especificar la cantidad instalada. En Amatitlán Guatemala en el 2007 se reportó una planta de deshidratación frutas y concreto, con una capacidad de 200MWt. En Nueva Zelanda la capacidad instalada para sistemas de deshidratación con calor geotérmico era de apenas de 35MWt, es decir el apenas el 10% de la capacidad instalada en aplicaciones de uso directo de calor geotérmico en 2004. En Filipinas en el 2007 también, se reportó una capacidad instalada de 1.6MWt para secado con calor geotérmico. En Rusia en el 2005, apenas el 1% de la capacidad instalada para usos directos se destinaba al secado agrícola, igual que en Arabia Saudita. En el 2007 Estados Unidos reportaba una capacidad instalada de apenas 36MWt para aplicaciones de deshidratación de productos agrícolas. (WEC, 2007).

En el 2010, trece países reportaron el uso de calor geotérmico para la deshidratación de granos, vegetales y frutas compararado con los 15 que habían reportado esta aplicación en el 2005. Los productos deshidratados incluían algas (Islandia), cebolla (USA), arroz y otros cereales (Serbia), fruta (El Salvador, Guatemala y México), alfalfa (Nueva Zelanda), copra de coco (Filipinas). Madera ( Mexico, Nueva Zelanda y Rumania). Con un capacidad instalada total de 125MWt y 1635TJ/año utilizados en el 2010, significaba un decrecimiento repecto al 2005, debido al cierre de la planta de deshidratación de cebolla en Nevada, USA. Estos 125MWt representa apenas el 0.4% de la capacidad instalada para aplicaciones de uso directo de calor geotérmico (Lund, 2010).

El bajo porcentaje capacidad instalada para deshidratación en comparación con otros usos de calor geotérmico, puede tener, desde la perspectiva de mercado, dos causas posibles: la tecnología actualmente desarrollada no es atractiva para la industria alimentaria, o la demanda en la industria alimentaria para este tipo de aplicaciones de muy baja. Más adelante demostramos, que sólo para México, la demanda de energía para deshidratación de alimentos asciende a por lo menos 5628TJ/año.

Por lo tanto, inferimos que la tecnología que se ha desarrollado actualmente no es atractiva para la industria alimentaria. En nuestra opinión, el diseño de los sistemas de aprovechamiento del calor geotérmico para la deshidratación de productos agrícolas, no ha sido realizado con las características necesarias para conservar al máximo la calidad de los alimentos. En todo caso, han sido diseñados pensando en controlar temperaturas mediante intercambiadores de calor, sin considerar otras variables de fundamental importancia ni su acoplamiento con el proceso de deshidratación.

Por ejemplo, la configuración de la planta de deshidratación de cebolla que durante mucho tiempo operó en Nevada, USA, estaba diseñada para hacer pasar la cebolla por tres fases: la primera a una temperatura 190°F (88°C), luego a una temperatura de entre 170°F y 155°F (76°C y 68°C) y finalmente una temperatura de 120°F (49°C). (Lund, 1982). En este caso, desde el punto de vista de cinética de deshidratación y requerimientos energéticos, resulta muy extraño que la primera temperatura sea tan alta, porque muchas propiedades alimenticias se pierden. Tampoco está claro que esa secuencia de temperaturas sea la correcta en términos de requerimiento energético para el proceso.

Por otro lado, para la industria alimenticia, la calidad de los alimentos es sin duda uno de los parámetros más importantes para decidir la adopción de una tecnología. Por esta razón, es indispensable, generar un paquete tecnológico que permita deshidratar alimentos con calor geotérmico residual que conserve de manera óptima las propiedades bromatológicas y organolépticas.

Adicionalmente, México, es uno de los principales productores en el mundo de frutas y verduras. Sin embargo, se estima que cerca del 40% de la producción hortofrutícola en el país se pierde por diferentes causas, relacionadas con la falta de capital, con la debilidad de los canales de comercialización y distribución, y por la falta de tecnologías postcosecha y que permitan dar valor agregado a los productos agrícolas.

En este trabajo, se han elegido los productos agrícolas de mayor valor económico producidos en México, con la condición de que una vez deshidratados puedan tener un mercado atractivo a nivel nacional e internacional. En la siguiente tabla se muestran los resultados de esta selección.

 

Considerando que el 40% de esta producción debe ser industrializada o se perderá, se tiene un potencial de 6,462,054 ton al año que deben ser procesadas para aumentar su vida de anaquel. Sin embargo, dado que la deshidratación es solo una opción más de industrialización, se estima que el 20% puede ser deshidratado, resultando en la necesidad de deshidratar un total de 1,292,411 ton al año, solamente de los productos elegidos. De acuerdo con nuestro análisis preliminar, la cantidad de energía requerida para deshidratar este volumen de producto asciende a 5628TJ/año.

Por otro lado, estos cultivos están dispersos en más de 1 millón 100 mil hectáreas a lo largo del país, lo que permite ampliar las posibilidades de que una importante fracción de esta producción pueda ser deshidratada a través de calor geotérmico.

Objetivos y metas

Diseñar, desarrollar y caracterizar a detalle de un sistema de deshidratación de alimentos con calor residual de campos geotérmicos que cumpla con los requerimientos de calidad de la industria alimentaria mundial.

Metas

  • Diseñar a detalle una planta piloto de deshidratación con calor geotérmico, con capacidad máxima de 2.7 ton de producto fresco por carga, a partir de la determinación de condiciones óptimas y parámetros relevantes de deshidratación, para los 10 productos agrícolas más importantes del país.
  • Construir y poner a punto la planta piloto de deshidratación de alimentos con calor geotérmico, asegurando que alcance los niveles deseados de funcionamiento para los parámetros físicos relevantes previamente determinados; así como con las condiciones requeridas de inocuidad.
  • Realizar corrida piloto de 10 productos agrícolas (aguacate, chile verde, tomate rojo (jitomate), limón, plátano, naranja, mango, zarzamora, papaya, fresa) en la planta de deshidratación con calor geotérmico.
  • Lograr el registro de por lo menos cuatro figuras de propiedad industrial como resultado del proyecto.
  • Desarrollar un plan de negocios e innovación incorporando los resultados obtenidos de la planta piloto de deshidratación con calor geotérmico.

Número de proyecto

P27

Título de proyecto

Diseño, desarrollo y caracterización a detalle de un sistema de deshidratación de alimentos, con la calidad requerida por la industria alimentaria, con calor residual de campos geotérmicos

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Usos directos del calor geotérmico

Responsable de proyecto

Julio Vargas Medina

Institución

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Instituciones y/o empresas asociadas

BioRenaces Mex S.A. de C.V.