TOSTADO DE GRANOS DE CACAO EN EL VALLE DE LA CONVENCIÓN-CUSCO UTILIZANDO ENERGÍA SOLAR TÉRMICA CONCENTRADA: RESULTADOS

EXPERIMENTALES Y PERSPECTIVAS

Ingeniero Mecánico. Soria Navarro, Jorge Elías

Grupo de Apoyo al Sector Rural de la Pontificia Universidad Católica del Perú

ZONAS CACAOTERAS EN EL PERÚ

En el Perú existen zonas de cacao entre las cuales se pueden obtener diferentes variedades de cacao, ya que dependiendo del lugar, los factores climatológicos no son los mismos ofreciendo diversidad de granos de cacao.

Siendo las zonas cacaoteras las siguientes: Zona del Alto Marañón en los departamentos de Cajamarca y Amazonas, Huallaga Central en departamento de San Martín, los valles de los ríos Apurímac y Ene (VRAE), La Convención y Lares en el departamento de Cusco.

SITUACIÓN DE LAS ZONAS CACAOTERAS EN EL

PERÚ

Actualmente en el Perú ha aumentado el interés por cultivar el cacao ya que el precio está en aumento y la demanda del mercado internacional y nacional se encuentra insatisfecha. Los productores que se dedican a cultivar este producto con generalmente pequeños agricultores con chacras menores a dos hectáreas. En el país, toda la cadena de producción del cacao es apoyada por diferentes entidades privadas y públicas, sin embargo, el tratamiento pos cosecha del grano de cacao es deficiente, siendo uno de los principales problemas de dicha cadena. En esta situación predomina el bajo o nulo uso de insumos tecnológicos.

PROCESAMIENTO BÁSICO PARA PASTA DE

CACAO

MAQUINAS CONVENCIONALES PARA EL

TOSTADO DE GRANOS DE CACAO

EXPERIENCIAS DE TOSTADO SOLAR DE

CACAO

French Broad Chocolates, (Asheville, Carolina del Norte) USA.

Chocosol(Oaxaca) MEXICO

PLANTA PROCESADORA DE PASTA DE

CACAO SOLAR – PUCP

Ubicado en el centro Poblado de Huyro, distrito de Huayopata, Provincia de la Convención en Cusco

Capacidad de 6kg/hora de pasta de cacao con radiación solar constante

Sistema de tostado con concentradores solares Scheffler de 2,7m2 y 8 m2.

Sistema energético con paneles fotovoltaicos de 2.4kW de capacidad.

DESARROLLO DE LA TECNOLOGÍA PARA EL

TOSTADO DE GRANOS DE CACAO

Diseñado para el sector rural del Pérú

Uso de concentradores solares Scheffler de 2,7m2 y 8m2.

Diseño de un tostador solar directo de distintas capacidades.

CONCENTRADOR SOLAR SCHEFFLER

•Se logra alcanzar altas temperaturas en un solo punto.

•El punto focal fijo se encuentra fuera de la sección del paraboloide.

•El punto focal es fijo y la sección paraboloide gira en su propio eje rotacional

•La sección del paraboloide debe ser flexible debido a que la incidencia del sol varia durante el año.

•Concentradores solares Scheffler de distintos tamaños.

EXPERIENCIA EN EL PROCESO DE TOSTADO

DE GRANOS DE CACAO SOLAR

Alineación del concentrador solar Scheffler

Precalentamiento del tostador solar directo (>120°C)

Ingreso de granos de cacao

Tostado de granos de cacao entre 120° C– 160°C

Retiro de granos de cacano tostado

Descascarillado, molido, enfriado y almacenado.

Operación: Granos de cacao seco → pasta de cacao puro

EXPERIENCIA EN EL PROCESO DE TOSTADO DE

GRANOS DE CACAO SOLAR

MEDICIONES:

oRadiación nominal directa:

oTemperatura de la superficie externa del tambor (Sensor Infrarrojo)

oTemperatura de los granos de cacao en el tambor y en la cuchara de madera (Sensor Infrarrojo).

oMasa de cacao inicial y final (Kg)

oLa calidad del cacao (psico-químico y microbiológico).

diffuseglobaldirect I-I=I

PRUEBAS DE TOSTADO DE CACAO

nu

mer

o

pru

eba

Sch

effl

er

Radiaci

on

solar

directa

Cantida

d de

cacao

inicial

Aisla

mien

to

Cono

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fond

o

Inclin

acion

Velocid

ad de

giro del

tambor

Absorp

tividad

de la

caldera Hora Fecha

Cantida

d final

de

cacao

Peso

molido

Tempe

ratura

final

Tiempo

final

Tiempo

tuesta

Tiempo

precale

ntamie

nto

Radiacion

coregida

(segun eror

en Scheffler)

tiempo

nubes

Tiempo de

tuesta a 140°C

por kilograma

de cacao seco

Tiempo de tuesta a

140°C por kilograma de

cacao seco (incluso

coreccion por nubes)

Tiempo de

tuesta por

kilograma de

cacao seco

Perdida

de masa Condiciones de la prueba

#

S_sc

heff Phi m A C

Thet

a Omega alpha h d m_f

m_past

a T_f t_f

t_tuesta

140°C t_pre Phi_util

t_nube

s t_140°C1kg t_140°C1kg_c t_1kg dm

- m^2 W/m^2 kg 0 o 1 0 o 1 ° RPM ° hh:mm dd/mm/aaaa kg g °C min min min W/m^2 min min min min %

1 8 840 1 1 1 13 9 baja 08:31 03/11/2014 0.9 - 125 17.5 22.32 6.5 840 17.5 10%

2 8 830 3 1 1 13 8 baja 09:02 03/11/2014 2.8 - 140 35.5 33.0 4.5 830 11.0 11.0 11.8 7% rad cste

3 8 880 2 1 1 13 9 baja 09:54 03/11/2014 1.75 - 143 19.5 18.9 2.75 880 9.4 9.4 9.8 13% rad cste, crono incierto

4 8 850 3 1 1 32 9 baja 10:27 03/11/2014 2.75 - 139 35.642 36.3 5.358 850 12.1 12.1 11.9 8% rad cste, inclinacion no parece optimal

5 8 825 6 1 1 32 8 baja 11:15 03/11/2014 5.6 - 143 66.372 64.9 2.958 825 20 10.8 7.5 11.1 7% rad cste - 20min nubes

6 8 915 3 1 1 20 8 baja 11:00 05/11/2014 2.45 155 142 32.667 32.5 6.333 915 10.8 10.8 10.9 18% rad cste

7 8 850 6 1 1 20 18 baja 11:00 07/11/2014 ? 975 144.33 61.458 57.2 9.458 680 1.5 9.5 9.3 10.2 ? rad bajando, Sch. mal enfocado

20 8 950 6 1 1 20 18 alta 10:00 17/11/2014 5.55 0 158.25 55.024 50.0 11.642 950 16.8 8.3 5.5 9.2 8% rad ~cste - 16min nube

8 2.7 920 2 0 1 20 18 alta 10:30 08/11/2014 1.88 800 134.5 31.916 32.4 0 920 16.2 16.2 16.0 6% rad cste

9 2.7 920 2 1 1 20 18 alta 11:45 08/11/2014 1.87 770 145.25 21.253 20.6 3.83 920 10.3 10.3 10.6 6% rad cste, crono incierto

10 2.7 910 1 1 1 14 18 alta 12:45 08/11/2014 0.8 - 153.33 22.75 20.9 4.25 910 2.5 20.9 18.4 22.8 20% rad cste - 2.5min nubes

11 2.7 730 2 1 1 32 20 alta 10:18 09/11/2014 1.85 720 140 56.33 57.8 4.17 547.5 28.9 28.9 28.2 8% rad scte, Sch. mal enfocado

12 2.7 600 2 1 1 32 20 alta 10:40 09/11/2014 1.9 - 83 14 4 600 7.0 5% rad baja, no tostado

13 2.7 900 2 1 1 32 20 alta 10:14 11/11/2014 2 - 68.2 5.999 7.752 900 3.0 0% pb tecnico, no tostado

14 2.7 930 2 1 1 32 19 alta 11:24 11/11/2014 1.85 850 139.6 30.515 32.3 2.900 930 16.1 16.1 15.3 8% rad cste

15 2.7 905 3 1 1 32 20 alta 12:15 11/11/2014 2.8 700 124.98 69.833 93.5 0 678.75 31.2 31.2 23.3 7% rad scte, Sch. mal enfocado

16 2.7 800 2 1 1 20 18.5 alta 00:00 12/11/2014 1.85 767 144.25 37.416 35.0 0 800 4 17.5 15.5 18.7 8% rad cste - 4min nubes

17 2.7 650 1 1 1 20 9 alta 11:08 12/11/2014 0.95 727 128.5 29.334 70.3 3.666 650 29.3 5% rad baja, no tostado

18 2.7 785 1 1 1 14 9 alta 12:04 12/11/2014 1 310 160 23.666 16.4 1.25 785 16.4 16.4 23.7 0% rad cste

19 2.7 740 2 1 1 20 8.5 alta 0.534 12/11/2014 1.9 757 143.5 42.755 40.6 4.415 740 1 20.3 19.8 21.4 5% rad cste - 1min nube

Mediana 837 135.0 15.6

Deviacion estandar96 22.4 6.9

PRUEBAS DE TOSTADO: EVOLUCIÓN DE LA

TEMPERATURA DURANTE EL TOSTADO,

CONCENTRADOR SCHEFFLER DE 8 M2

Prueba N° 2

•14 de Noviembre del 2014

•Hora : 9:02 am

•Scheffler de 8m2

•Tambor aislado

•Inclinación 13°

•8 RPm

•Baja Absortividad

•3Kg de cacao (2.8 Kg final)

•11min/kg de tiempo de tostado neto a 140°C

PRUEBAS DE TOSTADO: EVOLUCIÓN DE LA

TEMPERATURA DURANTE EL TOSTADO,

CONCENTRADOR SCHEFFLER DE 2.7 M2

Prueba N° 14

•14 de Noviembre del 2014

•Hora : 11:24 am

•Scheffler de 2.7m2

•Tambor aislado

•Inclinación 32°

•19 RPM

•Alta Absortividad

•2Kg de cacao (1.85 Kg final)

•14min/kg de tiempo de tostado neto a 140°C

PRUEBAS DE TOSTADO: EVOLUCIÓN DE LA

TEMPERATURA DURANTE EL TOSTADO, EFECTO

DE LAS NUBES

Prueba N° 5

•3 de Noviembre del 2014

•Hora : 11:15 am

•Scheffler de 8m2

•Tambor aislado

•Inclinación 32°

•8 RPM

•baja Absortividad

•6Kg de cacao (5.6 Kg final)

•7.5min/kg de tiempo de tostado neto a 140°C

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS PRUEBAS:

TENDENCIA EN EL COMPORTAMIENTO DEL

TOSTADO

Para comparar todas las pruebas realizadas, se calcula un tiempo neto de tostado a 140°C por kilogramo de cacao, el cual esta definido por la fórmula siguiente:

Donde:

es el tiempo desde el ingreso del cacao hasta cuando la curva de temperatura cruza el nivel de 140°C

es el tiempo total de momentos nublados.

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS PRUEBAS:

TENDENCIA EN EL COMPORTAMIENTO DEL

TOSTADO

CONCLUSIONES

Las pruebas realizadas permiten entender mejor el comportamiento térmico del

sistema de tostado solar. Con lo mostrado anteriormente, se concluye lo siguiente:

baja eficiencia térmica:

o sin aislante

o poca cantidad

especialmente con alta velocidad de giro (1kg con 18RPM)

o 32° de inclinación

para una alta eficiencia:

o inclinación no mayor a 20°

o pared absorptiva (negra)

o cantidad de granos a tostar:

2kg con el concentrador pequeño

6kg con el concentrador grande

INGENIERO MECANICO. SORIA NAVARRO, JORGE ELIAS

GRUPO DE APOYO AL SECTOR RURAL DE LA PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU