Antecedentes del proyecto

El departamento de Nariño, en Colombia, es famoso por ser una de las regiones donde se produce cacao de mayor calidad. Su producción está en gran medida a cargo de familias campesinas de origen africano con recursos muy limitados. En 2022, Social Solver lanzó un desafío para que su comunidad de ingenieros propusiera soluciones innovadoras y sostenibles para mejorar el proceso de secado del cacao en esta región.

El desafío perseguía desarrollar un sistema de secado para reducir los niveles de humedad del grano de cacao por debajo del 7% (calidad requerida para la exportación) utilizando energías renovables o biocombustibles disponibles en la zona.

Se presentaron 30 participantes de diferentes países como: España, Irán, Venezuela, Australia, Francia, Argentina, Suiza, Indonesia, Portugal o Serbia. Finalmente se recabaron 14 soluciones distintas.

Algunas propuestas proponían el uso de soluciones comerciales y otras, aunque menos extendidas, se estaban utilizando en otros países para generar energía a través de residuos agrícolas.

La solución más adecuada, y por lo tanto la ganadora de este desafío, fue la desarrollada por el ingeniero francés Olivier Loidi. El diseño que presentó es una solución completamente nueva e innovadora de aplicación de la energía solar.  

La idea de Olivier consistía en un captador solar secador. Utilizaba la tecnología de captadores solares planos de alto rendimiento, similares a los que se utilizan para calentar agua o aceite en procesos de alto rendimiento. 

Debido a lo novedoso del diseño, fue necesario fabricar prototipos y realizar pruebas en terreno para demostrar su viabilidad. 

Diseño original del captador solar de secado de cacao

La solución de Olivier Loidi recibida y evaluada por Social Solver tenía las siguientes características, partes y funcionamiento:

• Un doble cristal (sustituido por plástico para hacerlo más liviano y barato) por donde incide el sol. Al ser doble tiene unas propiedades aislantes buenas.
• Una doble rejilla donde se introduce una capa de granos de cacao.
• Un doble cristal igual al primero, para recoger la radiación que rebota sobre el suelo de piedras blancas o similar

Diseño del captador solar diseñado por Olivier Loidi.

Entre cada capa queda un espacio de unos 2cm por donde circula el aire a través de unos pequeños orificios practicados en la base y en la parte superior. Esto permite airear en la etapa de fermentación del cacao, además de permitir la salida de humedad.

De esta forma, en vez de calentar agua o aceite que luego caliente el aire para secar los granos, calentamos directamente los granos de cacao, consiguiendo mayor temperatura y rapidez en el secado, y haciéndolo factible incluso en días nublados, debido la eficiencia del panel y a la alta radiación disponible en la zona.

Construcción del prototipo del captador solar de secado de cacao

Sin embargo, durante la construcción del prototipo, se realizaron ciertos cambios al diseño original por cuestiones de accesibilidad a materiales y su coste. Por ejemplo, se sustituyó la cubierta de plástico por unas lámina de policarbonato y se instaló un termohigrómetro tanto en el interior del prototipo como en el exterior. Ambos prototipos de secado fueron fabricados por Andrés Daniel Ortega, profesional en electrónica y automatización.

Una vez construido el prototipo, cuyo coste fue de 183 euros, se han realizado pruebas de temperatura ambiente y humedad relativa tanto dentro del panel diseñado como fuera de este, además de pruebas de índice de humedad en el grano y prueba de corte.

Se realizó la instalación del primer panel solar de secado de cacao en Tumaco – San Luis Robles, donde hay una temperatura ambiente aproximada de 30°C y una humedad relativa del 82%. Asimismo, se instaló un segundo prototipo en Policarpa - La Vega, con una temperatura de 32 °C a 35 °C y una humedad relativa aproximada del 70%. En ambos casos, se ubicó a un ángulo de inclinación aproximado de 20°.

Los datos de Tumaco fueron aportados por Albeiro, de Asociación Corpoteva, y los datos de Policarpa, en la zona de Vega, fueron tomados por el técnico de campo Edison Yair Jaramillo Villota.

Fase de pruebas del prototipo y resultados

Tras 12 días de secado de cacao, se obtuvieron resultados distintos pero similares en ambas localizaciones donde se instalaron ambos prototipos. Aunque en Tumaco y en Policarpa se obtuvo una humedad en grano del 7%, en Tumaco se consiguió llegar a los 60ºC dentro del panel, mientras que se alcanzaron los 62ºC en Policarpa, con una temperatura ambiente de 40ºC en ambos lugares. 

Con los métodos tradicionales, el tiempo aproximado de secado de cacao en marquesina es de 16 días para lograr una humedad en grano al 7%, con los nuevos paneles se redujo en 4 días con esta nueva tecnología sostenible.

Se necesitan unos 9 paneles para secar la producción de una hectárea en la época de máxima cosecha.

En las pruebas de Tumaco ha participado la Asociación de Corpoteva y en la zona de Policarpa han participado el productor de la finca Valdez Lopez Ermis Arcadio y el técnico de campo Edison Yair Jaramillo Villota.

Próximos pasos para mejorar el prototipo

Con el objetivo de optimizar esta tecnología de secado, y pasar de los 12 a los 8 días de tiempo de secado, se han extraído unas conclusiones de las pruebas realizadas y los resultados obtenidos, que plantean mejoras y próximos pasos:

1. El ángulo de inclinación propuesto en el diseño de 45° no sería posible, ya que los granos de cacao ruedan hasta la parte inferior, pero se ha demostrado con las pruebas que un ángulo aproximado de 20° sí es factible. En la medida de lo posible se intentará aumentar el grado de inclinación.
2. La temperatura dentro del panel alcanzó los 60°C aproximadamente con una temperatura ambiente de 40°C, lo cual daría una ganancia aproximada de temperatura del 50%. Pero mejorando los detalles constructivos, y la estanqueidad del panel, se espera superar esta temperatura.
3. Es necesario poder controlar el flujo de aire en el interior, para que la humedad salga al exterior y no se quede dentro del panel.
4. Las condiciones en las cuales se realizaron las pruebas fueron en días soleados y, por ende, para obtener un mayor fiabilidad del funcionamiento, es necesario realizar más pruebas de campo para tener resultados más precisos relativos a la temperatura ambiente, a la temperatura interna del panel, a la humedad relativa ambiente y a la humedad relativa del panel también en días de lluvia para ver cómo afecta a los resultados.
5. Los resultados fueron favorables en el tiempo de secado, aunque es necesario realizar análisis sensorial del grano (cata) y pruebas de corte para establecer la calidad obtenida.
6. Es necesario realizar modificaciones al panel de secado con el fin de mejorar el funcionamiento y la versatilidad para que una persona pueda introducir el cacao, girarlo y retirarlo.

¿Te ha gustado el proyecto del captador solar de secado de cacao? Si estás interesado en esta solución o quieres realizar alguna donación, ponte en contacto con Social Solver.