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Para los pequeños agricultores que viven en regiones cálidas y áridas, llevar cultivos frescos al mercado y venderlos al mejor precio es un acto de equilibrio. Si las cosechas no se venden lo suficientemente temprano, se marchitan o maduran demasiado rápido con el calor, y los agricultores tienen que venderlas a precios reducidos. Vender productos por la mañana es una estrategia utilizada por muchos agricultores para combatir el calor y garantizar la frescura, pero esto conduce a un exceso de oferta y competencia en los mercados y reduce aún más el valor del producto vendido. Si los agricultores pudieran enfriar sus cultivos, manteniendo temperaturas frescas para mantenerlos más frescos por más tiempo, entonces podrían llevar productos frescos de alta calidad a los mercados de la tarde y venderlos a mejores precios. El acceso al almacenamiento en frío también podría permitir a los productores cosechar más productos antes de salir al mercado, haciendo que estos viajes sean más eficientes y rentables al tiempo que se amplía el acceso de los consumidores a productos frescos.
Desafortunadamente, muchas comunidades de pequeños agricultores carecen de acceso a los recursos energéticos necesarios para respaldar las tecnologías de conservación de alimentos como la refrigeración. Para enfrentar este desafío, un equipo de investigación del MIT financiado con una subvención inicial de 2019 del Laboratorio de sistemas de agua y alimentos Abdul Latif Jameel (J-WAFS) combina experiencia en ingeniería mecánica, arquitectura y sistemas de energía para Diseñe cuartos fríos fuera de la red asequibles. unidades para cultivos perecederos. Tres investigadores principales del MIT están liderando este esfuerzo: Leon Glicksman, profesor de tecnología de la construcción e ingeniería mecánica en el Departamento de Arquitectura; Daniel Frey, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y director de la facultad de investigación del MIT D-Lab; y Eric Verploegen, ingeniero de investigación del MIT D-Lab. También están colaborando con investigadores de la Universidad de Nairobi para estudiar el impacto de varios diseños de cámaras diferentes en el rendimiento y la usabilidad en Kenia. Juntos, buscan desarrollar una instalación de almacenamiento cooperativa rentable a gran escala que utilice las propiedades de enfriamiento por evaporación del agua para mantener los cultivos más frescos y por más tiempo.
Enfriamento evaporativo
El enfriamiento evaporativo implica la dinámica energética del cambio de fase del agua de su estado líquido a su estado gaseoso. En pocas palabras, cuando el aire seco se mueve sobre una superficie saturada, como un recipiente lleno de agua, las moléculas de agua absorben una gran cantidad de calor a medida que pasan. de líquido a gas, enfriando el aire ambiente. El enfriamiento evaporativo no es un concepto nuevo. La gente ha aprovechado esta propiedad del agua para enfriar edificios y mantener frescos los cultivos durante miles de años. Hoy en día, en muchas regiones áridas, la gente usa un sistema de olla de barro doble para aprovechar el proceso de enfriamiento por evaporación para extender la frescura de frutas y verduras. Conocido como olla en olla o enfriador de ollas Zeer, el espacio entre una olla de cerámica más grande y más pequeña se llena con arena y se mantiene húmedo. A medida que el agua se evapora a través de las paredes del recipiente, baja la temperatura de la cámara interior.
Sin embargo, aunque los enfriadores de ollas de barro pueden ser efectivos para uso doméstico individual, están limitados por su capacidad de almacenamiento. Existen algunas estrategias de almacenamiento de productos a mayor escala que utilizan enfriamiento por evaporación y se están utilizando en Kenia y otros países y regiones áridos. De hecho, Verploegen ha centrado su investigación en MIT D-Lab en tecnologías de enfriamiento evaporativo desde 2016, lo que ha dado como resultado la producción de varios modelos actualmente en etapas piloto.
Aún así, el tamaño sigue siendo un desafío. En la actualidad, existen pocos modelos que sean lo suficientemente grandes como para almacenar de manera eficiente varias toneladas métricas de producto y que cumplan con criterios importantes como la facilidad de construcción, la calidad de desempeño y la asequibilidad, que cubrirían las necesidades de almacenamiento para cultivos más grandes o grupos de agricultores. Existen diseños para refrigeración mecánica con energía solar; sin embargo, los costos asociados con la energía, la implementación y el mantenimiento de estas unidades son prohibitivos para muchos pequeños agricultores de todo el mundo. Al asociarse con Frey y Gliskman para este esfuerzo financiado por J-WAFS, el grupo tiene como objetivo abordar esta falta de acceso. "Para nosotros, las preguntas fueron: '¿Cómo podemos escalar las técnicas de enfriamiento por evaporación y mejorar las formas en que las personas las han utilizado durante siglos? Explica Glicksman. Con eso en mente, el equipo se propuso encontrar una solución.
Sostenibilidad como diseño a través
Inicialmente, el equipo se centró en mejorar el rendimiento de las tecnologías de cámaras de enfriamiento existentes. “Trabajamos con gente de la zona (en Kenia) y construimos algunos de los modelos más tradicionales que usan carbón vegetal”, dice Verploegen. "Sin embargo, descubrimos que estos esfuerzos eran laboriosos, consumían mucho tiempo y, en general, no eran muy repetibles". Sobre la base de la investigación de usuarios en curso por equipos de la Universidad de Nairobi y MIT D-Lab, los investigadores exploraron diferentes tipos de materiales para la estructura y se decidieron por contenedores. como base de la habitación.
De hecho, la altura y el ancho de un contenedor de envío cumple con las especificaciones dimensionales de las necesidades de los usuarios. Además, el uso de contenedores de envío brinda la oportunidad de reciclar materiales ya usados. “Siempre verifico dónde están disponibles los contenedores de envío usados y verifico los precios en diferentes países para nuestro modelo de costos”, admite Verploegen. Entonces, en su diseño actual, actualizaron un contenedor de envío con una pared aislante de doble capa, un ventilador de energía solar para forzar el aire a través de una matriz central de amortiguadores húmedos y cajas de almacenamiento. interior diseñado para maximizar las tasas de convección y enfriamiento y la facilidad de uso.
Este diseño se basa en varios modelos analíticos que el equipo de investigación continúa desarrollando. Los modelos evalúan el efecto que tienen diferentes materiales de enfriamiento evaporativo, arreglos de cajas de almacenamiento de productos y materiales de aislamiento exterior sobre la eficiencia y funcionalidad de la cámara de enfriamiento. Estos modelos ayudan a maximizar las capacidades de enfriamiento mientras minimizan el consumo de agua y energía, y también informan las decisiones sobre la elección de materiales.
Una de esas decisiones fue la transición del carbón húmedo como medio de enfriamiento por evaporación. El carbón vegetal se usa comúnmente como material de membrana de enfriamiento, pero la liberación de CO2 durante el proceso de tratamiento de quemaduras y los efectos ambientales negativos resultantes lo hicieron menos atractivo para el equipo. Actualmente, están experimentando con fibra de álamo temblón de origen vegetal y almohadillas de celulosa corrugada, que son una solución rentable y ambientalmente sostenible. Por último, el equipo instaló un sistema de control electrónico que funciona con energía solar que permite a los agricultores automatizar el ventilador de la cámara y las bombas de agua, aumentando la eficiencia y minimizando la necesidad de agua. 39; entrevista.
Colabora en el exterior
La colaboración con investigadores de la Universidad de Nairobi (UON) en Kenia es fundamental para el desarrollo del proyecto de investigación. La profesora Jane Ambuko, una horticultora líder de la UON en el Departamento de Ciencia Vegetal y Protección de Cultivos, está bien versada en tecnologías poscosecha. Además de su conocimiento especializado de la fisiología de los cultivos y los efectos del enfriamiento en los productos, Ambuko está bien conectada dentro de la comunidad agrícola local de Kenia y brindó al equipo presentaciones esenciales para los agricultores locales interesados en probar los prototipos de la sala de equipos. Otro colaborador, Duncan Mbuge, ingeniero agrícola del Departamento de Ingeniería Ambiental y de Biosistemas de UON, pudo brindar información sobre el diseño, la construcción y la elección de materiales para las cámaras de enfriamiento.
El proyecto también implicó intercambios entre estudiantes del MIT D-Lab y UON, y esta colaboración abrió vías adicionales para que las dos instituciones trabajaran juntas. "El intercambio de ideas (con MIT) ha sido mutuamente beneficioso", dice Mbuge, "el resultado final ha sido una mejora general en la tecnología". Los dos profesores, junto con sus estudiantes de investigación, continuaron supervisando y administrando la estructura piloto construida en Kenia. "Juntos, con la experiencia del equipo del MIT, nos complementamos", añade Ambuko.
“Los investigadores de la UON tienen una gran historia y conocimiento institucional de los desafíos que los diseños previamente probados se encontraron en contextos del mundo real”, dice Verploegen, y agrega que esto ha sido fundamental para mover los diseños del MIT del concepto al la práctica. Los agricultores también han desempeñado un papel importante en el diseño y la implementación de esta tecnología. Siguiendo el modelo de D-Lab, los equipos de investigación del MIT y UON trabajaron juntos para organizar una serie de entrevistas y grupos focales en comunidades agrícolas para aprender directamente de los usuarios en sus necesidades. Los agricultores de estas comunidades tienen un conocimiento importante sobre cómo diseñar una cámara de enfriamiento práctica y eficiente que sea adecuada para las cooperativas agrícolas. Dado que tendrá más de un usuario, los agricultores solicitaron un sistema de apilamiento de cajas que permitirá una fácil gestión del inventario. Los agricultores señalaron los beneficios adicionales de las cámaras de enfriamiento evaporativo. “Nos han dicho que estos contenedores también pueden brindar una protección especial contra los roedores”, dice Frey, “esto es muy importante para los agricultores con los que trabajamos”.
Impactos potenciales
En general, los modelos del equipo indican que un contenedor de envío estándar de 40 pies de largo equipado como enfriador evaporativo podrá almacenar entre 6.500 y 8.000 kilogramos de producto. El costo de construcción de la cámara probablemente será de $ 7,000 a $ 8,000, lo que, en comparación con las opciones de refrigeración mecánica de un tamaño similar, proporciona una reducción de costos de más del 50%, lo que hace que este nuevo diseño sea muy lucrativo para cooperativas agrícolas. Una de las formas en que el equipo puede reducir los costos de producción es utilizar materiales locales y una estrategia de fabricación centralizada. "Creemos que la construcción de tecnología de este tamaño y complejidad de forma centralizada, y luego distribuirla localmente, es la mejor manera de hacerla accesible y asequible para estas comunidades", dice Verploegen.
Hay muchos beneficios en hacer que las tecnologías sean accesibles y replicables por miembros de comunidades específicas. El desarrollo colaborativo es la piedra angular del trabajo de D-Lab, el programa académico y de investigación del que forman parte Verploegen y Frey. “En D-Lab, queremos sembrar la idea de que la participación de la comunidad es esencial para adaptar las soluciones tecnológicas a las necesidades de las personas y maximizar el uso de la solución resultante”, dice Frey. Si bien el enfoque en la cocreación debería resultar en la aceptación de la comunidad para su solución de enfriamiento, la fabricación y construcción centralizadas de contenedores es una estrategia adicional para garantizar la accesibilidad y la asequibilidad de la tecnología para las comunidades a las que pretenden servir.
Si bien el diseño actual se desarrolló para agricultores cerca de Nairobi en Kenia, estos dispositivos de enfriamiento evaporativo podrían implementarse en una gran cantidad de otras partes de Kenia, así como en partes de África. Oeste y partes de la India occidental como Rajasthan y Gujarat. Verploegen, quien también lidera un esfuerzo relacionado financiado por J-WAFS sobre enfriamiento evaporativo a través de la subvención J-WAFS para proyectos de agua y energía en India, está desarrollando diseños para almacenamiento cultivos para granjas en las Indias Occidentales. Dice que "la escala de las necesidades es lo que determina el tipo de tecnología de enfriamiento evaporativo que una comunidad podría necesitar". Su trabajo en la India se centra en ayudar a llevar tecnología construida más pequeña a donde se utilizará, utilizando ladrillo y arena. También "ayuda a hacerlos más eficientes y a mejorar el diseño para satisfacer mejor las necesidades locales".
En última instancia, el objetivo del equipo de investigación es hacer de su cámara de enfriamiento evaporativo algo que las comunidades agrícolas locales usen y se beneficien constantemente. Para hacer esto, deben “encontrar no solo la solución MIT, sino también una solución que la gente en el campo encuentre mejor para ellos”, dice Glicksman. Esperan que esta tecnología no solo ayude a los productores económicamente, sino que también permita una gran capacidad de almacenamiento y conservación de alimentos, lo que permitirá a las personas un mejor acceso a los productos frescos.
Para obtener más información sobre este trabajo, visite el sitio del proyecto a través de J-WAFS.
