ambientes protegidos para el almacenamiento ...ambientes protegidos para el almacenamiento tem-poral...

agronomía mesoamericana 20(2):255-262. 2009issn: 1021-7444

1 recibido: 8 de diciembre, 2008. aceptado: 16 de noviembre, 2009. 2 Universidad de costa rica, estación experimental Fabio Baudrit, apdo. 183-4050 alajuela, costa rica. �el��onos: (506) 2433-8284, 2511-�el��onos: (506) 2433-8284, 2511-

7798, Fax: (506) 2433 9086. surdo26�racsa.co.cr�� n�c�aves��mail.com�� ldie2001��a�oo.com�� avillalo2005��otmail.comsurdo26�racsa.co.cr�� n�c�aves��mail.com�� ldie2001��a�oo.com�� avillalo2005��otmail.com3 instituto nacional de innovación � �rans�erencia �ecnoló�ica a�ropecuaria (in�a). san Jos�, costa rica. j.�ernandez�costarricense.cr

AMBIENTES PROTEGIDOS PARA EL ALMACENAMIENTO TEMPORAL Y EL SECADO DEL FRIJOL (Phaseolus vulgaris L.)

EN EL CAMPO1

Marco Vinicio Gutiérrez-Soto2, �é�tor ��a�e�-�arrante��é�tor ��a�e�-�arrante�2, �uan �ar�o� �ern�n�ez-�on�eca�uan �ar�o� �ern�n�ez-�on�eca3, Ro�o�fo Araya-Vi��a�obo�2, Diego Ureña-So�í�2

RESUMEN

Ambientes protegidos para el almacenamiento tem-poral y el secado del frijol (Phaseolus vulgaris L.) en el campo. eel objetivo de este trabajo �ue evaluar ambientes prote�idos bioclimáticos para el almacenamiento tempo-ral � el secado de �rijol en el campo, en P�rez Zeledón � Buenos aires, costa rica, durante la estación lluviosa del año 2007. El diseño propuesto es una modificación de las estructuras rústicas empleadas por los a�ricultores, � utiliza la ventilación cruzada y materiales reflectivos, mediante la elevación del piso donde se coloca el �rijol � la eliminación de paredes laterales. se evaluaron tres colores de coberturas plásticas: transparente, ne�ro � �ris, de 0,0038 cm de �rosor, � se empleó como tratamiento testi�o el diseño con plástico transparente usado por los a�ricultores (cuatro tratamientos). se midió la temperatura � la �umedad en el interior del material ve�etal colocado dentro de las estructuras (0,20 � 1,25 m de pro�undidad) � en el ambiente exterior durante 16 días, con dos periodos de mediciones de oc�o días conse-cutivos cada uno y tres repeticiones (tres fincas). Se evaluó además el contenido de �umedad � el tiempo de cocción de los granos. Los materiales plásticos reflectivos y el diseño bioclimático mejoraron el microclima en el interior de las estructuras de almacenamiento y se redujo significativamente el tiempo de cocción de los �rijoles, en comparación con los diseño tradicional con plástico trasparente empleado por los a�ricultores.

Palabras clave: calidad de los �ranos, coberturas sin-téticas, diseño bioclimático, fitomejoramiento participativo, tiempo de cocción.

ABSTRACT

Shelters for the temporal storage and drying of common beans (Phaseolus vulgaris L.) in the field. ��e objective o� t�is work was to evaluate s�eltered environments for temporal storage and drying in the field of common beans �arvested in �ill-side a�riculture in mesoamerica. ��is stud� was conducted in P�rez Zeledón and Buenos aires durin� the rainy season of year 2007. The proposed design modifies t�e rustic structures traditionall� used b� �armers, includes cross-ventilation, floor elevation, remotion of lateral walls, and low-cost, locall�-available materials. We also applied principles of energy balance and used reflective materials t�at reduced ener�� and �eat load. ��ree colors o� plastic covers were evaluated: transparent, black and �ra�, o� 0,0038 cm t�ickness. ��e control treatment was t�e desi�n and plastic cover used b� �armers (�our treatments). We measured temperature and relative �umidit� inside (0,20 and 1,25 m deept�) and outside t�e s�elters durin� 16 da�s, over two measurement periods o� 8 consecutive da�s eac�, in t�ree �arms (replications). seed �umidit� and cookin� time were also evaluated. Reflective plastic materials and the bioclimatic design deployed significantly improved the microclimate wit�in t�e s�elters, and resulted in substantial reductions in cookin� time o� bean seeds in comparison wit� t�e traditional desi�n wit� transparent plastic used b� �armers.

Key words: seed qualit�, s�nt�etic cover materials, bioclimatic desi�n, participative plant breedin�, cookin� time.

issn: 1021-7444 agronomía mesoamericana 20(2):255-262. 2009

256 gU�iérreZ et a�.: SecadoreS bioclimáticoS para frijol

INTRODUCCIÓN

el �rijol común (P�a�eo�u� �u�gari� L.) es la le-�uminosa alimenticia más importante para el consumo �umano directo a nivel mundial, � es cultivado ma-�ormente en mini�undios con pocos insumos, bajo un amplio ran�o de sistemas de producción � ambientes. en los trópicos americanos, el cultivo del �rijol está sujeto a numerosos �actores limitantes de naturale-za biológica, edáfica y climática (Pastor-Corrales y sc�wartz 1994). el �rijol se cultiva ma�ormente bajo la modalidad de a�ricultura dependiente de la lluvia, �recuentemente en terrenos poco ��rtiles, con pen-dientes pronunciadas, donde la de�radación ambiental debida a la erosión �ídrica � eólica es más severa (Bertsc� � monreal 1996).

Los �ranos de �rijol cosec�ados, son además propensos al endurecimiento, particularmente si se reduce su �umedad rápidamente � en condiciones de altas temperaturas, lo que provocan aumentos del tiempo de cocción � reducen la calidad � el precio de los �ranos (mora 1982 � 1989). Breves períodos bajo condiciones inadecuadas de almacenamiento pueden conducir al rápido deterioro de los �ranos del �rijol � otras le�uminosas, antes de que �stos alcancen las re-des de conservación � distribución de alimentos (mora 1982, re�es-moreno et a�. 2000). La domesticación de P. �u�gari� �a incluido la p�rdida de la latencia de los �ranos � el consecuente viviparismo (Bewle� � Black 1994), � aunque la eliminación de la latencia permite la �erminación sincronizada � la reducción del tiempo de cocción, tambi�n puede resultar en la �erminación precoz dentro de las vainas si los �ranos están cerca de su madurez fisiológica, o durante el almacenamiento, si las condiciones de �umedad per-miten la imbibición.

Dadas las limitaciones financieras y ambientales involucradas en la producción de �ranos básicos como el �rijol, es necesario implementar soluciones tecnoló�icas simples � sostenibles, que �aranticen la conservación de la calidad post-cosec�a de los productos lue�o de un costoso � lar�o proceso de producción en el campo. en el caso del �rijol común, el almacenamiento temporal en el campo � el secado inicial de los �ranos son realizados por los a�ricultores con estructuras rústicas (Priag 1996) que causan alta temperatura, rápidas reducciones de la �umedad de los �ranos, alto tiempo de cocción, � p�rdidas

de la calidad, la viabilidad, � el valor nutricional de los mismos. en esta especie, se recomienda la cosec�a cuando el contenido de a�ua de los �ranos está entre 18-20%, su trillado entre 14-15%, � su almacenamiento con 12% de �umedad. sin embar�o, si los �ranos se calientan excesivamente durante el secado, los ries�os de endurecimiento aumentan considerablemente (cia� 1980). mora (1982) �a advertido que la relación entre el contenido de a�ua � el tiempo de cocción de los �rijoles no es única, sino que es a�ectada por varios �actores como la velocidad � la temperatura de secado, � sánc�ez-�rejos (2006) �a señalado tambi�n los e�ectos del tipo � duración del almacenamiento sobre la calidad nutricional del �rijol.

La construcción � el �uncionamiento de secadores solares o de leña, carbón u otros combustibles �ósiles recomendados para el secado de los �rijoles (mora 1981) implican costos energéticos, financieros y am-bientales que los �acen insostenibles en la a�ricultura de subsistencia � en otros a�ro-ecosistemas que operan con pocos insumos externos, en sitios donde la de�ra-dación ambiental �a causado la p�rdida de los recursos renovables locales. en contraposición, las estructuras tradicionalmente empleadas por los a�ricultores para la protección pasiva � el secado controlado de los �ranos en el campo, demuestran principios �undamentales del diseño bioclimático (gwinner et a�. 1996, van Len�en 2004), e inclu�en la reducción de la car�a ener��tica, el uso de materiales aislantes, � la ventilación cruzada.

en este trabajo se evaluó el desempeño de un di-seño pasivo que utiliza el clima natural para el secado � la protección temporal de �rijoles en el campo. se implementó un ambiente prote�ido diseñado con base en principios �ísicos simples � consideraciones biocli-máticas (van Len�en 2004, sta�no � guti�rrez-soto 2005), que además involucró a los a�ricultores en el proceso de diseño e implementación en sus propias fincas. El diseño mejorado utiliza el clima natural para promover la ventilación � el secado, prote�e la cose-c�a de la lluvia � el rocío, � reduce el endurecimiento de los �rijoles � las p�rdidas post-cosec�a. el ambiente protegido modificado introduce un piso permeable elevado y coberturas reflectivas que reducen la carga ener��tica � amorti�uan la temperatura. es además ambientalmente sostenible, duradero, multi-uso, semi-permanente, �ácil de ensamblar, � compuesto en su ma�oría de materiales naturales � sint�ticos reutiliza-bles � de bajo costo.


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MATERIALES Y MÉTODOS

Sitio del estudio y condiciones agroclimáticas

La investi�ación se llevó a cabo durante la estación lluviosa del año 2007, en fincas de productores ubica-das en Veracruz (9 º 06’ n�� 83 º 32’ o, 539 m), Las De-licias de Pejiba�e, P�rez Zeledón (09º 06’ n�� 83º 31’ o�� 662 m), � concepción de Pilas, Buenos aires (09º 05’ n�� 83º 29’�� 706 m), costa rica. estas comunida-des se destacan por su importancia en la producción de �rijol, maíz � �anado en la re�ión Brunca de costa rica. cerca del 100% de los productores cultivan �ra-nos básicos en sus sistemas de producción, en fincas menores a 5 �a � ubicadas en terrenos con pendientes pronunciadas. en la zona �abitan 400 a�ricultores � sus �amilias, que siembran aproximadamente 2.000 �a de �rijol, 730 �a de maíz, � 300 �a de arroz (ara�a � Hernández 2006). Los suelos son ultisoles de baja �ertilidad en su ma�oría. el área cultivada promedio es 1-5, 2 � 0,2 �a de �rijol, maíz � arroz, respectivamente. el sistema de siembra del �rijol es a espeque, con den-sidades de 150.000-160.000 plantas/�a. sobresale el uso de diversas variedades de �rijol simultáneamente, tanto variedades rojas como ne�ras, aunque la ma�oría de las áreas sembradas están dedicadas a la producción de cultivares de �rano rojo.

El clima se clasifica como tropical lluvioso, e inclu�e las zonas de vida del bosque mu� �úmedo tropical en terrenos altos, bosque �úmedo tropical en los terrenos más bajos, � bosque �úmedo tropical de transición a seco al pie de la Fila costeña. La precipi-tación promedio anual es 1.700-1.800 mm, con esta-ciones lluviosa (abril a noviembre) � seca (diciembre a marzo) bien definidas. Se presenta una disminución en la precipitación a mediados de julio, aprovec�ada por los productores para realizar la cosec�a del �rijol. La temperatura promedio es de 22-23 °c, con temperatu-ras máximas de 28 °c � mínimas de 18 °c. La �ron-tera a�rícola en esta zona �a desplazado los parc�es boscosos a distancias considerables, lo que �a causado cambios climáticos locales � la carencia de materiales para la construcción (ara�a � Hernández 2006).

Diseño

el ambiente prote�ido mejorado es consistente con los principios estructurales � �uncionales encontrados

en los diseños tradicionales, que utilizan los recursos naturales para la solución de sus problemas cotidianos (Fi�ura 1). Las mejoras partieron del examen crítico de las estructuras construidas por los a�ricultores, conocidas popularmente como “ranc�os” (Priag 1996), � su mejoramiento a trav�s de la manipulación del balance de energía y la utilización de las propiedades reflectivas de los materiales (Fi�ura 2) (Brown � DeKa� 2001). el diseño evaluado posee est�tica � estructura conceptual moderna (seale � Wol�e 1981), e inclu�ó materiales locales de bajo costo. La ventilación cruzada �ue mejorada mediante la elevación del piso � la eliminación de las paredes laterales. La adaptabilidad del modelo propuesto a relieves irre�ulares � la �acilidad para su instalación � remoción �ueron evaluadas en pruebas preliminares realizadas en la estación experimental Fabio Baudrit en alajuela.

en el campo, se cosec�aron plantas de �rijol de la variedad cab�car de color rojo claro (rosas et a�.

Figura 1. Principios estructurales � �uncionales involucrados en el diseño de ambientes prote�idos construidos por los aborí�enes mesoamericanos, que inclu�en alta diversidad arquitectónica, la manipulación del balance de ener�ía, el levantamiento de las estruc-turas sobre el suelo, la ventilación cruzada, � el uso de materiales aislantes biode�radables, local-mente disponibles como barro � zacate. Jardines de la Universidad de c�apin�o, m�xico. 2004.



2004). Las plantas cosec�adas permanecieron en el campo por dos a tres días para reducir su contenido de �umedad, � lue�o se depositaron en �orma de montí-culos (“motetes”) de aproximadamente 6 x 7 m � 2,25 m altura, dentro de los ambientes prote�idos (Fi�ura 2). Los montículos o motetes se cubrieron con plástico transparente, ne�ro o �ris, de 0,0038 cm (1,50 mil�si-mas de pul�ada) de �rosor, � se compararon con los “ranc�os” construidos por los a�ricultores, que solo utilizan plástico transparente.

Mediciones ambientales

se emplearon HoBos (onset, modelo H08-004-02) pro�ramados para re�istrar la temperatura � la �umedad relativa del aire en el exterior � en el interior, � almacenar promedios de intervalos de 10 minutos, en dos localizaciones dentro de los motetes de �rijo-les. Las mediciones superficiales y profundas fueron realizadas a 0,20 � 1,25 m dentro de los motetes, res-pectivamente, durante un total de 16 días, resultado de dos períodos de mediciones de oc�o días consecutivos cada uno, obtenidos en dos fincas.

Humedad y tiempo de cocción de los granos

Las mediciones del contenido de �umedad de los �ranos se realizaron en el campo con un determinador de �umedad de �ranos (seedburo 1200 series), � el tiempo de cocción se determinó en el Laboratorio de calidad a�rícola del consejo nacional de Producción de costa rica, se�ún Decreto no. 32149 meic-s-mag, publicado en la gaceta no. 3 del mi�rcoles 5 de enero del 2005, análisis e�ectuado a una altitud de 1.000 a 1.250 msnm.

Estadística

se realizaron comparaciones de las medias de la temperatura, la �umedad relativa, � la calidad de los �ranos entre los tratamientos. se aplicaron análisis de varianza y pruebas de significancia utilizando la prue-ba de �ucke� para separar las medias (statistica 6.0, statso�t inc., 2001). se utilizó ms excel para producir las re�resiones entre la temperatura, el contenido de �umedad � el tiempo de cocción de los �ranos.

Figura 2. Diseño mejorado obtenido mediante m�todos participativos implementados en talleres � en las fincas de los agricultores. 1, 2 y 3) soportes para el levantamiento de la estructura por encima del suelo (0,25-0,50 m) compuestos por materiales livianos como tubos plásticos o bambú, � un piso de 6 X 7 m constituido por materiales ve�etales como rastrojos secos u �ojas de palmas. 4) mon-tículos (“motetes”) �ormados por plantas de �rijol reci�n cosec�adas. 5) estructura de sost�n para la cobertura de los montículos, compuesta de tubos plásticos o bambú, de aproximadamente 2,5 m de altura. 6) coberturas de plástico transparente o ma-teriales reflectivos, respectivamente. 7) “ranchos” instalados en el campo por los a�ricultores, en contraposición con el diseño bioclimático mejora-do, respectivmente. P�rez Zeledón � Buenos aires, Puntarenas, costa rica. 2007.



RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las mediciones mostraron que se �eneran pro-nunciados �radientes de temperatura en el interior de los montículos, con una clara di�erenciación entre la superficie y el interior de los mismos, particularmente alrededor del medio día. La temperatura durante el transcurso del día fue superior en las capas superficia-les de los montículos, que experimentaron temperatu-ras máximas de más de 50 oc, � las de ma�or pro�un-didad, que alcanzaron temperaturas máximas menores a los 30 oc (Fi�ura 3). Las ma�ores temperaturas se re�istraron dentro de las estructuras implementadas por los a�ricultores � en los ambientes prote�idos construidos con plástico transparente, que superaron la temperatura exterior. en contraste, los diseños mejorados construidos con plásticos ne�ro � �ris ex-perimentaron temperaturas más moderadas (29,15 �

30,55 oc, respectivamente). Los valores promedio de temperatura máxima, mínima y media fueron signifi-cativamente superiores (p ≤ 0,05 %) en el interior de los ambientes prote�idos construidos por los a�ricul-tores, con cobertura transparente, � en el exterior, que en los ambientes prote�idos construidos con plástico ne�ro � �ris (Fi�ura 4).

La �umedad relativa se mantuvo cerca del 100 % durante la noc�e en todos los tratamientos, pero permaneció alta (ma�or al 90 %) durante el día sólo en los ambientes prote�idos construidos con plástico ne�ro � �ris (Fi�ura 3). Las estructuras construidas por los a�ricultores � los ambientes prote�idos con plástico transparente experimentaron reducciones marcadas de la �umedad del aire durante el día, que probablemente contribu�eron a la rápida des�idratación del material ve�etal almacenado. La �umedad relativa decreció a lo lar�o del día con�orme la temperatura del aire aumentó,

Figura 3. condiciones de temperatura � �umedad relativa medidas durante un día repre-sentativo en el interior de ambientes prote�idos bioclimáticos construidos con coberturas plásticas de di�erentes colores, en relación con la construcción del a�ricultor � el ambiente externo, � en dos posiciones en el interior de los montí-culos de material vegetal almacenado. Las mediciones superficiales y profundas se realizaron a 0,20 � 1,25 m dentro de los montículos, respectivamente. Los trazos rojo, amarillo, azul, ne�ro � �ris corresponden al exterior, los “ranc�os” de los a�ricultores, � los ambientes bioclimáticos construidos con plástico transparente, ne�ro � �ris, respectivamente. P�rez Zeledón � Buenos aires, Puntarenas, costa rica. 2007.

Horas del día Horas del día



por lo que la p�rdida de �umedad de los �ranos �ue ma�or en los ambientes prote�idos que experimentaron las ma�ores temperaturas. estas reducciones en la �umedad del aire �ueron muc�o más marcadas en la superficie donde la humedad decreció hasta 30 %, que en el interior de los motetes donde la �umedad alcanzó el 50 %, � �ue más pronunciada en las construcciones de los a�ricultores (Fi�ura 3). La �umedad relativa máxima no varió significativamente (p ≤ 0,05%) entre los tratamientos � diseños examinados (Fi�ura 5), pero los valores promedio � mínimos �ueron

significativamente menores (p ≤ 0,05%) en el exterior, en el interior de los diseños del a�ricultor � en las estructuras construidas con plástico transparente, tanto en la superficie como en el interior de los montículos. Los ambientes prote�idos construidos con plástico ne�ro � �ris mostraron menores reducciones de la �umedad relativa durante el día, debido al menor calentamiento experimentado en el interior de los mismos.

se observó una relación inversa entre el conteni-do de �umedad de las �ranos � el tiempo de cocción (Fi�ura 6a). esta relación �ue mediada por las altas

Figura 4. �emperatura máxima, promedio � mínima en el interior de los montículos de �rijoles almacenados en ambientes prote�idos con coberturas plásticas de di�erentes colores, en relación con el ambien-te externo, � en dos posiciones en el interior de los montículos. Las mediciones superficiales y pro�undas se realizaron a 0,20 � 1,25 m dentro de los montículos de �rijoles, respectivamente. cada valor es el promedio ± es de 16 días de obser-vaciones. Letras di�erentes indican di�erencias significativas entre los tratamientos. Pérez Zeledón � Buenos aires, Puntarenas, costa rica. 2007.

Figura 5. Humedad relativa en el interior de montículos de �rijoles almacenados en ambientes prote�idos con coberturas plásticas de di�erentes colores, en rela-ción con el ambiente externo, � en dos posiciones en el interior del material ve�etal almacenado. Las mediciones superficiales y profundas se realizaron a 0,25 � 1,25 m dentro de los montículos de �rijo-les, respectivamente. cada valor es el promedio ± es de 16 días de observaciones. Letras di�erentes indican diferencias significativas entre los trata-mientos. P�rez Zeledón � Buenos aires, Puntare-nas, costa rica. 2007.



temperaturas experimentadas por los �rijoles durante el almacenamiento (Fi�ura 6B) � las reducciones rápi-das � sustanciales en el contenido de �umedad de los mismos (Fi�ura 6c).

estos resultados indican que períodos cortos de exposición a alta temperatura � reducida �umedad pueden resultar en el endurecimiento de los �ranos � en incrementos del tiempo de cocción. La in�ormación disponible indica que en el �rijol común � otras le�u-minosas de �rano, el endurecimiento es un �enómeno complejo que implica la cubierta seminal, las paredes celulares � los carbo�idratos contenidos en di�erentes partes de las semillas (de León et a�. 1989, re�es-mo-reno � Paredes-López 1993, re�es-moreno et a�. 2000, s�i�a et a�. 2004, stanle� et a�. 2007), � es evidente la necesidad de diseñar prácticas que contribu�an a la solución de este problema, en di�erentes eslabones de la cadena de producción � distribución del �rijol.

Las modificaciones introducidas en el diseño empleado por los a�ricultores mejoraron el �unciona-miento de los ambientes prote�idos, aunque mejorías adicionales pueden obtenerse a trav�s de la selección de los materiales � los colores de las cubiertas que componen el tec�o. investi�aciones �uturas deben de-terminar: a) el tiempo máximo de permanencia de los �ranos en el campo antes de que se detecten aumentos significativos en el tiempo de cocción, b) la manipula-ción del balance de energía con otros materiales reflec-tivos utilizados en las coberturas, biode�radables � de mayor duración, c) el grosor de la capa superficial de los montículos o “motetes”, donde el endurecimiento de los �rijoles es más severo, � d) la e�ectividad del uso de materiales ve�etales inertes como coberturas sobre los montículos, para reducir el �rosor de la capa superficial o eliminarla completamente. La instalación de dos o tres protectores bioclimáticos por �ectárea, dependiendo de la cosec�a, es necesaria para proveer protección a los �ranos cosec�ados � preservar su cali-dad durante el almacenamiento temporal en el campo.

La modalidad de diseño participativo implemen-tada pone de manifiesto la importancia de recuperar las t�cnicas tradicionales de la extensión a�rícola basadas en el conocimiento del contexto socioló�ico de las

Figura 6. e�ecto de la temperatura de los montículos de �ri-joles sobre el contenido de �umedad � el tiempo de cocción de los �ranos almacenados en ambientes prote�idos de di�erentes colores durante oc�o días en el campo. cada valor es el promedio ± es de 16 observaciones. Los símbolos representan los tratamientos: °agricultor, superficie; l a�ricultor, interior�� ∏transparente, superficie; ♦ transparen-te, interior�� nne�ro, interior�� onegro, superficie; q�ris, interior�� s gris, superficie. 2007.



comunidades rurales (ara�a � Hernández 2006). es tambi�n necesario promover el conocimiento de los principios básicos de la in�eniería rural (van Len�en 2004) � aplicarlos en el diseño de estructuras a�rícolas bioclimáticas � sostenibles como establos, porqueri-zas, �allineros � silos, entre otros.

AGRADECIMIENTOS

se a�radece a los a�ricultores orlando garcía, Francisco Ve�a � marvin mora por �acilitar el trabajo en sus fincas, a Julio Vega y José Miguel Araya por su contribución al diseño e instalación en el campo, a adrián López por su a�uda en la realización del ensa�o, a Álvaro c�aves � maría Barrantes de la Dirección de calidad a�rícola del consejo nacional de Producción, por los datos del tiempo de cocción, a Julio arias por su colaboración en el análisis estadístico, � al Pro�ecto de granos Básicos UPiaV - reconversión Productiva por el financiamiento parcial de este estudio.

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