Diseño y fabricación de secador solar de túnel tipo Hohenheim modificado para secado de almidón...

Diseño y fabricación de secador solar de túnel tipo Hohenheim modificado para

secado de almidón de sagú

Universidad de los Andes

Departamento de Ingeniería Mecánica

2012

Carlos Armando De Castro Orlando Porras Rey

1. Introducción

SPA2012 - Carlos Armando De Castro, Orlando Porras Rey - Universidad de los Andes 25/10/2012

• Contexto: programa OPEN de la Cámara de Comercio de Bogotá para la transferencia de tecnología de soluciones con energías renovables.

1. Introducción


1. Introducción


• Objetivo: acelerar el proceso de secado del almidón de sagú.

• Mejorar la calidad del producto final.

• Transferir tecnología reproducible con los medios disponibles a pequeños productores.

2. Materiales y métodos

• Diseño basado en el secador tipo túnel de Hohenheim, modificado con una chimenea para inducir flujo natural.

• Modelo matemático para calcular comportamiento del secador.

• Se construyó un prototipo en acero para pruebas de comportamiento y uno final en madera con ventiladores accionados por paneles fotovoltaicos.




0,0000

0,0500

0,1000

0,1500

0,2000

0,2500

0,3000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Hu

me

dad

de

eq

uili

bri

o (

bs)

Actividad del agua

Isotermas de desorción almidón de sagú

5°C

30°C

45°C

Ref: Tesis Pedro Moreno



Ref: Tesis Pedro Moreno

• La temperatura del almidón no debe superar 62°C cuando está húmedo para evitar gelatinización.


• Secador Hohenheim modificado:




• Modelo físico:



• Modelo matemático:

𝑑𝑇𝑓

𝑑𝑥=

2ℎ𝑐𝜌𝑓𝑢𝑦𝑐𝑝

− 1 +2𝑙

𝑤𝑇𝑓 + 𝑇𝑝 +

2𝑙

𝑤𝑇𝑐

𝜏𝛼 𝐼 + ℎ𝑐 𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑝 + ℎ𝑟𝑝𝑐 𝑇𝑐 − 𝑇𝑝 + ℎ𝑟𝑝𝑠 𝑇𝑠 − 𝑇𝑝 = 0

𝛼𝑐𝐼 + ℎ𝑐 𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑐 + ℎ𝑟𝑐𝑝 𝑇𝑝 − 𝑇𝑐 + ℎ𝑟𝑐𝑠 𝑇𝑠 − 𝑇𝑐 + ℎ𝑤 𝑇𝑎 − 𝑇𝑐 = 0



• Modelo matemático:

𝑇𝑓𝑜 =𝑇𝑝 + 2𝑙/𝑤 𝑇𝑐

1 + 2𝑙/𝑤+ 𝑇𝑎 −

𝑇𝑝 + 2𝑙/𝑤 𝑇𝑐

1 + 2𝑙/𝑤exp −

2ℎ𝑐𝐿𝑐𝜌𝑓𝑢𝑦𝑐𝑝

1 +2𝑙

𝑤



• Prototipo 1:

Construcción en acero para pruebas de concepto.



• Prototipo 2:

Hecho en madera, se adicionaron ventiladores acciones por paneles fotovoltaicos que se encontraban en la misma finca para otro equipo.

Construcción: Arq. Germán Pardo



• Mediciones de temperatura y humedad relativa del aire hechas con HOBO.

• Radiación solar medida con piranómetro Eppley.



• Medición humedad almidón:

Equipo utilizado: Precisa XM120-HR Precisión equipo: 0.0001 g Tamaño de cada muestra: 0.90 +- 0.05 g Temperatura secado: 110°C Tiempo aprox. de secado: 5.5 min

3. Resultados


• Para el primer prototipo del secador hecho en acero se midieron las temperaturas y la radiación solar con el objetivo de observar la influencia en el potencial de secado. Con eso se hizo el secador definitivo en el cual se midió la humedad de dos tandas de producto comparando con el método tradicional utilizado.

3. Resultados


Cálculos

3. Resultados


y = 0,0449x + 26,945 R² = 0,97

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tem

p. p

laca

(°C

)

Radiación (W/m^2)

Tp vs Rad

Linear (Tp vs Rad)

Prototipo 1 – Prueba 1

3. Resultados


0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

0 20 40 60 80 100 120

Rad

iaci

ón

so

lar

[W/m

^2]

Tiempo [min]

Radiación


3. Resultados


20,0

22,0

24,0

26,0

28,0

30,0

32,0

34,0

36,0

0 20 40 60 80 100 120

Tem

pe

ratu

ra [

°C]

Tiempo [min]

Colector

Salida

Ambiental


3. Resultados


0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0 20 40 60 80 100 120

Hu

me

dad

re

lati

va [

%]

Tiempo [min]

Colector

Salida

Ambiental


3. Resultados


15,0%

20,0%

25,0%

30,0%

35,0%

Hu

me

dad

bas

e h

úm

ed

a

Fecha y hora muestra

Secador solar

Tradicional


3. Resultados


18,0%

20,0%

22,0%

24,0%

26,0%

28,0%

30,0%

10/03/2012 06:00 11/03/2012 06:00 12/03/2012 06:00

Hu

me

dad

bas

e h

úm

ed

a

Fecha y hora muestra

Secador solar

Tradicional


3. Resultados



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Hu

me

dad

bas

e h

úm

ed

a

Días de secado

Humedad almidón capa sup.

Datos: Edwin Gómez

3. Resultados



10

15

20

25

30

35

40

45

50

7:1

2 a

.m.

12

:00

p.m

.

4:4

8 p

.m.

9:3

6 p

.m.

2:2

4 a

.m.

7:1

2 a

.m.

12

:00

p.m

.

4:4

8 p

.m.

9:3

6 p

.m.

2:2

4 a

.m.

7:1

2 a

.m.

12

:00

p.m

.

4:4

8 p

.m.

9:3

6 p

.m.

2:2

4 a

.m.

7:1

2 a

.m.

12

:00

p.m

.

4:4

8 p

.m.

9:3

6 p

.m.

T [°

C]

Hora

Temperaturas

Ambiente

Salida Colector

Inicio Chimenea

Datos: Edwin Gómez

3. Resultados



20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

7:1

2 a

.m.

12

:00

p.m

.

4:4

8 p

.m.

9:3

6 p

.m.

2:2

4 a

.m.

7:1

2 a

.m.

12

:00

p.m

.

4:4

8 p

.m.

9:3

6 p

.m.

2:2

4 a

.m.

7:1

2 a

.m.

12

:00

p.m

.

4:4

8 p

.m.

9:3

6 p

.m.

2:2

4 a

.m.

7:1

2 a

.m.

12

:00

p.m

.

4:4

8 p

.m.

9:3

6 p

.m.

HR

[%

]

Hora

Humedad relativa

Ambiente

Salida Colector

Inicio Chimenea

Datos: Edwin Gómez

4. Conclusiones


• El secador desarrollado muestra una mejora sustancial respecto al método tradicional de secado del almidón, llegando al mismo valor de humedad del método tradicional en 25% menos del tiempo, y con humedad final en base húmeda de 25% en el método tradicional y 18% con el secador solar nuevo.

• Estos resultados muestran que la aplicación de los métodos de diseño y las tecnologías de secado solar ayudan a los procesos productivos del campo colombiano y tienen un amplio margen de aplicación. En particular, estos secadores son replicables por parte de los productores campesinos y no necesitan mano de obra calificada para ser construidos, por lo que la tecnología está al alcance de todos.

Referencias

Libro: • BALA, B.K. Solar Drying Systems: Simulations and Optimization.

Udaipur, India. Agrotech Publishing Academy. 1998. • R. CORVALAN, M. HORN, R. ROMAN, L. SARAVIA

(editores). Ingeniería del secado solar. CYTED-D. Tesis Pregrado, Maestría o Doctorado

• MORENO, P. Transferencia de tecnología de secado solar a

productores de almidón de sagú en la región de Pasca, Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Proyecto de Grado, 2010


Contacto autores:

• Ing. Carlos Armando De Castro

[email protected]

Cel: 312 636 9880

• Ing. Orlando Porras, Dr. Sc.

[email protected]


mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Diseño y fabricación de secador solar de túnel tipo Hohenheim modificado para secado de almidón...

Documents

Transcript of Diseño y fabricación de secador solar de túnel tipo Hohenheim modificado para secado de almidón...