Manual secador solar metálico

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1 COLOMBIA: Promoción de Oportunidades de Mercado para Energías Limpias y Eficiencia Energética Cooperación Técnica No Reembolsable ATN/ME-11056-CO MANUAL DE CONSTRUCCIÓN Y USO Secador solar de túnel tipo Hohenheim para almidón de sagú o achira (versión metálica) Universidad de Los Andes Departamento de Ingeniería Mecánica Bogotá, abril de 2012

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Manual sobre cómo construir y usar un secador solar metálico.

Transcript of Manual secador solar metálico

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    COLOMBIA: Promocin de Oportunidades de Mercado para Energas Limpias y Eficiencia Energtica

    Cooperacin Tcnica No Reembolsable ATN/ME-11056-CO

    MANUAL DE CONSTRUCCIN Y USO

    Secador solar de tnel tipo Hohenheim para almidn de sag o achira (versin metlica)

    Universidad de Los Andes

    Departamento de Ingeniera Mecnica

    Bogot, abril de 2012

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    Tabla de contenido

    1 Declaracin de responsabilidad ..................................................................... 5 2 Introduccin ................................................................................................... 7 3 Descripcin general ....................................................................................... 9 4 Materiales y herramientas ........................................................................... 11 5 Proceso de manufactura y ensamble .......................................................... 13

    5.1 Manufactura de partes .......................................................................... 13 5.2 Ensamble .............................................................................................. 15

    6 Instrucciones de uso y mantenimiento ........................................................ 19 7 Planos .......................................................................................................... 21 8 Fotografas de la fabricacin y ensamble .................................................... 27

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    1 Declaracin de responsabilidad

    En la preparacin de este manual se han tomado todas las precauciones razonables. Sin embargo, ni el autor ni la Universidad de Los Andes asumirn responsabilidades por errores u omisiones en la informacin contenida aqu o por daos o perjuicios que resulten de su uso. Se cree que la informacin presentada es precisa pero no hay garanta total al respecto. Use esta informacin bajo su riesgo y responsabilidad.

    Sus comentarios o inquietudes sobre este manual son de nuestro inters. Por favor comunquelos a:

    Prof. Orlando Porras [email protected] Departamento de Ingeniera Mecnica Universidad de los Andes Cra. 1 este No. 19A-40 Of. ML-441 Bogot, Colombia

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    2 Introduccin

    La Cmara de Comercio de Bogot -CCB suscribi el convenio ATN/ME-11056 con el Banco Interamericano de Desarrollo en su calidad de Administrador del Fondo Multilateral de Inversiones (BID-FOMIN), el cual tiene por objeto la Promocin de Oportunidades de Mercado en Energas Limpias y Eficiencia Energtica, denominado OPEN.

    La CCB design a la Direccin de su filial Corporacin Ambiental Empresarial-CAEM como Coordinadora Institucional del Proyecto para supervisar la ejecucin de las actividades.

    Como parte del componente de apoyo a iniciativas concretas, se contempla el desarrollo de soluciones tecnolgicas en energas limpias. Esta iniciativa establece el desarrollo de un proyecto demostrativo en un PyME.

    Como resultado del proyecto denominado Mejoramiento Tecnolgico con Asistencia Solar en la Extraccin del Almidn de Sag, el Departamento de Ingeniera Mecnica de la Universidad de Los Andes desarroll un modelo de secador solar de tnel tipo Hohenheim. El sistema fue puesto en funcionamiento en la vereda Guchipas del municipio de Pasca en el departamento de Cundinamarca. Este documento es un manual para su construccin y uso.

    Aunque este equipo fue diseado especialmente para el secado de almidn de sag, podra usarse para secar muchos otros productos de la finca. Averige por la preparacin requerida para el secado de otros productos ya que pueden ser necesarios tratamientos previos como blanqueado en agua hirviendo, corte en pedazos pequeos e incluso el uso algunas sustancias para evitar la descomposicin del material.

    Este secador tiene una estructura metlica. Existe un manual similar para un secador hecho mayormente con madera en caso que considere ms apropiado ese material.

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    3 Descripcin general

    El secador solar de tnel tipo Hohenheim es un equipo para mejorar el proceso de secado de productos agropecuarios sin utilizar ms energa que la radiacin solar, disponible en todos los lugares del planeta (Figura 1).

    Figura 1 Secador solar de tnel tipo Hohenheim

    Este secador tiene un diseo sencillo, un costo de construccin bajo, un fcil uso y, sobre todo, una alta efectividad.

    El nombre Hohenheim proviene de la universidad alemana ubicada en Stuttgart donde el secador fue concebido originalmente en su Departamento de Ingeniera Agrcola. Este secador ha sido adaptado, construido y utilizado en diversas partes del mundo con bastante xito.

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    El funcionamiento es simple: una superficie colectora metlica oscura (una teja) absorbe la radiacin solar que cruza a travs de la cubierta (el plstico de invernadero). La superficie colectora, que se calienta bastante1, hace aumentar la temperatura del aire que se encuentra sobre ella. El aire caliente se mueve naturalmente a travs del tnel o pasaje que forma la cubierta con la plataforma del secador pasando sobre el producto y secndolo poco a poco. El aire hmedo sale por la chimenea ubicada en la parte posterior del secador mientras que el aire se renueva con aire ambiente que ingresa por la entrada frontal que se encuentra cerca a la superficie colectora. Este proceso se mantiene mientras que haya radiacin solar. La combinacin del movimiento del aire y su alta temperatura2 aceleran el proceso de secado de tal forma que es mucho ms rpido que a cielo abierto o dentro de invernaderos con ventilacin deficiente.

    Este manual ilustra, paso a paso, la construccin y uso del secador solar con dimensiones generales de 0.85 m de ancho por 6 m de largo.

    1 Puede llegar a temperaturas cercanas a 100C fcilmente.

    2 El aire puede alcanzar temperaturas de 50C cuando la radiacin solar es intensa.

    2 El aire puede alcanzar temperaturas de 50C cuando la radiacin solar es intensa.

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    4 Materiales y herramientas

    Los materiales necesarios para construir el secador se presentan en la Tabla 1. Estos materiales se encuentran normalmente en las ferreteras y almacenes agrcolas en cualquier sitio de Colombia. El costo estimado de esta lista de materiales a febrero de 2012 es de $750,000.

    Tabla 1 Lista de materiales

    Cantidad Descripcin Medida 1 Teja de zinc 2.14 m X 0.85 m 16 Tee de 1/2 pulg PVC - 4 Tubo PVC 1/2 pulg 3 m 1 Pelcula polietileno (Agrolene UV Invernadero) 6 m X 4 m 2 Perfil L acero de 50 mm de lado y 1/8 de pulg espesor 6 m 3 Tubo rectangular 50 mm X 25 mm calibre 20 6 m 3 Platina acero 1 pulg ancho espesor 1/8 pulg 6 m 1 Washprimer 1/4 gal 1 Pintura negro mate 1/4 gal 1 Pintxido 1 gal 1 Anticorrosivo 1/4 gal 1 Esmalte verde oliva 1/4 gal 8 Tabla pino 3.9 m X 0.15 m espesor 18.5 mm - 40 Tornillo 3/8 X 2 1/2 pulg - 1 Anjeo plstico fino 1 m2 1 Cinta pegante Rollo

    La siguiente es la lista de herramientas necesarias para realizar la manufactura del secador. Estas herramientas son bsicas y fciles de conseguir en cualquier lugar de Colombia.

    1. Taladro manual (mandril 3/8) 2. Brocas para metal (3/8) 3. Destornilladores 4. Llaves fijas 5. Martillo 6. Segueta 7. Serrucho o sierra circular

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    8. Equipo de soldadura elctrica y electrodos 9. Dobladora de tubera

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    5 Proceso de manufactura y ensamble

    5.1 Manufactura de partes

    La manufactura del secador solar ha sido pensada para minimizar el trabajo y el desperdicio de materiales. Aqu estn los pasos a seguir para preparar los elementos necesarios para el posterior ensamble:

    1. Cortar ocho (8) segmentos de tubo rectangular de acero de 1.075 m de largo. Estos sern las patas de los marcos de la estructura (Figura 2).

    2. Cortar cuatro (4) segmentos de tubo rectangular de acero de 0.85 m de largo. Estos sern los travesaos de los marcos de la estructura (Figura 2).

    3. Cortar dos (2) segmentos de tubo rectangular de acero de 1.5 m de largo. Estos sern las partes curvas de la estructura de la chimenea (Figura 3).

    4. Cortar seis (6) segmentos de perfil en L de acero de 2.0 m de largo. Estos sern los largueros del secador (Figura 4).

    5. Cortar seis (6) segmentos de platina de 2.20 de largo. Estos sern las diagonales o riostras de la estructura (Figura 5).

    6. Soldar los marcos con soldadura elctrica como se indica en el plano al final de este manual en la seccin 7 (Figura 2).

    7. Taladrar con broca para metal de 3/8 de pulgada los agujeros de los marcos y los perfiles en L como se indica en los planos de la seccin 0.

    8. Curvar a 1 m de radio los dos tubos rectangulares de 1.5 m de longitud de la estructura de la chimenea como se indica en los planos de la seccin 0 (Figura 3).

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    Figura 2 Marco en forma de H armado mediante soldadura.

    9. Soldar los tubos rectangulares de la estructura de la chimenea a un marco de la estructura que ser el extremo de salida del secador (Figura 3). Ver planos en la seccin 0 de este manual.

    Figura 3 Perfiles curvos para la chimenea en el ltimo marco.

    10. Limpiar con pintxido las partes metlicas y dejar secar. Luego pintar con anticorrosivo y dejar secar por ocho (8) horas. Finalmente pintar con esmalte y dejar secar. Esto es necesario para proteger la estructura del

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    deterioro, especialmente la corrosin, que se produce cuando se expone el metal directamente a la intemperie.

    11. Limpiar la teja de zinc por un lado con el washprimer y dejar secar. 12. Pintar la teja de zinc por el mismo lado con pintura negro mate. El negro

    mate produce mejores resultados que el acabado brillante pues la radiacin solar se absorbe mejor.

    13. Cortar las tablas de madera a 80 cm de largo. Estas conformarn el tablado que soporta la placa colectora y el material en el secador (Figura 7).

    14. Cortar los tubos de PVC a las siguientes longitudes: tres (3) cortes de 2 m, cuatro (4) cortes de 25 cm, seis (6) cortes de 20 cm y dos (2) cortes de 40 cm.

    5.2 Ensamble

    Para ensamblar el secador, deben realizarse los siguientes pasos en el orden indicado:

    1. Disponer de un terreno de por los menos 2 m x 8 m nivelado, preferiblemente de tal forma que el largo quede orientado en la direccin norte-sur donde no haya obstculos naturales, construcciones, etc. que puedan hacer sombra sobre el secador, especialmente en la parte delantera donde se encuentra la teja de zinc que servir de superficie colectora.

    2. Fijar con tornillos las platinas de 0.9 m a las patas de los marcos soldados como se observa en la parte inferior de la Figura 4 donde el travesao da rigidez a la estructura.

    3. Fijar con tornillos los perfiles L sobre los marcos (Figura 4). 4. Taladrar los ageros de 3/8 en la parte superior lateral de las patas del

    marco para sujetar las platinas diagonales. 5. Fijar con tornillos la parte superior de las platinas diagonales una vez estn

    conectados todos los marcos con los perfiles L (Figura 5). 6. Taladrar agujeros de 3/8 en la parte inferior de las patas del marco para

    sujetar las platinas diagonales. Conviene hacer estos agujeros durante el ensamblaje del secador para evitar los problemas de ajuste asociados a pequeos errores en las dimensiones de los elementos metlicos o en la posicin de los agujeros.

    7. Fijar con tornillos la parte inferior de las platinas diagonales. 8. Los pasos 4 a 7 se repiten para el otro costado de la estructura para

    terminar como se indica en la Figura 6. Obsrvese que las diagonales de un costado van cruzadas con respecto a las del otro costado.

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    Figura 4 Posicin de los perfiles en L sobre los marcos para atornillar.

    Figura 5 Platinas diagonales para reforzar la estructura

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    Figura 6 Estructura completamente armada. Las diagonales de un lado y otro del secador

    van cruzadas.

    9. Colocar las tablas de madera entre los largueros (perfiles L) formando un tablado tupido (Figura 7).

    Figura 7 Tablado de madera colocado sobre la estructura metlica.

    10. Sobre el tablado, en la parte opuesta a la chimenea colocar la teja con la parte pintada mirando hacia arriba (Figura 8).

    11. Armar la estructura de soporte de la cubierta como se muestra en la Figura 8 con la tubera y los accesorios de PVC. Esta estructura permite variar la

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    altura de la cubierta para mejorar la ventilacin y/o controlar la temperatura del aire cuando el producto a secar es delicado.

    Figura 8 Estructura en PVC para sostener la cubierta.

    12. Colocar la pelcula (plstico de invernadero) sobre la estructura de PVC. De un lado el plstico puede sujetarse pasndolo por debajo del tablado. Para el otro costado, que es el acceso al secador, se colocar un plomo al plstico para mantenerlo templado. Para esto puede usarse tambin un tubo de PVC de 2 de dimetro sobre el que se enrolla el plstico y luego anclarlo con ayuda de unos ganchos hechos de lmina metlica.

    13. Armar la chimenea envolviendo la estructura metlica con plstico de invernadero para formar un ducto que da continuidad a la cubierta sobre el tablado. No deben quedar espacios abiertos o huecos.

    14. Colocar el soporte para el producto sobre el tablado. Esto puede ser bandejas metlicas, lonas plsticas, etc.

    15. Instalar anjeos plsticos a la entrada del secador y salida de la chimenea para evitar que insectos y pjaros puedan entrar y contaminen el producto.

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    6 Instrucciones de uso y mantenimiento

    El uso del secador es simple. Slo debe abrir la cubierta plstica del lado que no est fijo para colocar el almidn sobre el tablado en bandejas o lonas. Se recomienda depositar capas de mximo 5 cm de espesor. Luego debe cerrar la cubierta dejando todos los espacios completamente cerrados para que el aire se mueva solamente desde la entrada del secador, frente a la superficie colectora, hasta la salida de la chimenea.

    El secador opera tanto en das soleados como en das de lluvia sin necesidad de preocuparse por mover el material del secador.

    Este secador seca ms rpidamente que el mtodo a cielo abierto. Sin embargo su funcionamiento depende de la radiacin solar disponible en el lugar durante el tiempo de secado. Por lo tanto debe inspeccionar el contenido de humedad del material a diario para establecer el tiempo justo de secado para un producto particular.

    Se recomienda limpiar con un trapo hmedo, sin jabn, tanto la placa colectora como la cubierta cada quince das de tal forma que la efectividad del secador se mantenga. Debe inspeccionarse cada dos meses el estado de la pintura para corregir cualquier punto de corrosin que pudiera deteriorar la estructura metlica.

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    7 Planos

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    8 Fotografas de la fabricacin y ensamble

    Figura 9 Corte de los perfiles en L

    Figura 10 Tubera rectangular cortada para hacer el marco

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    Figura 11 Taladrado de agujeros en los perfiles en L.

    Figura 12 Ensamble de la estructura metlica.

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    Figura 13 Tablado sobre la estructura metlica.

    Figura 14 Travesaos inferiores de los marcos metlicos.

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    Figura 15 Arriostramiento de la estructura con las platinas diagonales.

    Figura 16 Pintura negra sobre la teja de zinc.

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    Figura 17 Colocacin de la teja de zinc para que acte como colector solar.

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    Figura 18 Estructura para la cubierta en tubos y accesorios de PVC.