Análisis energético de un secador solar de convección forzada tipo invernadero

Abstract

El objetivo de la tesis es abordar el análisis térmico y de masa de un secador solar de convección forzada tipo invernadero, basado en un modelo implementado en la Universidad de Piura. Tiene 7 metros de largo y 6 metros de ancho, y con él se deben tener valores aceptables de temperaturas y tiempos de secado, permitiendo determinar las temperaturas de operación, el tiempo de secado y la eficiencia energética del proceso. Para lograr el objetivo, se formularon ecuaciones de balance de energía y masa, considerando las propiedades del aire, el café y las condiciones operativas del secador. Estas ecuaciones implementadas en Python se resolvieron numéricamente utilizando la herramienta “fsolve”. Se evaluaron diferentes configuraciones de diseño y condiciones operativas para identificar los parámetros que maximicen la eficiencia energética y minimicen el tiempo de secado, proporcionando recomendaciones para la mejora del diseño del secador. El secador solar de convección forzada se demostró altamente eficiente, logrando reducir la humedad del café desde un 55% inicial hasta un 11% final en un tiempo de 1.98 días. Las temperaturas alcanzadas dentro del secador fueron adecuadas para un proceso de secado rápido y eficiente, sin comprometer la calidad del producto. Las temperaturas obtenidas fueron de 37.57 °C en la cubierta, 47.31 °C en el aire desecante, 57.80 °C en el producto y 35.45 °C en el suelo. Una de las principales ventajas del código desarrollado es su capacidad para funcionar bajo condiciones estándar de radiación solar promedio, velocidad del viento y análisis en estado estacionario. Esto lo hace particularmente útil en situaciones donde no se dispone de datos específicos de estos parámetros. El código utiliza la geometría del secador y valores promedio de radiación solar y velocidad del viento, permitiendo una predicción precisa y fiable del proceso de secado sin la necesidad de tener una base de datos tomados en el tiempo. El código desarrollado y el análisis energético realizado son herramientas valiosas para quienes estén considerando la construcción de un secador solar del modelo planteado. Proveen una base sólida para el diseño y desarrollo de secadores solares de convección forzada, facilitando la evaluación y optimización del secador. Esto ayuda a determinar las condiciones óptimas de operación para maximizar la eficiencia y minimizar el tiempo de secado, adaptándose a diferentes tamaños de secadores y cantidades de café.