UNIVERSIDAD DE CUENCA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE CUENCA EVALUACION DE UN SECADOR SOLAR PARA EL MEJORAMIENTO DE LA EFICIENCIA ENERGETICA EN LA PEQUEÑA INDUSTRIA Jorge M Siguencia A. 1

2 1. INTRODUCCION ( EFICIENCIA) 2. METODOLOGIA DE EVALUACION 3. RESULTADOS OBTENIDOS 4. CONCLUSION( BENEFICIOS) 2

3 Introducción CONSTITUCION Art: 413. El Estado promoverá la eficiencia energética, el desarrollo y uso de prácticas y tecnologías ambientalmente limpias así como de energías renovables diversificadas de bajo impacto, que no pongan el riesgo la soberanía alimentaria, el equilibrio ecológico ni el derecho al agua. 3

4 EFICIENCIA La eficiencia de un dispositivo tecnológico, desde el punto de vista de una empresa que persigue el lucro como objetivo, se define como el cociente entre el beneficio y el costo de inversión. (Perry, 1999): Eficiencia= Beneficio Costo La eficiencia de secado es el parámetro más importante que se busca en este estudio, ahora bien, al hablar de eficiencia debemos hacer una distinción a qué eficiencia nos estamos refiriendo?. Si bien es cierto la eficiencia térmica aparentemente sería la más importante por cuanto nos indica el tiempo en el cual nuestro producto alcanzará la humedad de equilibrio en razón a la velocidad de secado, sin embargo no es menos importante el factor económico que implicaría construir el equipo a gran escala, por lo que la eficiencia térmica como económica deben ir de la mano para que este proyecto sea factible, no hay que olvidar que se debe involucrar a pequeños productores que en su mayoría no poseen grandes recursos económicos. 4

5 OBJETIVO DE LA INVESTIGACION Evaluar un secador solar con absorbedor de zeolita para ser utilizado por pequeños industriales y productores. Comparar el prototipo de secador solar con el secado tradicional en tendal. Determinar la eficiencia térmica y económica del secador solar. Para lo cual se debe realizar los estudios cinéticos y modelación matemática en el prototipo por considerar, y del estudio económico correspondiente. 5

6 Metodología ESCENARIOS DE EVALUACION PESO DE CACAO (kg) INCLINACION (%) ZEOLITA(kg) * * 3* ESCENARIO * Secado en tendal a cielo abierto. 1. Determinación de la humedad inicial de la muestra en laboratorio En una muestra de cacao fermentado se realiza la determinación del contenido inicial de humedad según lo establecido por (Nielsen, 2003). Contenido inicial de humedad del cacao = 57% Contenido de materia seca = 43% 2. Determinación de la pérdida de peso del cacao en el experimento Para lo cual se construye la curva de secado partiendo de la masa inicial de 3 kg de cacao para cada experimento, con intervalos de 30 minutos. 6

7 mw = Masa de agua en la muestra kg ms = Masa seca en la muestra kg m = Pérdida de peso de la muestra kg kg agua wi = Humedad en la muestra kg sólido seco kg agua w = Humedad media en la muestra v = Velocidad de secado kg sólido seco kg hm2 7

8 % Humedad Relativa ISOTERMA DE SORCION EN CONDICIONES EXPERIMENTALES %HR VS H EQ 100,00% 95,00% 90,00% 85,00% 80,00% 75,00% 70,00% 65,00% 60,00% 55,00% 50,00% 45,00% 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0,00% Humedad de equilibrio % 8

9 3. Cálculo del tiempo total de secado Partiendo de que la duración total del proceso es la suma de 2 tiempos. El primero conocido como antecrítico y el segundo llamado poscrítico. ti = ms AWDI X1 Xcr 1.9 tii = ms A Xcr X2 dx WDII (1.10) De donde el tiempo total para secar el producto desde una determinada humedad hasta la humedad de equilibrio es la suma de ambos tiempos, debiéndose tener en cuenta que la humedad de equilibrio lo establece la correspondiente isoterma de sorción del producto. 9

10 4. Diseño factorial 2k En el campo de las investigaciones, la optimización es uno de los problemas de mayor importancia, ya sea para la localización de las variables que hacen máxima la eficiencia de un equipo o el establecimiento de condiciones de procesos que conducen al mayor rendimiento de un producto 10

11 wi(kgw/kgs) Resultados Curvas de secado en período antecrítico y poscrítico 1,2500 1,1500 1,0500 0,9500 0,8500 0,7500 0,6500 0, Tiempo(min) 11

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15 Análisis ANOVA PARA INCLINACION-TIEMPO Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P A:INCLINACION 0, , ,79 0,0135 B:TIEMPO 0, , ,31 0,0000 bloques 0,0 1 0,0 0,00 1,0000 Error total 0, , Total (corr.) 0, R-cuadrada = 99,5727 porciento R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 99,2522 porciento Error estándar del est. = 0, Error absoluto medio = 0, Estadístico Durbin-Watson = 1,5 (P=0,2346) Autocorrelación residual de Lag 1 = 0,125 La ecuación del modelo ajustado es wi = 0, ,001065I 0,012725T 15

16 Diagrama de Pareto Estandarizada para HUMEDAD (w i) + - B:TIEMPO A:INCLINACION Efecto estandarizado 16

17 Análisis ANOVA PARA ZEOLITA TIEMPO Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P A:ZEOLITA 0, , ,61 0,0105 B:TIEMPO 0, , ,88 0,0001 bloques 0,0 1 0,0 0,00 1,0000 Error total 0, , Total (corr.) 0, R-cuadrada = 98,9026 porciento R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 98,0795 porciento Error estándar del est. = 0, Error absoluto medio = 0, Estadístico Durbin-Watson = 2,0 (P=0,4168) Autocorrelación residual de Lag 1 = -0,125 wi = 1, , Z 0, T 17

18 Diagrama de Pareto Estandarizada para HUMEDAD (w i) + - B:TIEMPO A:ZEOLITA Efecto estandarizado 18

19 FOTOS 19

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21 ANALISIS FINANCIERO El rendimiento del secador se estima en 25 kg/m 2. TAMAÑO DEL SECADOR PRODUCCION PROMEDIO ANUAL 510 kg/ha NUMERO DE COSECHAS REPRESENTATIVAS 6 RENDIMIENTO POR COSECHA 85 kg/ha AREA DEL SECADOR A CONSTRUIR 3,4 m2 25kg 85kg 1 m2 x= 3,4 m2 Tomado del Ministerio de Agricultura Ganadería Acuacultura y Pesca MAGAP,

22 Descripción Unidad Cantidad P. Unitario P. Total Plancha de Policarbonato m 2 3,4 40,00 136,00 Zeolita kg 20 0,2 4,00 Soportes m 2 6,8 9,00 61,20 Estructura Global 1 60,00 60,00 Mano de obra Unitario 1 50,00 50,00 Total USD 311,20 Según datos del Instituto Nacional de Estadística y Censos (INEC 2010) en el Ecuador existen alrededor de hectáreas de siembra de cacao de las cuales 4,2 % representan cultivos menores a 3 hectáreas. 22

23 INDICADORES FINANCIEROS ESTIMADOS INGRESOS usd EGRESOS usd PRECIO REFERENCIAL CACAO ( 45kg) 100 COSTO DEL SECADOR ( Inversión inicial) 311,2 RENDIMIENTO MENSUAL POR HECTAREA 42,5 GASTO MENSUAL EN COSECHAS/Ha 20 INGRESO MENSUAL POR VENTAS 94,4 GASTO MENSUAL INSUMOS QUIMICOS/Ha 6,66 INGRESO ANUAL POR VENTAS 1133,3 MANTENIMIETO MENSUAL /Ha 11,83 TOTAL INGRESO MENSUAL 94,4 TOTAL GASTO MENSUAL 38,49 PERIODO MENSUAL INGRESOS 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 EGRESOS 349,7 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 TOTAL -255,3 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 TIR 19% VAN $ 365,59 TOP 1,21% [1] Banco Central del Ecuador. 23

24 BENEFICIOS Una empresa que ahorra energía obtiene más beneficios Reduce por tanto los costos de producción, mejorando la competitividad de las empresas. Disminuye la dependencia energética de exterior. Reduce el daño ambiental y la contaminación que afecta a la salud de todos. Aumenta la seguridad del abastecimiento de energía. Disminuye el consumo de recursos naturales. Reduce el deterioro al medio ambiente asociado a la explotación de recursos. Reduce el impacto de los Gases de Efecto Invernadero (GEI). 24

25 Por tanto la Eficiencia Energética (EE) es un "recurso" energético que cuenta con enormes ventajas, además de ser muy abundante y de bajo costo relativo. Por estas razones, la EE se encuentra en el primer lugar de la agenda política y económica de todos los países desarrollados. (EDP,2010) 25

26 PENSAMIENTO "Hay suficiente en el mundo para cubrir las necesidades de todos los hombres, pero no para satisfacer su codicia". (Mahatma Gandhi) GRACIAS 26