Centro de Desarrollo Tecnológico Sustentable FIMCP ESPOL UTILIZACIÓN DE ENERGÍA SOLAR E INTERCAMBIADOR ENTERRADO COMO FUENTE DE CALOR PARA CÁMARAS DE SECADO. Emérita Delgado Plaza Gustavo Aveida Ulloa Alfredo Barriga Rivera Juan Peralta Jaramillo.
INTRODUCCIÓN. El proyecto tiene como principal objetivo el diseño y la construcción de un prototipo de secadero hibrido renovable, que opere con energía solar y captador horizontal. Centro de Desarrollo Tecnológico Sustentable FIMCP ESPOL La investigación que se presenta, desarrollada en el marco de un proyecto de Cooperación internacional PCI, conlleva un análisis profundo de los distintos parámetros significativos que influyen en el funcionamiento adecuado del secado con el fin de optimizar el consumo y permitir la explotación de fuentes renovables de energía. PARAMETROS CONSIDERADOS PARA OPTIMIZAR UN MODELO DE SECADO Variables climatológicas del lugar. Recursos energéticos renovables a disposición Característica física del secadero: tipo, forma, tamaño, etc Variables sobre el funcionamiento térmico: tiempo de secado, temperatura y humedad absoluta, humedad relativa del aire, flujo másico del aire, eficiencia del secadero. Costo de inversión y operación. Manipulación y fácil construcción
ETAPAS ESENCIALES PARA DESARROLLO DE PROTOTIPO 1. DIMENSIONAMIENTO Centro de Desarrollo Tecnológico Sustentable FIMCP ESPOL VARIABLES Localización geográfica Condiciones climáticas de la zona Velocidad de secado optima orden de 1-3 m/s Temperatura óptima de secado en función del producto a deshidratar. Características deseadas del producto final ECUACIONES Balance de masa y energía en todo el sistema de la cámara de secado.
ETAPAS ESENCIALES PARA DESARROLLO DE PROTOTIPO 2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN Cámara de deshidratación 80% construido con materiales metálicos aislada con lamina de vidrio. Pared norte y techo cubiertas con lámina de policarbonato. Centro de Desarrollo Tecnológico Sustentable FIMCP ESPOL Colector solar dos cubiertas de vidrio transparentes, un panel de policarbonato de 10 mm de espesor, acoples y sistema de tuberías de PVC. Caja metalica. Captador horizontal enterrado Tubería de PVC de 100 mm de diámetro, enterrada a 80 cm de profundidad. Área de 36 m 2
ETAPAS ESENCIALES PARA DESARROLLO DE PROTOTIPO 3. MODELAMIENTO FLUÍDO DINÁMICO programa Faces PROCESO DE SIMULACIÓN 1. Sistema de geotermia ;se analiza las temperaturas del perfil del suelo, salida de aire caliente y velocidad del fluido caloportador que alimentara a la cámara. 2. Cámara de secado; se analiza las temperaturas internas, temperatura de salida, velocidad del aire en la cámara. Solidworks /Flow Simulation Propiedades termodinámicas Suelo de composición mineral con un bajo contenido de agua, una conductividad térmica de aproximadamente 1 W/ m K y un Cp de 1000 J/kg K. Condiciones iniciales Ta 20 C, velocidad interna del aire 1 m/s. Se considera que el producto requiere una temperatura de 50 C para su deshidratación.
Cámara de deshidratación Resultados: Velocidades promedio entre 0,8-1,2 m/s, temperatura promedio en la cámara de 45.5 o C, con una ganancia, medida como (T final -T Inicial ), de 25.5 C. Intercambiador o Captador horizontal
ETAPAS ESENCIALES PARA DESARROLLO DE PROTOTIPO 4. PRUEBAS EXPERIMENTALES Variables de monitoreo 1. Cámara de secado Humedad, temperaturas internas, temperatura entradas y salida de aire, radiación solar. 2. Colector Temperatura, velocidad de entrada y salida del fluido caloportador. 3.Captador horizontal Velocidad del aire, temperatura salida, temperatura ambiente, radiación solar. Esquema de ubicación de termocuplas para medición de temperaturas en suelo Punto de muestreo en la entrada de la camara
Temperaura (oc) Fig 1. Perfil de temperatura del subsuelo registrado en distintas alturas. 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 3:36 4:48 6:00 7:12 8:24 Tiempo (h) Posicion 1 Posicion 2 Posicion 3 Posicion 4 Posicion 5 Tem. Ambiente 8 Fig 2. Uniformidad de la cámara de secado, con ingreso de aire caliente proveniente de la geotermia.
Temperatura C 55 50 45 Temp. Calor de Geotermia 40 35 Temp. Interna en la Camara Temp. Ambiente 30 25 20 8,30 10,30 12,30 Tiempo ( hora) Figura 3. Temperaturas de Operación del Sistema de secado hibrido acoplando (irradiación solar geotermia) * La comparación de los resultados experimentales con respecto a los simulados, indican una diferencia menor al 15%.
CONCLUSIONES Se ha diseñado un prototipo de secadero sostenible con aporte energético mixto solar y geotérmico adecuado a la realidad del país. Con el fin de optimizar su funcionamiento se ha realizado una detallada simulación del mismo utilizando Flow Simulation de SolidWorks. Los exhaustivos análisis realizados sobre el prototipo construido muestran buenos resultados. En particular, una alta uniformidad en la cámara de secado, una respuesta lineal del sistema de colector solar y un adecuado comportamiento del captador de calor. El tiempo de estabilización del sistema a la temperatura de funcionamiento (50 o C) es de unos 40 minutos.
GRACIAS POR LA ATENCIÓN Centro de Desarrollo Tecnológico Sustentable FIMCP ESPOL Agradecimientos: Grupo de Aplicaciones Energéticas Sostenibles USC