Secado Solar

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR

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SECADO SOLAR 1. PROLOGO En el trabajo buscamos realizar la construcción y diseño de un secador solar el cual será destinado a la producción de cualquier fruta deshidratada, realizando una prueba experimental con la deshidratación de plátanos. La tecnología propuesta no produce ningún efecto adverso en el ambiente, ni genera desechos indeseables ni contaminación. No obstante, el uso de polietileno requiere de cierta reflexión acerca de su eliminación luego de finalizada su vida útil. 2. RESUMEN EJECUTIVO Los secadores solares, son dispositivos que permiten deshidratar productos. El proceso de secado es una etapa importante para muchos productos que deben ser comercializados o almacenados, sin que se produzca el problema de degradación biológica. Con este proyecto analizaremos el uso de los secadores solares, además de demostraremos que son de bajo precio y permiten obtener productos de excelente calidad. La forma de conseguir el secado de frutas y frutos es sencilla, tanto en su fabricación como en el secado, además los materiales a utilizar son bastante comunes. •

CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR Realizaremos la construcción de un secador solar directo, realizando previamente el diseño de este considerando los materiales del secador, el ángulo de incidencia de este y la cantidad que queremos producir.

•

SECADO DE PLÁTANO Una vez construido el secador realizaremos el secado de plátanos, a los cuales deberemos realizar tratamientos previos al secado, en el secado controlaremos el flujo de aire y la variación de contenido de humedad de la fruta en función del tiempo.

1. INTRODUCCIÓN

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2. FUNDAMENTO TEÓRICO La desecación es un sistema muy antiguo de conservación de alimentos. La retirada del agua contenida en sus tejidos y células resulta un método muy eficaz para evitar la putrefacción y pérdida de los mismos Con toda seguridad nos encontramos ante uno de los más ancestrales métodos de conservación, y los primeros pueblos agrícolas ya utilizaban estas técnicas para la conservación de legumbres y cereales. El proceso de secado puede ser aplicado a todo tipo de alimentos, desde vegetales y hortalizas hasta carnes y pescados, pasando por frutas, especias, hierbas aromáticas. El equipo estándar está pensado para su utilización doméstica y permite conservar los productos del huerto o la recolección de forma natural. Los dos elementos básicos de una secadora solar son: el colector, donde la radiación calienta el aire y la cámara de secado, donde el producto es deshidratado por el aire que pasa. Estos elementos pueden diseñarse de diferentes formas para integrarse a diferentes equipos de secado solar. El aire circula dentro del secador con el fin de eliminar la humedad evaporada del producto. Esta circulación se logra por Circulación por convección natural:

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El aire es movido por las diferencias de temperatura entre las distintas partes del equipo, que promueven la convección térmica del aire. Este tipo de circulación se hace más difícil de incorporar con equipos grandes. Secado solar Los productos pueden secarse usando la radiación solar directa o indirecta. El método más simple de secado solar consiste en colocar el producto a secar directamente sobre un superficie negra plana; el sol y el viento secarán la cosecha. Las nueces se secan de forma efectiva usando este método.

El secador está integrado por tres partes fundamentales: a) colector solar de aire caliente; b) cámara de secado y c) bandejas. El colector solar tiene como objetivo básico capturar la energía del sol, de color negro mate y cubierta con un vidrio de 4 m m de espesor y transformarla en energía calórica. La cámara de secado es un sitio cerrado, ubicado en la parte alta del colector solar y debe ser cubierta con un material buen conductor de calor y llevar unos pequeños orificios usados como chimenea que permita el flujo de aire entre el interior y el exterior. Las bandejas pueden ser construidas con marcos de madera y malla, donde va colocado el producto a procesar. Flujo de Aire La optimización del flujo requerido de aire es importante, ya que es el aire en contacto con el producto el encargado de extraer su humedad. La temperatura inicial de la corriente de aire desciende conforme avanza en el secador. A lo largo de su recorrido en el secador el aire aumenta su humedad relativa. Para un proceso de secado ideal, esta humedad relativa debe llegar a ser lo más próxima posible a la humedad de saturación. En un proceso eficiente y dado que la circulación de aire lleva un costo, es necesario determinar el flujo másico de aire óptimo para secar el producto en el menor tiempo posible, el cual va a depender de la naturaleza del producto, tipo de secador, etc.

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Si se conocen las temperaturas existentes en diversos puntos del secador, se puede determinar aproximadamente qué tan correctamente está trabajando la corriente de aire de entrada. La corriente de aire óptima para el secado será alcanzada cuando, en el punto final del secador, la humedad del aire sea cercana a la humedad de saturación; esto sucederá cuando la temperatura en la salida del secador sea igual a la temperatura de bulbo húmedo correspondiente a las condiciones de la temperatura del flujo de aire y de humedad inicial en la entrada del secador. En la figura se muestran los diferentes tipos de flujo de aire a través de un secador solar.

Tipos De Secadores Para aumentar la eficiencia del secado se deben usar algunas estructuras capturen la radiación solar. Varios tipos de secadores solares se han desarrollado y se muestran a continuación. Tipo de Descripción Esquema del Secador Modelo Básico Cabina La cámara de secado es de vidrio y no usa un (Gabinete) colector solar por separado directa Cabina (Gabinete) indirecta

Se usa un colector solar que esta separado de la cámara de secado y que no tiene superficies transparentes

Modelo combinado

La cámara de secado esta hecha de vidrio parcial o totalmente, y usa un colector solar por separado

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Túnel

Túnel bajo

Tienda

Arcón (bin)

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Normalmente se usa un armazón metálico con 1 ó 2 capas de plástico vidriado. Generalmente se trata de un secador directo, pero puede ser indirecto si el plástico de la capa más interna es negro Secador directo semejante al anterior pero se construye más cercano al suelo y normalmente solo contiene una sola capa de producto Secador solar con un marco recto en lugar de curvado Cualquier secador pero nominalmente indirecto, con flujo de aire forzado por convección que puede secar capas profundas (normalmente 300 mm ó más) de producto.

Existen modelos más complejos de secadores solares que los anteriormente descritos. Se construyen con ventanas de vidrio o plástico transparente que cubren el producto proporcionando protección contra insectos. a la vez que captan más calor solar. Secador solar directo:

Los secadores indirectos se construyen de modo que la radiación solar es recogida por un dispositivo. Este colector solar consiste en una caja poco profunda con interiores pintados de negro y un panel de vidrio en la parte superior. El aire caliente así recogido asciende a través de un recipiente que contiene de cuatro a seis bandejas apiladas en las que se carga el producto a secar.

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El secador solar para las hojuelas de yuca (ilustrado más adelante) consta de un colector solar. un ventilador y una cámara de secado. El colector solar se construye sobre una base de hormigón en la que se coloca una capa de piedras finas y dos capas de bloques de hormigón; todo cubierto con polietileno El aire calentado dentro del colector se fuerza entonces a través del piso horadado de la cámara de secado. Las paredes de la parte superior de la cámara, por debajo del techo colgante, son de tela metálica para facilitar el movimiento del aire a través del producto. El secador solar

Secado y deshidratación de alimentos: Deshidratación, método de conservación de los alimentos que consiste en reducir a menos del 13% su contenido de agua. Cabe diferenciar entre secado, método tradicional próximo a la desecación natural (frutos secados al sol, por ejemplo) y deshidratación propiamente dicha, una técnica artificial basada en la exposición a una corriente de aire caliente. Se llama liofilización o criodesecación a la deshidratación al vacío. El secado se utilizaba ya en la prehistoria para conservar numerosos alimentos, como los higos u otras frutas. En el caso de la carne y el pescado se preferían otros métodos de conservación, como el ahumado o la salazón, que mejoran el sabor del producto. La liofilización, ideada a principios del siglo XX, no se

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difundió hasta después de la II Guerra Mundial. Limitada inicialmente al campo de la sanidad (conservación de medicamentos, por ejemplo), no se aplicó hasta 1958 al sector alimentario. Es una técnica costosa y enfocada a unos pocos alimentos, como la leche, la sopa, los huevos, la levadura, los zumos de frutas o el café. ¿Por qué consumir frutas deshidratadas ? * Porque constituyen un alimento de excelente valor nutricional. *Al ser elaboradas con cuidadosos procedimientos naturales preservan y concentran sus características organolépticas ( sabor, aroma, color ) y propiedades nutritivas. * Pueden ser consumidas en cualquier época del año, dado su facilidad de almacenamiento y conservación a temperatura ambiente. * Resultan un complemento ideal para dietas hipocalóricas, equilibrando deficiencias proteicas y de minerales, * Combinadas con otros nutrientes (lácteos, cereales, etc.) constituyen un excelente suplemento alimenticio para niños, adolescentes y personas mayores, con deficiencias nutricionales. * La ingesta periódica de muchos de estos frutos, aportan beneficios a la salud, por sus propiedades reguladoras de multiples funciones orgánicas, como las digestivas, circulatorias, inmunológicas entre otras. Banana deshidratado al sol El banano en Bolivia es originario de la amazonía subtropical, en sus variedades originales criollas es un producto abundante en la zona de Alto Beni y Caranavi donde toda la producción es orgánica. En la región del chapare de Cochabamba se han introducido variedades mejoradas y parte de esa producción es orgánica. El banano criollo es una variedad muy bien adaptada, de tamaño pequeño y de un sabor excelente. El banano FHIA es resistente a la Sigatoca Negra, por lo que no requiere agroquímicos. Son frutos grandes con poca curvatura excelentes para deshidratar. El Cavendish es una variedad grande de una longitud mínima de 19 cm calibración min. 39 max. 47. Elaboración De Banano Deshidratado

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Descripción Del Producto Y Del Proceso El banano deshidratado, más conocido como banano pasa, es un producto típico de las zonas costeras de América Central, donde se aprovechan los excedentes de la exportación bananera para su elaboración; se vende principalmente en las rutas turísticas. El proceso es muy sencillo y básicamente consiste en secar los bananos, enteros o en mitades (según el grosor), al sol o por secado artificial, hasta un nivel de humedad del 15% o menos. Algunas variantes del proceso, que permiten obtener productos diferentes, consisten en sumergir los bananos en medio osmótico y luego secar con aire y también, cubrir con chocolate los trocitos de banano secos. 3. JUSTIFICACIÓN Incentivar la producción de alimentos deshidratados en lugares de cosecha, para que de esta manera se dé un valor agregado a los alimentos principalmente frutas. 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Cada producto agrícola contiene, después de la cosecha, un cierto grado de humedad que es demasiado grande. Si se almacenan los productos con este contenido de humedad se favorece el crecimiento de microorganismos (hongos, moho, bacterias etc.) que provocan deterioro sobre los productos. De acá nace la necesidad de secar los productos hasta un grado de humedad que no permita el crecimiento de dichos microorganismos. Esto se realiza hasta un punto de equilibrio con el medio ambiente, es decir, que el producto no intercambia humedad con el medio ambiente. El proceso de secado no es algo nuevo en las culturas andinas. Existen desde muchos siglos métodos para deshidratar papas, maíz y carne. El clima seca de muchas regiones andinas favorece este proceso. De esto surge el hecho de las mermas generadas en el cultivo de frutas, en el caso de los lugares destinados a producir frutas y verduras, estos no siempre llegan a acomodar todo su cultivo en el mercado obteniendo grandes pérdidas de producto, por esta razón proponemos el secado solar como un método de

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conservación factible en lugares alejados donde no se dispone de la energía y recursos necesarios para el funcionamiento de secadores mecánicos de flujo forzado. 5. OBJETIVOS a) Objetivo General.Realizar el diseño y construcción de un secador solar para la elaboración de alimentos deshidratados. b) Objetivos específicos.Poner en práctica todo lo aprendido en la materia realizando los cálculos experimentales durante el proceso. Estudiar el funcionamiento de este tipo de secadores y su eficiencia en el proceso 1. ESTUDIO DEL MERCADO Actualmente en el país no existe datos de curvas de oferta y demanda por lo cual para la evaluación consideramos:

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Precios máximos y mínimos del producto a ser procesado. PRODUCTO

MARCA

PRECIO

Banana deshidratada de 200g

Irupana

25 Bs

2. PROPIEDADES DEL PRODUCTO TAMAÑO Rodajas de aprox 2 * 2 cm Color

Amarillo oscuro

Sabor

Bueno

Textura

Firme

Contenido Nutricional Tamaño de la porción: 1taza 50g Raciones por envase: 6 Cantidad Por Porción Calorías 210g % de Valor Diario Grasa Total 6g 9% Colesterol 0g 0% Sodio 150 g 16% Carbohidratos Totales 36g 12% Fibra dietética 4g 16% Azúcar 10g

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Proteínas 5g Los porcentajes de valores diarios están basados es una dieta de 2.000 calorías según el Instituto Nacional de Nutrición.

3. INGENIERÍA BÁSICA DEL PROYECTO a) ESTUDIO DE VARIABLES Y PARÁMETROS Las variables a analizar son:

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SECADO Análisis detallado del colector plano Material aislante, Se coloca un material aislante al fondo de la placa absorbente para evitar pérdidas de calor No toda la radiación que incide en el colector es absorbida por la placa de absorción, según el ángulo de incidencia de la radiación solar se tiene reflexiones de esta radiación por la cubierta transparente. Ángulos muy grandes de incidencia causan pérdidas tan grandes de reflexión que hacen bajar notablemente el funcionamiento del colector. Una pequeña parte de la radiación está además absorbida por la cubierta transparente. De la radiación que llega hasta la placa la mayoría se absorbe hasta un 98% el resto se refleja. Estás pérdidas se llaman ópticas porque están vinculadas con las propiedades ópticas de los materiales usados en su construcción.

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La radiación solar que se transforma en calor es el que calienta el aire, el resto sale al medio ambiente como pérdidas, por esto existen dos formas de calor: • Calor útil, para el calentamiento • Calor perdido. Para la pérdida de calor existen diferentes mecanismos que van acompañados tales: • Conducción • Convección • Radiación Si colocamos aislamiento a la placa esté reduce la perdida de calor por conducción, por lo que la placa calienta a mayor temperatura generando mayor calor de radiación. Ventilación Con Ventilador Con Flujo Forzado Se usa para secar grandes cantidades y en cortos tiempos TIPO DE COLECTORES DE AIRE Y SUS RENDIMIENTOS TIPO I, Colector de placa plana, compuesto por uno o dos cobertores sobre la placa y un aislante, la placa puede ser un metal pintado de negro o plástico negro. El flujo de aire podrá ir encima o por debajo de la placa. TIPO II, Colector de placa agregada, la transferencia de calor de la placa absorbente hacia el aire es aumentado por agregados en la placa que producen un flujo turbulento de aire que recibe mejor el calor de la placa absorbente TIPO III, Colector de placa corrugada, la placa absorbente es corrugada ya sea circular o en forma de V , lo que aumenta el área de transferencia de calor. TIPO IV, Matriz absorbente, colocada en la trayectoria de flujo de aire entre el colector y la placa absorbente, el material puede ser: lana metálica o de algodón o cualquier material poroso y liviano, este colector ofrece una alta transferencia de calor. TIPO V, Colector con placas superpuestas, es compuesto de un arreglo de coberturas transparentes las cuales son parcialmente negras, al trayectoria del flujo de aire es a través de las coberturas, se puede utilizar aletas de metal, calamina y vidrio. a) PARAMETRIZACIÓN DE VARIABLES Tomamos en cuenta las propiedades y comportamiento de los materiales El colector plano de aire: Una superficie expuesta a la radiación solar todavía no es un colector solar. Este es un dispositivo que nos permite captar la radiación solar incidente sobre

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la superficie de la tierra (radiación directa y difusa), para luego convertirla en energía útil - en nuestro caso calentamiento de aire para el secador solarDurante la utilización de un colector solar hay todo un proceso de transferencia de calor en el que no toda la radiación solar incidente se convierte en energía útil; hay pérdidas hacia el medio ambiente lo cual determina la eficiencia del colector. Un colector plano fundamentalmente consiste en una placa negra (placa absorbente), en la mayoría de los casos de una superficie con cobertura transparente (vidrio o plástico) que permite pasar la radiación solar (rango de luz visible) y evite las pérdidas desde la placa hacia el exterior y el enfriamiento por el viento. También contiene un marco de aislante térmico que le da consistencia al colector y evita las pérdidas de calor. Para entender mejor el funcionamiento del colector se necesita información sobre dos aspectos: – El comportamiento de la radiación en relación con cuerpos – Transferencia y pérdida de calor. Cuando la radiación incide sobre la superficie de un cuerpo puede ocurrir que parte de la radiación incidente sea absorbida, parte se refleje y una tercera parte sea transmitida a raves del mismo. Así se definen tres parámetros caracteristicos de dicha superficie que son: – Absorbancia (α) – Reflactancia (ρ) – Transmitancia (τ) La absorbancia o poder absorbente se define como el cociente entre la energía absorbida por el cuerpo y la energía incidente. De forma análoga se definen la reflactancia y transmitancia.

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Materiales y pinturas convencionales La tabla muestra los datos de algunos materiales y pinturas. Se nota que la absorbancia alta de pinturas de negro también conectada con una alta emisividad en el rango de la radiación infrarroja. Esto es un hecho muy importante para los colectores de superficie absorbedora descubierta, no se puede conseguir temperaturas muy elevadas porque una de la razones es la fuerte emisión de radiación térmica en el rango de temperaturas altas. El color de las superficies puede dar una indicación de la absorbancia a la radiación solar, en efecto cuanto más oscuro sea, será mas absorbente y al contrario mas reflectante. Pero hay que tener en cuenta que el color no indica nada respecto al comportamiento para la radiación infrarroja. También hay que tener en cuenta que la energía solar absorbida varía con el ángulo de incidencia: Efecto del ángulo de incidencia sobre la absorbancia de una superficie plana de negro. Recubrimiento selectivo Para mejorar el rendimiento de los colectores solares se utiliza un recubrimiento selectivo para la placa absorbente envés de una placa de pintura negra. Este

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recubrimiento reduce la perdida de calor causada por la radiación térmica que emite un cuerpo. El principio de este recubrimiento consiste en que su coeficiente de absorción es alta para ondas cortas de radiación solar y su coeficiente de emisión, en el domino de ondas largas de la radiación térmica, es pequeña. Las leyes de la radiación determinan el coeficiente de emisión debe disminuir con el coeficiente de absorción tiene como consecuencia la obtención deseada de una reducida perdida de radiación. Para las bajas temperaturas que se utilizan en el campo de secado solar, estos recubrimientos selectivos no son de tal importancia. Materiales transparentes En los materiales transparentes de pequeño espesor se cumple que: α≅0 y τ≅1

Se puede dividir en dos grandes grupos: – Los vidrios – Los plásticos. El vidrio: En el comportamiento del vidrio en relación a la radiación solar la luz visible tiene una alta transmisión, pero el vidrio no deja pasar la radiación térmica (infrarroja) y parte de la luz ultravioleta. Significa que el vidrio reacciona “selectivamente” respecto a la radiación. Aumentando el contenido de hierro se disminuye su transmisión. Es muy fácil averiguar si el vidrio contiene mucho o poco hierro, solo mirando el borde del vidrio este debe aparecer sin color, vidrio con alto contenido de hierro aparece verde o azul. La dificultad de obtener este vidrio especial en Bolivia y por razones económicas se tiene que trabajar muchas veces con vidrio de alto contenido de hierro. Por la alta radiación especialmente en el altiplano y en los valles se compensa fácilmente las pequeñas perdidas ópticas. Plásticos: Estos materiales no suelen ser tan selectivos como el vidrio, ya que presentan una transmitancia elevada para la radiación infrarroja. La figura muestra el comportamiento de algunos materiales plásticos en relación con la radiación de diferentes longitudes de onda Figura: características de transmisión espectral en el rango de radiación infrarroja (2-15μm) para diferentes materiales de plásticos.

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El efecto invernadero: La cubierta transparente deja pasar la radiación solar, esta radiación incide sobre la placa absorbente calentando dicha placa. Esta radiación no puede pasar por gran parte a través de la de la cubierta transparente, calienta por ello el interior del colector o de un invernadero.

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a) ESTRUCTURA DE LA PARTE OPERATIVA

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Materiales para la construcción del secador •

Color del recipiente colector, Utilizamos pintura negra de acabado mate.

•

El ángulo del colector, el que utilizamos en la construcción es de 18° a mayores ángulos causan pérdidas en la reflexión disminuyendo el rendimiento del colector

•

Tamaño, el tamaño está en función de la producción de fruta seca que queremos obtener produciendo 62 g fruta/día

•

Material, el material de las paredes es de madera debido a que es un aislante y evitamos las pérdidas de calor por conducción, la cubierta es de plástico de alta densidad.

•

Humedad del plátano, realizaremos mediciones del % de la cantidad de agua evaporada en función al tiempo.

1,2 LADOS = 2 Láminas de venesta 3,4 LADOS = 2 Láminas de venesta gruesa pintadas de negro, una de 40 perforados según cm, 20 cm * 60 cm,

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5 TAPA = 1 plástico de alta densidad 6 BASE = 1 Lámina de madera de 60 de 63.3 cm * 60 cm cm * 60 cm

7 BANDEJA = Bandeja con tela milimétrica a) CONTROL DE PARÁMETROS •

El parámetro a controlar es la humedad del plátano en función al tiempo, el cual lo haremos pesando la bandeja al inicio y luego la bandeja más los plátanos en función al tiempo.

•

Secado Del Plátano

Control De Calidad En la materia prima En la selección de fruta se recomienda controlar la madurez y firmeza de la pulpa y que no presente magulladuras ni contusiones severas. En el proceso

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Los tiempos de secado, la humedad del aire y la temperatura deben estar controlados, para evitar producto muy húmedo o quemado. En el empaque Revisar que el sellado sea bueno para evitar el contacto con el oxígeno. En el producto final Deberá determinarse peso, humedad, sulfitos residuales y contenido de microorganismos. Estos análisis deberán determinarse laboratorios que brindan el servicio.

periódicamente

apoyándose

en

El producto almacenado, tiene una vida útil de 6 meses a temperatura ambiente en un lugar seco y protegido de la luz. a) DISEÑO DE UN REGISTRO DE DATOS. ANEXO 2 b) DESCRIPCIÓN DE LA PARTE PRÁCTICA • Construcción Del Secador Solar Se realiza según el punto c •

Secado De Plátano

Material: Secador solar Cuchillo Recipientes Plátano Ácido cítrico 1. Lavado.- Los plátanos son sensibles al moho y bacterias por ello es necesario lavarlos antes de pelar y cortar, se debe utilizar agua potable o tratar con cloruro para eliminar salmonellas y E. Coli 2. Cortado.- Se debe cortar los plátanos en rodajas longitudinalmente 3. Blanqueado.- Se puede colocar las rodajas en agua a 80°C de 2 a 4 minutos o se debe preparar una solución de acido cítrico al 1.5% se sumergir las

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rebanadas de plátano en esta y luego se los saca y se los escurre, con la finalidad de que el ácido inactive las enzimas que causan el pardeamiento 4. Secado.- El secado dura tres días en lugares muy cálidos se debe sumergir las patas del secador en recipientes con agua, para evitar que suban insectos Diagrama De Flujo

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Diagrama De Procesos

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Pesar Cortar Colocar Envasar lael masa plátano en el de INICIO FIN la solución bandeja producto deen ácido función cítrico al tiempo

a) OBTENCIÓN DE RESULTADOS RESULTADOS

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PLÁTANO

T secado

45°C

m

1000

g

t [hr]

% cant agua evap

x

V [Kg agua/(h m^2)]

0

0,04

0,23806

119,70

1

4,31

0,22576

119,72

2

10,41

0,2082

144,58

4

23,15

0,1715

160,76

6

31

0,1489

143,52

10

43,65

0,11246

121,25

12

48,27

0,09916

111,74

15

53,95

0,0828

99,91

45

76,9

0,0167

47,47

51

78,126

0,01317

42,55

57

79,46

0,00933

38,72

60

79,99

0,0078

37,03

72

81,27

0,00412

31,35

m (g) 999,60 956,90 895,90 768,50 690,00 563,50 517,30 460,50 231,00 218,74 205,40 200,10 187,30

Para la realización de los cálculos utilizamos las siguientes ecuaciones: x= (%Humedad final-%cant agua evap*msh100)

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v=%cant agua evap*msht*A

GRÁFICAS Elaboramos las curvas de secado para la deshidratación del plátano.

b) INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Podemos observar las curvas de secado del plátano las cuales obedecen a curvas poli nómicas de 3° grado por lo cual podemos modelar el comportamiento del secado del plátano mediante un secador solar. c) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •

•

•

Cumplimos los objetivos de la práctica, ya que logramos la construcción y diseño de un secador solar de tamaño pequeño el cual nos sirve para secar aproximadamente 1000 g de fruta fresca/día, se puede cambiar las dimensiones del secador según la producción deseada. Obtuvimos un producto de buenas condiciones organolépticas, no tuvimos problemas en el control microbiológico debido al clima, por esta razón a su vez gran parte del calor proporcionado al colector fue de la radiación, la temperatura en la cámara fue de 45°C ideal para el secado de frutas ya que de esta manera logramos conservar sus propiedades nutricionales. En el caso de que el objetivo sea de producir exclusivamente frutas secas, se deberá realizar cambios en la construcción del secador aumentando las dimensiones de este o incluso cambiando el material de construcción para la reducción de costos.

1. INGENIERÍA DEL PROYECTO a) DIAGRAMA DE PROCESOS

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b) BALANCES DE MASA Y ENERGÍA Análisis Energético De la ley de la conservación de energía se obtiene el balance energético para la placa de absorción: -Ia + Qu +Qp = 0 Donde: Ia = radiación solar absorbida por la placa absorvente Qu = flujo de calor útil (W/m2) Qp = pérdidas de calor (W/m2) Para Qp se utiliza el modelo según la ley de ohm Tpa – Tamb = RcQp Rcp = 1/Kp Qp = Kp (Tpa – Tamb) Donde: Tpa = temperatura promedio de la placa absorbente T = temperatura ambiente

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Kp = coeficiente de pérdida global Rcp = resistencia contra la pérdida global Obteniéndose un calor útil: Qu = Ia –kp (Tpa – Tamb) Para la radiación solar absorbida por la placa después de atravesar la cubierta transparente existe la siguiente relación: Ia=Ii* τa

Donde: Ii = Componente de la radiación solar que incide perpendicularmente sobre la superficie del colector (cubierta transparente) τa= Producto efectivo de la transmisidad de la cubierta transparente y de la absortancia de la placa absorbente. Depende del ángulo de incidencia de la radiación solar sobre el colector Tenemos que: Qu = Ac*(Ii*τa- kp (Tpa – Tamb)) C) EFICIENCIAS, RENDIMIENTOS. •

Rendimiento del secador

Rendimiento instantáneo de un colector η=energía util extraidasegradiación solar incidenteseg η= τa-kpIi(Tpa-Tamb)

A un valor alto de Ii insolación y una diferencia pequeña de temperatura se tiene rendimientos altos. Rendimiento Del Sistema Se define como el cociente entre la energía necesaria para evaporar la humedad y el calor suministrado al secador (insolación sobre el colector) d=WLIcAc

Donde: W=peso del agua evaporada en Kg L= calor latente de vaporización del agua a temperatura del secador (KJ/Kg) Ic =Intensidad de la radiación solar sobre la superficie del colector (KJ/m2) Ac = Ara del colector Este rendimiento depende de: • •

El producto para secar La temperatura del aire

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•

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El modo como se realiza el flujo de aire

Los colectores con convección natural d=10-15% Secadores con flujo forzado d = 20-30% Ventilación Por Viento La ventilación por viento es transversal o a través del producto, la base del secador debe estar a una altura de medio metro sobre el nivel del suelo. Convección Natural La ventilación por convección natural utiliza el hecho de que el aire caliente posee una densidad menor que el aire frio y por lo tanto tiende a ascender. La corriente puede ser expresada como diferencia de presión: P=g×h(s-i)

Donde: s= densidad del aire saliendo del equipo I= densidad del aire que entra al equipo La ventilación por convección debería ser aplicadas: • En climas más fríos • De preferencia con ventilación transversal • Para materiales con alta temperatura máxima • Cuando se admita un secado alto

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Rendimiento pick up (p) Este parámetro para la eficiencia es el mas útil para la evaluación de la evaporación momentánea de humedad desde un producto dentro del secado solar. Este parámetro da la eficiencia de como se utiliza la capacidad del aire calentado para absorber la humedad. Este rendimiento se define como el cociente entre la humedad recibida por el aire en la cámara de secado yla capacidad teórica del mismo aire para absorber la humedad. La expresión matemática es la siguiente: p=Xs-XiXas-Xi

Xs= humedad absoluta del aire que sale de la cámara de secado Xi= humedad absoluta del aire que entra en la cámara de secado Xas= saturación adiabática con humedad del aire que entra al secador Para el cálculo del rendimiento pick up se utiliza la carta psicométrica No siempre se fácil medir directamente la humedad del aire que entra al equipo, pero medir la humedad relativa del aire del medio ambiente antes que entre al

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colector normalmente provoca pocos problemas. La humedad absoluta del aire no cambia cuando se calienta pero si la humedad relativa, por ello la medida de la humedad relativa del aire del medio ambiente hace posible estimar Xi a travez de la humedad absoluta del aire. Por ello se puede calcular también la eficiencia pick up con la ayuda de la siguiente fórmula: p=Mo-Mtv-t(has-hi)

Mo = peso del producto al tiempo t=0 (Kg) Mt = peso del producto al tiempo t (Kg) v = flujo de aire (m3/seg) t = tiempo d secado (seg) Utilizando esta ecuación no se necesita la humedad del aire que sale de la cámara de secado. El valor del rendimiento pick up de secadores solares puede variar altamente según la evaporación de la humedad del producto para secar •

Balance De Masa

C) DISEÑO DEL EQUIPO 1. COSTOS COSTO DEL MATERIAL Madera Pláctico de alta densidad Marcos de metal Plastoformo Pintura Tela milimétrica TOTAL

SECADO R COSTO (Bs) 50 2 35 2,5 15 5 109,5

COSTO DE SERVICIOS BÁSICOS

30

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR

SERVICIO AGUA ENERGÍA SOLAR COSTO DE MATERIA PLÁTANO ÁCIDO CÍTRICO

PRQ205 _L

PARA LA PRODUCCIÓN DE UN LOTE (Bs) 0,5 0

MATERIALES Utilizado por lote 2,80

Bs/Kg 2,8 90 Costo de producir 1000g de fruta seca

0,27 3,07

Impuestos 1.6%Sui utilizamos para vender el producto envases de plástico de baja densidad y etiquetas para un peso aproximado de 100g. Tenemos COSTO POR UNIDAD (bS) ENVASE

0.05

ETIQUETA

0.06

TOTAL

0.11

Entonces el costo por envase de 100g será de: 5.1 Bs Considerando una ganancia del 1.2% tenemos: 6.1 Bs por envase. Comparando con el producto actualmente ofertado PRODUCTO COSTO POR 100g

31

IRUPANA

12.5

NUESTRO

6.1

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR

PRQ205 _L

Nuestro producto tiene la mitad de costo pero esto debido a que no necesitamos energía eléctrica ni gastos de mano de obra al estar destinado para mermas de producción. 2. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS a) PRODUCCIÓN ESTIMADA En un secador de las dimensiones del nuestro la producción será de: 187 g seco

de

plátano Cada 3 días

Este secador fue realizado pensando en mejorar la calidad de vida de la familia rural, debido a que sería una buena opción para poder alargar el tiempo de vida de los productos que no logran introducir al mercado en frescos. b) DISEÑO DE LA PLANTA Instalaciones Y Equipos Instalaciones El local debe ser lo suficientemente grande para albergar las siguientes áreas: recepción de la fruta, proceso, empaque, bodega, laboratorio, oficina, servicios sanitarios y vestidor. La construcción debe ser en bloc repellado con acabado sanitario en las uniones del piso y pared para facilitar la limpieza. Los pisos deben ser de concreto recubiertos de losetas o resina plástica, con desnivel para el desagüe. Los techos de estructura metálica, con zinc y cielorraso. Las puertas de metal o vidrio y ventanales de vidrio. Se recomienda el uso de cedazo en puertas y ventanas. La planta debe contar con un sistema de tratamiento de las aguas residuales y se debe disponer adecuadamente de los desechos sólidos. Equipo requerido • • • • • • •

Balanzas Cuchillos Pila de lavado Secador solar Fuente de calor Selladora Termómetros

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