Diseño y fabricación de secador solar de túnel tipo Hohenheim modificado para
secado de almidón de sagú
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Mecánica
2012
Carlos Armando De Castro Orlando Porras Rey
1. Introducción
SPA2012 - Carlos Armando De Castro, Orlando Porras Rey - Universidad de los Andes 25/10/2012
• Contexto: programa OPEN de la Cámara de Comercio de Bogotá para la transferencia de tecnología de soluciones con energías renovables.
1. Introducción
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1. Introducción
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1. Introducción
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1. Introducción
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1. Introducción
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• Objetivo: acelerar el proceso de secado del almidón de sagú.
• Mejorar la calidad del producto final.
• Transferir tecnología reproducible con los medios disponibles a pequeños productores.
2. Materiales y métodos
• Diseño basado en el secador tipo túnel de Hohenheim, modificado con una chimenea para inducir flujo natural.
• Modelo matemático para calcular comportamiento del secador.
• Se construyó un prototipo en acero para pruebas de comportamiento y uno final en madera con ventiladores accionados por paneles fotovoltaicos.
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2. Materiales y métodos
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0,0000
0,0500
0,1000
0,1500
0,2000
0,2500
0,3000
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Hu
me
dad
de
eq
uili
bri
o (
bs)
Actividad del agua
Isotermas de desorción almidón de sagú
5°C
30°C
45°C
Ref: Tesis Pedro Moreno
2. Materiales y métodos
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Ref: Tesis Pedro Moreno
• La temperatura del almidón no debe superar 62°C cuando está húmedo para evitar gelatinización.
2. Materiales y métodos
• Secador Hohenheim modificado:
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2. Materiales y métodos
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• Secador Hohenheim modificado:
2. Materiales y métodos
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• Modelo físico:
2. Materiales y métodos
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• Modelo matemático:
𝑑𝑇𝑓
𝑑𝑥=
2ℎ𝑐𝜌𝑓𝑢𝑦𝑐𝑝
− 1 +2𝑙
𝑤𝑇𝑓 + 𝑇𝑝 +
2𝑙
𝑤𝑇𝑐
𝜏𝛼 𝐼 + ℎ𝑐 𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑝 + ℎ𝑟𝑝𝑐 𝑇𝑐 − 𝑇𝑝 + ℎ𝑟𝑝𝑠 𝑇𝑠 − 𝑇𝑝 = 0
𝛼𝑐𝐼 + ℎ𝑐 𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑐 + ℎ𝑟𝑐𝑝 𝑇𝑝 − 𝑇𝑐 + ℎ𝑟𝑐𝑠 𝑇𝑠 − 𝑇𝑐 + ℎ𝑤 𝑇𝑎 − 𝑇𝑐 = 0
2. Materiales y métodos
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• Modelo matemático:
𝑇𝑓𝑜 =𝑇𝑝 + 2𝑙/𝑤 𝑇𝑐
1 + 2𝑙/𝑤+ 𝑇𝑎 −
𝑇𝑝 + 2𝑙/𝑤 𝑇𝑐
1 + 2𝑙/𝑤exp −
2ℎ𝑐𝐿𝑐𝜌𝑓𝑢𝑦𝑐𝑝
1 +2𝑙
𝑤
2. Materiales y métodos
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• Prototipo 1:
Construcción en acero para pruebas de concepto.
2. Materiales y métodos
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2. Materiales y métodos
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2. Materiales y métodos
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2. Materiales y métodos
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• Prototipo 2:
Hecho en madera, se adicionaron ventiladores acciones por paneles fotovoltaicos que se encontraban en la misma finca para otro equipo.
Construcción: Arq. Germán Pardo
2. Materiales y métodos
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2. Materiales y métodos
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2. Materiales y métodos
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2. Materiales y métodos
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• Mediciones de temperatura y humedad relativa del aire hechas con HOBO.
• Radiación solar medida con piranómetro Eppley.
2. Materiales y métodos
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2. Materiales y métodos
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2. Materiales y métodos
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• Medición humedad almidón:
Equipo utilizado: Precisa XM120-HR Precisión equipo: 0.0001 g Tamaño de cada muestra: 0.90 +- 0.05 g Temperatura secado: 110°C Tiempo aprox. de secado: 5.5 min
3. Resultados
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• Para el primer prototipo del secador hecho en acero se midieron las temperaturas y la radiación solar con el objetivo de observar la influencia en el potencial de secado. Con eso se hizo el secador definitivo en el cual se midió la humedad de dos tandas de producto comparando con el método tradicional utilizado.
3. Resultados
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Cálculos
3. Resultados
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y = 0,0449x + 26,945 R² = 0,97
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Tem
p. p
laca
(°C
)
Radiación (W/m^2)
Tp vs Rad
Linear (Tp vs Rad)
Prototipo 1 – Prueba 1
3. Resultados
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0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
0 20 40 60 80 100 120
Rad
iaci
ón
so
lar
[W/m
^2]
Tiempo [min]
Radiación
Prototipo 1 – Prueba 2
3. Resultados
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20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
30,0
32,0
34,0
36,0
0 20 40 60 80 100 120
Tem
pe
ratu
ra [
°C]
Tiempo [min]
Colector
Salida
Ambiental
Prototipo 1 – Prueba 2
3. Resultados
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0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
0 20 40 60 80 100 120
Hu
me
dad
re
lati
va [
%]
Tiempo [min]
Colector
Salida
Ambiental
Prototipo 1 – Prueba 2
3. Resultados
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15,0%
20,0%
25,0%
30,0%
35,0%
Hu
me
dad
bas
e h
úm
ed
a
Fecha y hora muestra
Secador solar
Tradicional
Prototipo 2 – Prueba 1
3. Resultados
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18,0%
20,0%
22,0%
24,0%
26,0%
28,0%
30,0%
10/03/2012 06:00 11/03/2012 06:00 12/03/2012 06:00
Hu
me
dad
bas
e h
úm
ed
a
Fecha y hora muestra
Secador solar
Tradicional
Prototipo 2 – Prueba 1
3. Resultados
SPA2012 - Carlos Armando De Castro, Orlando Porras Rey - Universidad de los Andes 25/10/2012
Prototipo 2 – Prueba 2
0
5
10
15
20
25
30
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40
45
50
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Hu
me
dad
bas
e h
úm
ed
a
Días de secado
Humedad almidón capa sup.
Datos: Edwin Gómez
3. Resultados
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Prototipo 2 – Prueba 3
10
15
20
25
30
35
40
45
50
7:1
2 a
.m.
12
:00
p.m
.
4:4
8 p
.m.
9:3
6 p
.m.
2:2
4 a
.m.
7:1
2 a
.m.
12
:00
p.m
.
4:4
8 p
.m.
9:3
6 p
.m.
2:2
4 a
.m.
7:1
2 a
.m.
12
:00
p.m
.
4:4
8 p
.m.
9:3
6 p
.m.
2:2
4 a
.m.
7:1
2 a
.m.
12
:00
p.m
.
4:4
8 p
.m.
9:3
6 p
.m.
T [°
C]
Hora
Temperaturas
Ambiente
Salida Colector
Inicio Chimenea
Datos: Edwin Gómez
3. Resultados
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Prototipo 2 – Prueba 3
20
25
30
35
40
45
50
55
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65
70
75
80
85
90
95
100
7:1
2 a
.m.
12
:00
p.m
.
4:4
8 p
.m.
9:3
6 p
.m.
2:2
4 a
.m.
7:1
2 a
.m.
12
:00
p.m
.
4:4
8 p
.m.
9:3
6 p
.m.
2:2
4 a
.m.
7:1
2 a
.m.
12
:00
p.m
.
4:4
8 p
.m.
9:3
6 p
.m.
2:2
4 a
.m.
7:1
2 a
.m.
12
:00
p.m
.
4:4
8 p
.m.
9:3
6 p
.m.
HR
[%
]
Hora
Humedad relativa
Ambiente
Salida Colector
Inicio Chimenea
Datos: Edwin Gómez
4. Conclusiones
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• El secador desarrollado muestra una mejora sustancial respecto al método tradicional de secado del almidón, llegando al mismo valor de humedad del método tradicional en 25% menos del tiempo, y con humedad final en base húmeda de 25% en el método tradicional y 18% con el secador solar nuevo.
• Estos resultados muestran que la aplicación de los métodos de diseño y las tecnologías de secado solar ayudan a los procesos productivos del campo colombiano y tienen un amplio margen de aplicación. En particular, estos secadores son replicables por parte de los productores campesinos y no necesitan mano de obra calificada para ser construidos, por lo que la tecnología está al alcance de todos.
Referencias
Libro: • BALA, B.K. Solar Drying Systems: Simulations and Optimization.
Udaipur, India. Agrotech Publishing Academy. 1998. • R. CORVALAN, M. HORN, R. ROMAN, L. SARAVIA
(editores). Ingeniería del secado solar. CYTED-D. Tesis Pregrado, Maestría o Doctorado
• MORENO, P. Transferencia de tecnología de secado solar a
productores de almidón de sagú en la región de Pasca, Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Proyecto de Grado, 2010
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Contacto autores:
• Ing. Carlos Armando De Castro
Cel: 312 636 9880
• Ing. Orlando Porras, Dr. Sc.
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