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Diseño y construcción de un secador solar
DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR
PRQ205 _L
SECADO SOLAR
1.
PROLOGO En el trabajo buscamos realizar la construcción y diseño
de un secador solar el cual sera destinado a la
producción de cualquier fruta deshidratada, realizando una prueba
experimental con la deshidratación de platanos. 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, ademas 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, ademas 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 angulo de incidencia
de este y la cantidad que queremos producir. • SECADO DE PLATANO
Una vez construido el secador realizaremos el secado de platanos, a los
cuales deberemosrealizar 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 mas 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 aromaticas. El equipo estandar
esta pensado para su utilización doméstica y permite
conservar los productos del huerto o la recolección
de forma natural. Los dos elementos basicos de una secadora solar son:
el colector, donde la radiación calienta el aire y la camara 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 mas difícil de
incorporar con equipos grandes. Secado solar Los productos
pueden secarse usando la radiación solar directa o indirecta. El
método mas simple de secado solar consiste en colocar el producto
a secar directamente sobre un superficie negra plana;
el sol y el viento secaran la cosecha. Las nueces
se secan de forma efectiva usando este método.
El secador esta integrado por tres partes fundamentales: a) colector
solar de aire caliente; b) camara de secado y c) bandejas. El colector
solar tiene como
objetivo basico 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 camara 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 elsecador el aire aumenta su humedad relativa. Para
un proceso de secado ideal, esta humedad relativa debe
llegar a ser lo mas 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
masico 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 esta
trabajando la corriente de aire de entrada. La corriente de aire óptima
para el secado sera alcanzada cuando, en el punto final del secador, la
humedad del aire sea cercana a la humedad de saturación; esto
sucedera 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
Basico Cabina La camara de secado es de vidrio y no usa un
(Gabinete) colector solar porseparado directa Cabina (Gabinete) indirecta
Modelo combinado Se usa un colector solar que esta separado de la camara
de secado y que no tiene superficies transparentes La camara de secado esta
hecha de vidrio parcial o totalmente, y usa un colector solar por separado
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Túnel
Túnel bajo
Tienda
Normalmente se usa un armazón metalico con 1 ó 2 capas de
plastico vidriado. Generalmente se trata de un secador directo, pero
puede ser indirecto si el plastico de la capa mas interna es
negro Secador directo semejante al anterior pero se construye mas
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 mas) de
producto.
Arcón (bin
Existen modelos mas complejos de secadores solares que los anteriormente
descritos. Se construyen con ventanas de vidrio o plastico transparente
que cubren el producto proporcionando protección contra insectos. a la vez que captan mas 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 unrecipiente 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 mas adelante)
consta de un colector solar. un
ventilador y una camara 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 camara de
secado. Las paredes de la parte superior de la camara, por debajo del techo colgante, son de tela
metalica 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 (lacteos, 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 organicas, 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 abundanteen la zona de Alto Beni y Caranavi
donde toda la producción es organica. En la región del chapare de Cochabamba se han introducido variedades
mejoradas y parte de esa producción es organica. 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,
mas 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 basicamente
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 alimentosprincipalmente 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 aca 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
mecanicos de flujo forzado. 5. OBJETIVOS a) Objetivo General.Realizar el
diseño y construcción de un secador
solar para la elaboración de alimentos deshidratados. b)
Objetivosespecíficos.Poner en practica todo lo aprendido en la
materia realizando los calculos 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 maximos 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 Sabor Textura Amarillo oscuro Bueno 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 estan basados es
una dieta de 2.000 calorías según el Instituto Nacional de
Nutrición.
3. INGENIERÍA BASICA DEL PROYECTO a) ESTUDIO DE VARIABLES Y
PARAMETROS Las variables a analizar son:
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SECADO Analisis 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
esabsorbida por la placa de absorción, según el angulo de
incidencia de la radiación solar se tiene reflexiones de esta
radiación por la cubierta transparente. Angulos muy grandes de
incidencia causan pérdidas tan grandes de reflexión que hacen
bajar notablemente el funcionamiento del colector. Una
pequeña parte de la radiación esta ademas absorbida
por la cubierta transparente. De la radiación que llega hasta la
placa la mayoría se absorbe hasta un 98% el
resto se refleja. Estas pérdidas se llaman ópticas porque
estan 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
plastico negro. El flujo deaire podra 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 area 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
metalica 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 colectorsolar 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 plastico) 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 parametros 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 analoga se definen la reflactancia
y transmitancia.
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Materiales y pinturas convencionales La tabla muestra los datos dealgunos
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 mas oscuro sea, sera 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 angulo de incidencia: Efecto del angulo 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 elcoeficiente 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
plasticos. 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 facil 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
facilmente las pequeñas perdidas ópticas.
Plasticos: 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
materialesplasticos 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 plasticos.
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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 angulo del colector, el que utilizamos en la
construcción es de 18° a mayores angulos causan
pérdidas en la reflexión disminuyendo el rendimiento del colector
Tamaño, el tamaño esta 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 plastico de alta densidad. Humedad del platano,
realizaremos mediciones del % de la cantidad de agua
evaporada en función al tiempo.
•
•
•
1,2 LADOS = 2 Laminas de venesta 3,4 LADOS = 2Laminas de venesta
gruesa pintadas de negro, una de 40 perforados según cm, 20 cm * 60 cm,
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5 TAPA = 1 plastico de alta densidad 6 BASE = 1 Lamina de madera
de 60 de 63.3 cm * 60 cm cm * 60 cm
7 BANDEJA = Bandeja con tela milimétrica a) CONTROL DE PARAMETROS
• El parametro a controlar es la humedad del platano en
función al tiempo, el cual lo haremos pesando la bandeja al inicio y
luego la bandeja mas los platanos en función al tiempo.
Secado Del Platano
•
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 Debera
determinarse peso, humedad, sulfitos residuales y contenido de microorganismos.
Estos analisis deberan determinarse
laboratorios que brindan el servicio. periódicamente
apoyandose 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 PRACTICA
• Construcción Del Secador Solar Se realiza según el punto
c • Secado DePlatano
Material: Secador solar Cuchillo Recipientes Platano Acido
cítrico 1. Lavado Los platanos 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
platanos 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 platano en esta y luego se los saca y se los escurre, con
la finalidad de que el acido inactive las enzimas que causan el
pardeamiento 4. Secado.- El secado dura tres días en lugares muy
calidos se debe sumergir las patas del secador en recipientes con agua,
para evitar que suban insectos Diagrama De Flujo Diagrama De Procesos
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Pesar lael platano Cortar masa de Colocar en Envasar el INICIO FIN la
bandeja en solución de acido producto función al tiempo
cítrico
a) OBTENCIÓN DE RESULTADOS RESULTADOS
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PLATANO
T secado m
45°C 1000 g
t [hr] 0 1 2 4 6 10 12 15 45 51 57 60 72
% cant agua evap 0,04 4,31 10,41 23,15 31 43,65 48,27 53,95 76,9 78,126 79,46
79,99 81,27
x 0,23806 0,22576 0,2082 0,1715 0,1489 0,11246 0,09916 0,0828 0,0167 0,01317
0,00933 0,00780,00412
V [Kg agua/(h m^2)] 119,70 119,72 144,58 160,76 143,52 121,25 111,74 99,91
47,47 42,55 38,72 37,03 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 calculos utilizamos las siguientes
ecuaciones:
x= (%Humedad final-%cant agua evap*msh100)
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v=%cant agua evap*msht*A
GRAFICAS Elaboramos las curvas de secado para la deshidratación
del platano.
b) INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Podemos observar las curvas de secado del platano las cuales
obedecen a curvas poli nómicas de 3° grado por lo cual podemos
modelar el comportamiento del secado del platano
mediante un secador solar. c) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•
•
•
Cumplimos los objetivos de la practica, 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
camara 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 exclusivamentefrutas secas, se debera 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 Analisis 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 angulo 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 instantaneo 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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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR
PRQ205 _L
•
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 conveccióndebería ser
aplicadas: • En climas mas fríos • De preferencia con
ventilación transversal • Para materiales con alta temperatura
maxima • Cuando se admita un secado alto
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR
PRQ205 _L
Rendimiento pick up (p) Este parametro para la eficiencia es el mas
útil para la evaluación de la evaporación
momentanea de humedad desde un producto dentro del secado solar. Este
parametro 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 camara de secado yla capacidad teórica
del mismo
aire para absorber la humedad. La expresión matematica es la
siguiente:
p=Xs-XiXas-Xi
Xs= humedad absoluta del aire que sale de la camara de secado Xi=
humedad absoluta del aire que entra en la camara de secado Xas=
saturación adiabatica con humedad del aire que entra al secador
Para el calculo del rendimiento pick up se utiliza la carta psicométrica
No siempre se facil 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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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR
PRQ205 _L
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 lahumedad 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 camara
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 Plactico
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 BASICOS
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR
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SERVICIO AGUA ENERGÍA SOLAR COSTO DE MATERIA PLATANO ACIDO
CÍTRICO
PARA LA PRODUCCIÓN DE UN LOTE (Bs) 0,5 0
MATERIALES Bs/Kg 2,8 90 Costo de producir 1000g de fruta seca Utilizado por
lote 2,80 0,27 3,07
Impuestos 1.6%Sui utilizamos para vender el producto envases de plastico
de baja densidad y etiquetas para un peso aproximado de 100g. Tenemos COSTO POR
UNIDAD (bS) ENVASE ETIQUETA TOTAL 0.05 0.06 0.11
Entonces el costo por envase de 100g sera 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
IRUPANA NUESTRO
12.5 6.1
31
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNSECADOR 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 sera de: 187 g seco
de platano 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 areas:
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 plastica, con desnivel para el desagüe. Los techos de estructura metalica, 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
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