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DINÁMICA DEL SECADO SOLAR EN EL ALTIPLANO ECUATORIANO.
ARQUÍMIDES HARO
INTRODUCCION• La dinámica en el proceso de secado es uno de los
factores más importantes que se debe conocer para mejorar su eficiencia, lo cual se asocia a la dinámica atmosférica y características del producto, particularmente de la parte superficial (Capa Límite Atmosférica CLA).
• Con la finalidad de encontrar la relación entre el proceso de secado y aquellos aspectos físicos-meteorológicos, se ha desarrollado el presente trabajo, para lo cual se prueba en diferentes condiciones.
• Para esto se usa el prototipo y modelo matemático diseñado en el proyecto “Diseño de un secador solar multiuso bajo condiciones físicas y meteorológicas de la ciudad de Riobamba”.
• La aplicación se realiza con datos de la ciudad de Riobamba (latitud Sur 1°40 6.94″ y longitud Oeste ′78°39 2,50″, meseta a 2.754 metros de altura sobre el ′nivel del mar) y se relacionan con datos a nivel del mar, tomados de la ciudad de Guayaquil.(2° 12' 00' latitud Sur y a 79° 53' 00' de longitud Oeste, con un promedio de altitud de 4,60 metros sobre el nivel del mar).
Riobamba – EcuadorNevado Chimborazo
CARACTERISTICAS FÍSICAS , METEOROLÓGICAS Y MICROMETEOROLÓGICAS• Ecuador por su posición geográfica, relieve y por ser una zona de convergencia de
corrientes marinas y aéreas, se caracteriza por tener condiciones meteorológicas particulares, presentando características dinámicas de la atmosfera en general complejas.
DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 520.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
f(x) = 0.0118357092580235 x + 13.2933841695031R² = 0.0450466324642098
TEMPERATURA AMBIENTE RIOBAMBA 2007 - 2012
MESES
TEM
PERA
TURA
(°C)
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52768.00
768.10
768.20
768.30
768.40
768.50
768.60
768.70
f(x) = − 0.000617286971339971 x + 768.381056530548R² = 0.0128672782255539
PRESIÓN ATMOSFÉRICA RIOBAMBA 2007 - 2012
MESES
PRES
IÓN
(mb)
CONDICIONES ATMOSFÉRICAS
PARAMETRO PROMEDIO
Velocidad 2,25 m/s
Lluvia 0,0005 mm
Temperatura 13,20 °C
Radiación solar216,16 W/m2
Presión 768,38 mb
Humedad 75,57 %
AnualEn
ero
Febrer
oMarz
oAbril
Mayo
JunioJulio
Agosto
Septiem
bre
Octubre
Noviembre
Diciembre
0
50
100
150
200
250
300
RADIACIÓN SOLARW
/m2
AnualEn
ero
Febrer
oMarz
oAbril
Mayo
JunioJulio
Agosto
Septiem
bre
Octubre
Noviembre
Diciembre
11
11.5
12
12.5
13
13.5
14
TEMPERATURA
T (°C
)
AnualEn
ero
Febrer
oMarz
oAbril
Mayo
JunioJulio
Agosto
Septiem
bre
Octubre
Noviembre
Diciembre
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
VELOCIDAD
v (m
/s)
PROMEDIO ANUAL
AnualEn
ero
Febrer
oMarz
oAbril
Mayo
JunioJulio
Agosto
Septiem
bre
Octubre
Noviembre
Diciembre
666870727476788082
HUMEDADH
(%)
AnualEn
ero
Febrer
oMarz
oAbril
Mayo
JunioJulio
Agosto
Septiem
bre
Octubre
Noviembre
Diciembre
768.1768.15
768.2768.25
768.3768.35
768.4768.45
768.5
PRESIÓN
P(m
B)
MICROMETEOROLOGÍA
Energy balance equation, in simplified form is:
• - RN Net radiation flux
• - QG Stored heat flux in the soil
• - QH sensible heat flux. The sensible heat represents: the heat that is emitted from the surfaces to the air by conduction or convection (H),as the heat flows by conduction to the ground (G).
• - QE Latent heat flux• Starting from
QG = aQ*• Means a = 0.1 for rural areas and a = 0.3 for urban areas (Doll D, Ching J. K. S. y
Kaneshire J).
• Where is αconstant, which we assume equal to 20 W/ m2. parameter “S” is defined by:
• [Van Ulden, Hostlag, 1985]
BALANCE DE ENERGÍA SUPERFICIAL
DATOS MICROMETEOROLÓGICOS
FLUJO DE AIRE
AISLANTE
POLICARBONATO
SUPERFICE CAPTADORA
RADIACION SOLAR
COLECTOR SOLAR• Por las ventajas teóricas, geométricas y prácticas, al ser el mas usado
se diseña un colector de placas planas, usando métodos de balances de energía y comportamiento térmico (Duffie y Beckman).
• Balance Energético en colectores de placa plana
• τ: Transmitancia solar efectiva de la cubierta del colector• α: Absorbancia de la placa
• Eficiencia y temperatura de salida
• Densidad ρ(kg / m3)
• Viscosidad dinámica µ(N.s/m2) • Conductividad térmica Kv (W/m.K)
• Inclinación de colector solarLa ubicación del colector en nuestro caso (hemisferio sur) debería estar hacia el norte con una inclinación similar a la latitud
MODELO COLECTOR
Riobamba Guayaquil0
5
10
15
20
25
30
35
TEMPERATURA DE SALIDA SIMULADA EN EL COLECTOR
900 W/m2600 W/m2300 W/m2
CIUDAD
TEM
PERA
TURA
°C
Riobamba Guayaquil50
51
52
53
54
55
56
57
58
EFICIENCIA SIMULADA EN EL COLECTOR
900 W/m2600 W/m2300 W/m2
CIUDAD
EFIC
IEN
CIA
%
RESULTADOS PRELIMINARES SIMULADOS
T=20 °CVc=1 m/s
7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
INCREMENTO DE TEMPERATURA
GuayaquilRiobamba
Horas
Tem
pera
tura
°C
7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:000
5
10
15
20
25
30
35
40
TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DEL MODELO
Salida Guaya-quil
En-trada Gua-ya-quil
Sali-da Rio-bamba
Hora
Tem
pera
tura
°C
7:008:00
9:0010:00
11:0012:00
13:0014:00
15:0016:00
17:000.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
TEMPERATURA SIMULADA PARA COLECTOR DE 2 m DE LARGO
GUAYAQUILRIOBAMBA
TEM
PERA
TURA
°C
88.9 215.8 274.1 220.3 428.8 775.2 604.8 550.1 496.6 323.9 293.055.8
56
56.2
56.4
56.6
56.8
57
57.2
EFICIENCIA RESPECTO A RADIACIÓN SOLAR USANDO DATOS DE GUAYAQUIL
Radiación solar W/m2
Eficie
ncia
%
84.1 170.9 297.3 448.1 1076.7 1035.3 349.3 109.6 216.3 102.5 90.755
55.5
56
56.5
57
57.5
EFICIENCIA RESPECTO A RADIACIÓN SOLAR USANDO DATOS DE RIOBAMBA
Radiación solar W/m2
Eficie
ncia
%
MODELO DE LA CÁMARA DE SECADO
Variables para la cámara de secado
ECUACIONES• Intercambio de energía en la cámara
Siendo : caudal másico de aire seco (kg/s); : calor específico del aire (J/kg °C); y : temperatura del agente desecante (aire) (°C); : temperatura del aire situado entre las dos bandejas del producto (°C); y : coeficientes convectiovos aire-producto para las bandejas (W/m2°C); y : superficie de las bandejas (m2); y : temperatura del producto húmedo (°C); : coeficiente de transmisión de calor convectivo aire-pared traslucida (W/m2°C); : superficie de una de las paredes traslucidas de la cámara (m2); : temperatura de la pared interna translucida (°C); : coeficiente de transmisión de calor convectivo aire-pared opaca (W/m2°C); : superficie de una de las paredes opacas de la cámara (m2); : temperatura de la pared interna opaca (°C).
• Intercambio de energía en las bandejas
Con y : masa del producto húmedo de las bandejas (kg); y : calor específico del producto (J/kg°C); y : masa de la materia seca (kg); y : contenido de humedad en base seca (kg/kgdb); : calor latente de vaporización (J/kg).
• Intercambio de energía en las paredes
Siendo : masa de la pared traslucida y opaca (kg); y : calor específico de las paredes (J/kg°C); y : coeficiente por intercambio de conducción de la pared (W/m2°C); y : temperatura de las pareds exteriores (°C); y : coeficiente de transmisión de calor convectivo medio-pared exterior (W/m2°C); y : superficie de las paredes (m2); temperatura ambiente (°C); : coeficiente de intercambio por radiación (W/m2°C); : temperatura media radiante del exterior (°C).
MODELO CÁMARA DE SECADO
DISEÑO DEL PROTOTIPO
SENSORESCantidad Sensor / Equipo
3 Transmisor de Humedad Relativa y Temperatura2 Sondas de Temperatura LM352 Célula de Carga2 Sensores de Velocidad de Aire1 Ventilador Extractor1 Compact Field Point 20201 Fuente Compact Rio2 Módulo AI-1001 Fuente de voltaje 24DC
RESULTADOS
7:01 7:51
8:41 9:31
10:21 11:11
12:01 12:51
13:41 14:31
15:21 16:11
17:01 17:51
18:410
5
10
15
20
25
30
35
40
TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DEL COLECTOR
Temperatura I Temperatura O
Tiempo
Tew
empe
ratu
ra °C
7:01 7:41
8:21 9:01
9:41 10:21
11:01 11:41
12:21 13:01
13:41 14:21
15:01 15:41
16:21 17:01
17:41 18:21
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
INCREMENTO DE TEMPERATURA ENTRE LA EN-TRADA Y LA SALIDA DEL COLECTOR
Tiempo
Tem
pera
tura
°C
7:01 7:31
8:01 8:31
9:01 9:31
10:01 10:31
11:01 11:31
12:01 12:31
13:01 13:31
14:01 14:31
15:01 15:31
16:01 16:31
17:01 17:31
18:01 18:31
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
TEMPERATURA DE SALIDA CALCULADA CON EL MODELO Y MEDIDA EN EL COLECTOR
Temperatura modelo Temperatura O
Axis Title
Axis
Title
7:01 7:21
7:41 8:01
8:21 8:41
9:01 9:21
9:41 10:01
10:21 10:41
11:01 11:21
11:41 12:01
12:21 12:41
13:01 13:21
13:41 14:01
14:21 14:41
15:01 15:21
15:41 16:01
16:21 16:41
17:01 17:21
17:41 18:01
18:21 18:41
0
5
10
15
20
25
30
35
40
TEMPERAQTURA DE ENTRADA Y SALIDA DE LA CAMARA DE SECADO
Temperatura ICTemperatura OC
Axis Title
Axis
Title
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
5
10
15
20
25
30
35
TEMPERATURA MEDIDA EN EL PROTOTIPO Y CALCULADA EN EL MODELO (MEDIA HORA)
Temperatura O Temperatura MS
Horas
Tem
pera
tura
°C
RATIO DE SECADO
0 2 4 6 8 10 120
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
SECADO MANZANILLA
Series1
Hora
%
HR=A*EXP(B*t)
A=0,0018T2-0,1858T+4,6467
CONCLUSIONES• El gradiente de temperatura en el colector en la ciudad de
Riobamba es mayor que en Guayaquil debido al bajo valor que asume el calor latente, por la disminución de la presión.
• El incremento del largo del colector aumenta rápidamente la temperatura de salida de la simulación en Riobamba, que en Guayaquil, debido a los flujos térmicos superficiales son mayores en esa posición.
• La eficiencia es menor en la ciudad de Riobamba respecto a Guayaquil, debido a la disminución de la densidad.
• En general se observa que los efectos de la altura influyen sobre el resultado de la temperatura y eficiencia.
• La comprensión de la dinámica permite planifica, diagnosticar y controlar el secado
GRACIAS