Evaluación técnico-económica de incorporar un acumulador de energia térmica en un deshidratador solar para productos hortofrutícolas
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Cita com:
hdl:2117/111086
Tutor / directorEspinoza Silva, Jaime
Tipus de documentProjecte Final de Màster Oficial
Data2017
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Reconeixement-NoComercial-SenseObraDerivada 3.0 Espanya
Abstract
Chile es uno de los mayores productores y exportadores de frutas y hortalizas del
mundo. Una gran parte de estos alimentos son consumidos en forma de producto
deshidratado ya que permite mantener las propiedades del alimento prácticamente
intactas durante un largo periodo de tiempo. Sin embargo, las técnicas disponibles para
el deshidratado de productos son muy escasas. La técnica más utilizada por las grandes
empresas es el deshidratado mediante la combustión de gas natural. La otra opción es el
antiquísimo método del deshidratado al aire libre. Los pequeños y medianos
agricultores, por lo tanto, se encuentran en la disyuntiva entre un sistema que ofrece
buenos resultados pero que requiere de una alta inversión y otro mucho más económico
pero que sin embargo es imprevisible y ofrece unos resultados más bien de una baja
calidad.
Aprovechando las excelentes condiciones de radiación solar que goza el país, el Centro
de Innovación Energética de la UTFSM ha desarrollado una serie de deshidratadores
solares indirectos con la intención de ofrecer una solución eficiente y económicamente
viable para pequeños y medianos agricultores. El mayor reto al que se enfrentan estos
deshidratadores – como cualquier otro sistema que trabaje con energías renovables – es
a la intermitencia de la fuente energética.
En este caso, el reto es prolongar el proceso de secado durante las horas que no hay
radiación solar. Durante la noche, y especialmente en primavera y otoño, cuando las
temperaturas bajan y la humedad relativa en el interior de la cámara de secado se
incrementa. Estos altos valores de humedad suponen un doble inconveniente: revierten
el proceso de secado mediante la reabsorción de humedad por parte del producto y
permiten la aparición de microorganismos dañinos para el alimento.
Para revertir estas condiciones, es importante mantener una humedad relativa baja en el
interior de la cámara de secado durante todo el proceso. En horas sin radiación solar se
requiere un aporte de calor. El método estudiado en este proyecto consiste en la
implementación de un acumulador térmico, capaz de almacenar el exceso de calor
durante el día para posteriormente liberarlo durante las horas de baja o nula radiación.
La ventaja de estos acumuladores es que son totalmente independientes y funcionan sin
necesidad de electricidad u otra fuente energética. Para estudiar completamente la funcionalidad de dicha incorporación no solo se
requiere efectuar las pruebas experimentales correspondientes durante un período de
tiempo prolongado para obtener los suficientes datos sino que además estas deben
efectuarse durante la época del año que las condiciones ambientales resulten más
adversas – período no estival – para garantizar el correcto funcionamiento durante todo
el año.
Como mi estancia en Chile estaba prevista para tener una duración de un semestre (el de
primavera), se decidió que el proyecto se centrará en las primeras etapas del proceso de
implementación. La primera de estas etapas consistió en la recopilación de información
de la literatura científica respecto el almacenamiento térmico y los deshidratadores
solares indirectos. La segunda estuvo centrada en la realización de pruebas
experimentales en el laboratorio, hechas a partir de la información antes recopilada.
Las pruebas experimentales se realizaron con tres elementos con gran capacidad de
almacenamiento térmico: agua, parafina sólida y una sal hidratada. Las pruebas
consistieron principalmente en simular en el laboratorio las condiciones reales de la
cámara de secado para estudiar el comportamiento térmico de las diferentes probetas,
con el objetivo de determinar qué producto resultaría más adecuado a la hora de
implementarlo en el secador solar.
Los resultados determinaron que la sal hidratada – una mezcla de sulfato de sodio,
bórax y arcilla atapulgita – como el producto más óptimo. Una muestra de 100g
permitió mantener en el interior de una caja adiabática de 9 litros de volumen una
temperatura superior a la temperatura ambiente durante 7 horas seguidas, de las cuales
5h fueron a una temperatura prácticamente constante de unos 27ºC. Además se
corroboró la mezcla de Telkes (1980) como válida para disminuir el efecto del sobreenfriamiento
y se determinó un método de preparación de la mezcla óptimo – parecido
al que recomendó Marks (1980) – para eliminar la segregación de fases durante la
fusión y minimizar la variación de volumen durante los cambios de fase de la mezcla
después del primer ciclo de trabajo.
Finalmente, a partir de la información recopilada y de los resultados experimentales
obtenidos, se realizó una propuesta de implementación del acumulador térmico en el
secador solar indirecto. Se recomienda esta propuesta como sujeto de estudio para el
próximo proyectista que retome dicho trabajo.
TitulacióMÀSTER UNIVERSITARI EN ENGINYERIA INDUSTRIAL (Pla 2014)
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TFM_Iker Bilbao.pdf | Memòria | 46,09Mb | Visualitza/Obre |