DISEÑO DE EQUIPO

5/9/2018 DISEÑO DE EQUIPO - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/diseno-de-equipo 1/13

DISEÑO DE SECADOR SOLAR PARA PRODUCTOS ANDINOS

I. PLANTEAMIENTO DEL CLIENTE

Diseñador: La construcción de un secador solar se basa en la aplicación de unatecnología sencilla y apropiada para ser aplicada tanto a nivel doméstico, como

para pequeños productores y aún para industrias comunitarias. Su aplicaciónpermite la conservación de alimentos, como son las frutas y legumbres, que alser deshidratados mantienen una gran proporción de su valor nutritivo original.Estos componentes se describen en la siguiente sección, pero básicamente son elcolector solar y la cámara de secado. El trabajo siguiente consiste en el diseño deequipo para el secado de productos que hoy en día son secados a aire libre en loslugares donde no se emplean tecnologías de secado y sobre todo no se da elaprovechamiento de los rayos solares pues de esta manera se pueda reducir elconsumo de energía eléctrica haciendo el uso de la energía solar. El uso de esteequipo es imprescindible para cualquier tipo de secado y sobre todo económico.

Cliente: el cliente tiene la completa razón de enterarse a cerca de este equipo,el uso, el precio y como interviene en el usuario. El cliente tiene la capacidad de

intervenir o mejorar lo que el diseñador manifiesta a cerca de este equipo

“secador solar”.

Usuario: el usuario o consumidor tendrá la entera satisfacción del uso adecuado

de este “secador solar” y emplear para cualquier tipo de secado y la más

conveniente el costo es económico.

II. FORMULACIÓN DEL PROBLEMAEl secado tradicional, expuesto directamente en el suelo y al ambiente libre no

solo está sometido a una permanente contaminación, sino también a pérdidas

que en muchos casos son mayores al de la producción.

Figura 1. Secado tradicional de productos



1. Objetivos Diseñar un secador solar para mejorar el secado el secado tradicional de

productos secados y deshidratados. “SECADORES SOLARES DIRECTOS,

INDORECTOS” que operen utilizando un gran porcentaje de energía solar.

2. Identificar restricciones

Baja Calidad del Producto secado Indicadores de contaminación Pérdidas por depredación de roedores (conejos silvestres), u otros Grado de coloración no uniforme Pérdidas de las características organolépticas por resecamiento del

producto etc.

3. Establecer funciones

El proceso de secado elimina de los alimentos la cantidad de aguarequerida para evitar las condiciones favorables para la aparición deefectos destructivos de mohos, levaduras, bacterias y enzimas, es decirlos hace más resistente a daños y, por lo tanto, se pueden conservar mástiempo.

La utilización de un secador solar proporciona varias ventajas desde elpunto de vista práctico y económico. Si se cuenta con un medio paraconservar los alimentos, el desperdicio que se puede tener a causa de unasobreproducción se ve reducido; se pueden comprar productos entemporada, cuando son más baratos, y conservarlos deshidratados parautilizarlos cuando estén fuera de época; deshidratando frutas se puedenobtener golosinas nutritivas, saludables y económicas evitando el

consumo de productos chatarra. Desde el punto de vista de una sociedad igualitaria este proyecto fomenta

el trabajo en equipo, mejora la alimentación y la economía, y reduce elconsumismo de productos chatarra o envasados por empresastransnacionales, las cuales utilizan una gran cantidad de conservadores.

Además, se promueve el consumo de los productos de la zona y se ayudaa los productores a mejorar el aprovechamiento de sus cosechas. Estetipo de proyectos fortalece la cohesión de grupos y propicia una mayorrelación entre productores e instituciones educativas que pudiesenapoyar en el mejoramiento de los diseños, fomentando la colaboración ysolidaridad de estudiantes con las iniciativas ciudadanas.

III. DISEÑO CONCEPTUAL1. Establecer especificaciones de diseño

CONDICIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR

A partir de un pre diseño adecuado para el producto a ser deshidratado, deberáconocerse ciertas características, como ser: humedad, temperatura, humedad,etc., entonces tomamos las siguientes condiciones necesarias, para la



construcción del secador solar:

a. METEOROLÓGICAS.- Para esto debemos conocer el lugar donde va a serinstalado, o por lo menos tener referencias de las zona como ser: lavelocidad del viento, altitud humedad relativa, etc, entonces conociendo

todos estos aspectos se toma en cuenta la resistencia del secador hacerconstruido.

b. OPERABILIDAD.- Esta condición es bastante importante conocer otener referencia en cuanto a la vía de comunicaciones y distancia de lazona, entonces para zonas alejadas, el secador debe ser desmontable,para así facilitar el transporte, para zonas poco alejadas, los secadoresserá parcialmente desmontables y por último apara zonas cercanas lossecadores pueden ser totalmente fijos.

c. TIPOS DE BANDEJAS.- existen tras tipos de bandejas que están dadaspor las característica del producto y el diseño del secador:

1. Bandejas Fijas.- Son bandejas que están fijadas en la estructura y queademás ayuda a rigidizar en el secador, se utiliza para productos pesados,ejemplos: Durazno, higo, arroz, etc.

2. Bandeja móviles.- Son bandejas portátiles o deslizantes, a través derieles, la cual permite el fácil manejo del producto junto con la bandeja, dentro yfuera del secador, facilita la limpieza. Son utilizados para productos livianos,

ejemplo: rocoto en rodajas, papa rallada, plátano en rodajas.

3. Bandejas Combinadas.- Es el complemento de los dos tipos de secadoresdiseñados generalmente con pasillo, existen bandejas fijas y en la parte delpasillo se aprovecha el espacio con las bandejas móviles ya sea deslizantes oportátiles. Son utilizados en productos ligeramente pesados, ejemplos: alfa alfa,etc.

OPERATIBILIDAD DE SECADORES SOLARES

a.- Secadores Solares desmontables.- Son aquellos que en su totalidad desus piezas de la estructura se adosan entre tetones y hembras, donde estas a suvez van aseguradas por pernos. Estos secadores son diseñados máspropiamente para prototipos en las cuales no es fácil el traslado, montaje ydesmontaje.

b.- Secadores Solares Semi - desmontables.- son aquellos secadores quetienen arcos fijos y que simplemente, están separados por travesaños



asegurados por pernos en estos secadores las bandejas pueden ser fijas comomóviles.

c.- Secadores Solares Fijos.-estos secadores son de estructura fija, o sea sonunidas en todas sus partes por soldadura oxígeno-acetileno.

CLASIFICACIÓN DE LOS SECADORES

Se clasifican según el modo de calentarse o manera que se utiliza el calorderivado de la radiación solar:

1. Secadores solares directosSon aquellos secadores donde el producto a deshidratarse, se coloca en unreceptáculo con cubierta o panales laterales transparentes. El calor es generadopor la absorción de radiación solar sobre el producto mismo así como lassuperficies internas de la cámara secadora. Este calor evapora la humedad delproducto que ha de sacar. Además sirve para expandir el aire en el recinto,provocando así la eliminación de la humedad por la circulación del aire. Lacubierta de plástico estabilizado impide la filtración de rayos ultravioletas y ladisipación de los rayos infrarrojos, la cual evita el daño y pérdidas en cuanto asus propiedades nutritivas del producto, generalmente son usados para: frutas,legumbres, hortalizas y otros.

2. Secadores solares indirectosSon aquellos secadores en el que la radiación no cae directamente sobre el

producto, logrando secar en sombra o en oscuridad. Esta clase de secadorrequiere de un colector adicional, éste absorbe el calor y luego transmite a lacámara de secado, estos secados son fijos en su estructura, se utiliza paraplantas medicinales, hierbas, rocoto, etc.

3. Secadores solares mixtos (directos e indirectos)En estos secadores, la acción combinada de la radiación no cae directamentesobre el material que se ha de secar, precalentado en colector solar y seconduce luego a la cámara de secado para deshidratar el producto.

4. Secadores solares de maderaEstos secadores se han puesto en una categoría especial, porque constituyen

una importante aplicación de esta tecnología, en la mayoría de los casos se

utiliza ventilación forzada, ya que la circulación apropiado del aire ayuda a

moderar el ritmo del secado a fin de evitar el endurecimiento superficial

5. Otros secadoresEn los sacadores de cámara el material se seca en receptáculo. En lossecadores bastidores o de bandejas el material se coloca sobre bastidores de



tela metálica o similar. En los secadores híbridos se utilizan potra fuente deenergía como ser: un combustible o electricidad, para suministrar calor oventilación suplementarios.

Elementos de un secador solar.

Los elementos básicos de un secador solar son: el colector, donde la radiacióncalienta el aire, y la cámara de secado, donde el producto es deshidratado por elaire que pasa en su interior. El colector solar plano tiene como propósitoel calentamiento de un fluido, habitualmente agua o aire, comúnmente el fondo ycostados del colector son aislados térmicamente.

Colector.

Existen diferentes tipos de colectores solares tales como:

El colector con superficie absorbente metálica, la superficie absorbente esmetálica y para asegurar un mejor contacto térmico con el aire la misma

suele ser ondulada o doblada en V, la superficie transparente puede serde vidrio o de plástico, se sabe que los colectores metálicos suelen tenerun costo mayor pero trabajan con mejor eficiencia térmica.

Otro tipo de colector es el colector con superficie absorbente de plástico,en estos colectores la superficie absorbente está fabricada con un plásticonegro, el absorbente está construido con una manga de color negro que seinfla con el paso del aire, en este tipo de colectores no se usa aislantetérmico, debe cuidarse especialmente una circulación adecuada de airepara evitar que el plástico negro aumente mucho su temperatura, en cuyocaso puede fundirse o quemarse.

El colector de matriz porosa. El colector está constituido por un ducto cuya

superficie superior es transparente, a lo largo del mismo se extiende endiagonal una superficie negra porosa, la misma puede estar construida convarias capas de malla metálica pintada y otro material similar a la fibra devidrio. El aire entra por la parte superior del ducto y atraviesa la malla,que se calienta al sol, de arriba abajo. Estos colectores logran un muybuen contacto térmico entre la superficie absorbente y el aire debido a lagran superficie de la malla porosa.

Cámara de secado.

Existen diversos tipos de cámara de secado siendo uno de los más relevantes laestantería, en la cual el producto es colocado en un conjunto de estantes

superpuestos y expuestos al aire. Habitualmente el estante es construido conalgún material perforado como puede ser malla de alambre, estructura de caña.El gabinete, es otro tipo de cámara de secado que consta de una caja con unasola bandeja donde se coloca el producto. El mismo puede ser horizontal oinclinado, habitualmente una de sus caras permite la entrada de la radiación paraefectuar el secado. La Cabina es también una cámara de secado, consta de unacaja pero en vez de una sola bandeja, usa varias súper puestas como parte deuna estructura vertical, habitualmente las bandejas tienen su fondo perforado, en



algunos casos sus lados o techos permiten la entrada de radiación.

2. Generar alternativas

La energía del Sol, se puede utilizar correctamente para beneficio de la salud y

para la economía familiar. Para ello, se han creado métodos o procedimientos

que aseguran un buen proceso secado a través de aparatos especialmente

diseñados.

Conservarlos alimentos durante muchos meses y consumirlosconservados en períodos de escasez o fuera de temporada.

Asegurar la calidad de la alimentación de la f amilia durantetodo el año.

Aprovechar la energía gratis y limpia del sol y la gran cantidadde frutas que todos los años se producen, como mangos, piñas,aguacates y entre otras sólo durante muchos meses.

Generar trabajo. Las frutas y otros alimentos, se pueden secar,guardar adecuadamente y preparar para la venta, de esta manera

se puede abrir una nueva fuente de trabajo. La elaboración de

frutas secas para consumo directo o en galletitas o en panes es

ahora, muy valorado por el azúcar y las vitaminas que poseen.

Para un mayor rendimiento, algunos modelos de secaderos solares de gran

capacidad disponen de un sistema de calefacción combinado. Se usa un

combustible o energía eléctrica como fuente de energía auxiliar para los

periodos con deficiencia de radiación solar, para los días nublados y para seguir

trabajando en horas de la noche.

El proceso de secado se produce por la acción de aire cálido y seco, que pasa

por los productos a secar, ubicados generalmente en bandejas en el interior del

secadero. De esta forma la humedad contenida en los alimentos se evapora a la

superficie de los mismos y pasa en forma de vapor al aire, que los rodea.

IV. DISEÑO PRELIMINAR

Una vez que seleccionamos el tema, el siguiente paso consistió en definir lomejor posible las características del proyecto, para lograrlo realizamos una

búsqueda de información sobre diferentes tipos de secadores solares y suprincipio de funcionamiento. Esta búsqueda se hizo en internet y preguntando aamigos y conocidos que conocían del tema. Encontramos que a nuestro alrededorexisten personas con conocimientos especializados que nos pueden ayudar,siendo indispensable que nosotros tengamos claro qué es lo que deseamoshacer, es decir, saber preguntar. Finalmente, se elaboró un diseño preliminar delsecador, esto nos permitió identificar los componentes principales del secador



solar. Estos componentes se describen en la siguiente sección, pero básicamenteson el colector solar y la cámara de secado.Uno de los requerimientos del proyecto es aprovechar al máximo los objetos que

podamos encontrar en nuestro entorno cercano y reutilizarlos. Considerando esto

y comprendiendo las características de los componentes principales de secador,

nos dimos a la tarea de buscar objetos que pudiésemos utilizar para construir elcolector solar y la cámara de secado.

1. Modelar o analizar el diseño

Secador directo:

Bandeja con

Producto

Cubierta de vidrio

transparente

Ventanilla para

la salida de aireHúmedo

Pared

aislante

Agujeros para la

entrada de aire fresco

Entrada del

producto



Figura 1. Vista lateral del diseño de secador solar

Secador indirecto:

Figura 3. Diseño del colector

2.80m

1.20m

1.50m

1

3

2

4

6

5

1. Colector

2. Entrada de aire fresco

3. Salida de aire caliente

4. Entrada de bandeja

5. Bandeja

6. Cubierta de vidrio

transparente



Figura 4. Diseño del secador solar indirecto

2. 3. Probar y evaluar el diseño

secado del chuño tradicional.

Lamina de aluminio

Bandeja de secado

del roducto

Registrador de

velocidad de viento

Chimenea

Salida de aire

caliente y húmedo

Caja mentor

Caja

Tuerca fijadora

de la puerta

Ranura de

lanzamiento

Puerta deslizablePuerta de ingreso

de aire frio

Aislamiento de

tecnoport

Placa absolvedora

de radiación

1.00m

0.20m

0.88m

0.80m

0.10m



Secado del chuño en el secador solar:

Aplicación del secador para otros productos



Figura 6. Resultados del secado en el secador solar.

V. ISEÑO DETALLADO

5.1.- Afinar y optimizar el diseño

5.1.1.- Principio de funcionamiento.

El secador solar elimina la humedad de los alimentos por medio de absorción de

la humedad al circular un flujo de aire caliente a través de los alimentos. Existen

varios tipos de secadores solares, el que nosotros implementamos es de tipo

indirecto, donde el colector solar y la cámara de secado están separados. Su

principio de funcionamiento es el siguiente: el aire entra a temperatura

ambiente al colector solar y es calentado en él por efecto invernadero, una vez

calentado el aire en el colector éste tiende a circular por efecto de una diferenciade presión, circulando hacia la cámara de secado, el aire caliente con la

humedad extraída de los alimentos es expulsado por una chimenea, este

proceso continúa cíclicamente mientras el colector solar se encuentre expuesto

a la radiación solar. En la siguiente figura se pueden este principio de

funcionamiento y los dos principales componentes del secador solar.

5.1.2.- Construcción.

Como se mencionó anteriormente, uno de los requerimientos del proyecto es

la construcción del secador solar utilizando componentes de reuso. La forma

como se construyeron los dos principales componentes se describe a

continuación.

Colector solar.

Utilizamos una caja de madera que había servido para construir un jardín zen,

por lo que tenía algunas divisiones de madera que hubo que eliminar. Una vez

retiradas las separaciones cubrimos el fondo con una bolsa de plástico negro.

Para la entrada de aire se realizaron seis perforaciones en el frente y para evitar

la entrada de insectos se colocó en ellos tela de alambre. Para mantener más

tiempo el calor en el colector, colocamos algunas piezas de carbón, los

travesaños de madera que se aprecian en la tercera y cuarta imagen se

colocaron para mejorar el fijado de la cubierta plástica y para evitar que el



carbón que colocamos se deslice, dado que el colector tendrá una posición

inclinada. Finalmente, colocamos una cubierta de acrílico transparente. El uso

de vidrio en vez de acrílico es más apropiado, sin embargo siguiendo el requisito

de reutilización de partes, utilizamos un acrílico que alguien tenía en casa y no

utilizaba.

Cámara de secado.

Utilizamos una caja de madera que había servido para guardar objetos como

lápices y artículos de oficina varios. La caja era ideal para ser usada como

cámara de secado ya que estaba totalmente cerrada y tenía una puerta

deslizable. Para acondicionarla sólo fue necesario realizar las perforaciones

necesarias para el paso del aire caliente proveniente del colector solar, así

como una perforación más para la chimenea. Finalmente se colocaron guíaspara colocar las bandejas de secado, utilizando material que encontramos por

ahí. Las charolas las construimos provisionalmente con tela de alambre, sin

embargo, como se trata de manejo de alimentos, se recomienda que las

charolas sean de acero inoxidable o, en su defecto, de plástico, de tal forma que

puedan lavarse cada vez que vaya a colocarse alimento.

Ensamblado

El ensamblado de los componentes principales se realizó de tal manera que

pudiese ser desensamblado fácilmente, con la finalidad de poder

experimentar con diferentes materiales e instalar algún tipo de medición

de temperatura, pero sobre todo para poder mostrarlo con fines didácticos. Esto

lo logramos utilizando un travesaño de soporte para nivelar la cámara de secado

debido a la inclinación necesaria en el colector solar, y uniéndolas por medio de

bisagras. Se agregó un aseguramiento adicional por medio de una aldaba para

evitar que el aire derribe a la cámara de secado. Finalmente, para lograr la

inclinación del colector solar se utilizaron dos ménsulas.

VI. COMUNICACIÓN DEL DISEÑO

Diseñador

Cliente

Usuario



Este triángulo diseñador, cliente y usuario es un esfuerzo donde intervienen las

tres partes, a partir de esta comunicación satisfaces las necesidades de ambos

grupos.

VII. DECISIÓN FINAL

Un diseño de equipo como el secador solar de alimentos permite la aplicación deconocimientos sobre diseño, simulación y manejo de máquinas herramientas.Así como la experiencia de trabajar en conjunto con profesores expertos entemas de construcción y energías alternativas, permitiendo la retroalimentaciónde los estudiantes ya que ponen en práctica habilidades y conocimientosadquiridos durante los cursos y sus experiencias previas en prácticasprofesionales. Este diseño de secador solar permite a los estudiantes interactuarcon otros compañeros que puedan brindar consejos y aportar experiencia para

el logro de objetivos.En futuros trabajos se continuará con las pruebas térmicas del prototipode secador solar y las con los diferentes productos de nuestra región.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Aldo H. Santamaría Pérez, Marina I. García Rosas, Juan F.Bárcenas Graniel. (2008). “Diseño de un prototipo de secador solarpara el beneficio de la vainilla” . XXXII Semana de Energía Solar. MéridaYuc. Octubre, p. 571

– 575. Duffie and Beckman. (1991) Solar Engineering of Thermal Processes.2da.

Ed. Wiley and Son. Inc. N.Y. Adolfo Genaro Finck Pastrana, (2007), Curso de Secado Solar,

XXXI Semana de Energía Solar, Zacatecas, Zac.

DISEÑO DE EQUIPO

Documents

Transcript of DISEÑO DE EQUIPO