Modelación y simulación de un sistema difusor de aire caliente para el secado asistido de cafés especiales en el Tolima.
Este trabajo tuvo como objetivo modelar y simular un sistema de tubería difusor de aire caliente, perteneciente a un sistema de secado hibrido solar – biomasa. Este difusor tiene como fin mejorar y homogenizar el proceso de secado de granos de café especial provenientes de la zona rural Tolimense. S...
- Autores:
-
Arrieta Viloria, Daniela
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad de Ibagué
- Repositorio:
- Repositorio Universidad de Ibagué
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/5056
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12313/5056
- Palabra clave:
- Café - Secado asistido
Café - Secado híbrido
Café especial
Secado
Remoción de humedad
Sistema distribuidor de aire
Secador hibrido
Energías renovables
Special coffee
Drying
Moisture removal
Air distribution system
Hybrid dryer
Renewable energies
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- openAccess
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Este trabajo tuvo como objetivo modelar y simular un sistema de tubería difusor de aire caliente, perteneciente a un sistema de secado hibrido solar – biomasa. Este difusor tiene como fin mejorar y homogenizar el proceso de secado de granos de café especial provenientes de la zona rural Tolimense. Se busca disminuir considerablemente la probabilidad de obtener granos defectuosos física e intrínsicamente, aumentando la calidad y el precio de la tasa final. El sistema difusor de aire tiene dimensiones de 7 metros de largo por 3 metros de ancho, dentro de este sistema existen dos ramales los cuales cuentan con cinco salidas bilaterales a 45° de la tubería base. La metodología aplicada para lograr el modelamiento matemático de este sistema, fue la aplicación de la ecuación de la conservación de la energía y la ecuación de pérdidas de carga primarias y secundarias de Darcy-Weisbach, para ello se tuvieron en cuenta variables como lo son el tipo de tubería y sus respectivos accesorios, las condiciones climáticas de la zona, humedades de entrada y de salida de los granos, la velocidad y temperatura de secado, dando como resultado una caída de presión en el ramal izquierdo y derecho de 301 y de 306, 81 Pa respectivamente. Análogamente, una vez determinado el caudal de diseño en 2,1 metros cúbicos por hora, se simuló el sistema de tubería con ayuda del software PIPEFLOW v3.44, en este programa se analizó el comportamiento del caudal a través de toda la red de distribución, dando como resultado, un caudal de flujo homogenizado de 0,1 ± 0,01 m3/h en cada uno de los 20 orificios de salida gracias a la implementación de varias válvulas tipo bola. A partir de esto, se logra una homogenización tanto del flujo volumétrico como de la temperatura de secado de 50°C en toda la marquesina, generando una considerable reducción el tiempo y el gasto energético que conlleve este proceso |
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Arrieta Viloria, D. (2022). Modelación y simulación de un sistema difusor de aire caliente para el secado asistido de cafés especiales en el Tolima. [Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/5056 |
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La metodología aplicada para lograr el modelamiento matemático de este sistema, fue la aplicación de la ecuación de la conservación de la energía y la ecuación de pérdidas de carga primarias y secundarias de Darcy-Weisbach, para ello se tuvieron en cuenta variables como lo son el tipo de tubería y sus respectivos accesorios, las condiciones climáticas de la zona, humedades de entrada y de salida de los granos, la velocidad y temperatura de secado, dando como resultado una caída de presión en el ramal izquierdo y derecho de 301 y de 306, 81 Pa respectivamente. Análogamente, una vez determinado el caudal de diseño en 2,1 metros cúbicos por hora, se simuló el sistema de tubería con ayuda del software PIPEFLOW v3.44, en este programa se analizó el comportamiento del caudal a través de toda la red de distribución, dando como resultado, un caudal de flujo homogenizado de 0,1 ± 0,01 m3/h en cada uno de los 20 orificios de salida gracias a la implementación de varias válvulas tipo bola. A partir de esto, se logra una homogenización tanto del flujo volumétrico como de la temperatura de secado de 50°C en toda la marquesina, generando una considerable reducción el tiempo y el gasto energético que conlleve este procesoThe objective of this investigation was to model and simulate a hot air diffuser pipe system, belonging to a hybrid solar – biomass drying system, which is intended to improve and homogenize the drying process of special coffee grain from Tolimense rural area. This is the order to reduce the probability of obtaining physically and intrinsically defective grains, increasing the quality and the price of the final rate. The diffuser system has dimensions of 7 meters long by 3 meters wide. This system has two branches which have five bilateral outlets at 45° from de base pipe. The methodology applied to achieve the mathematical modeling of this system was the application of the energy conservation equation the Darcy – Weisbach load loss equation. For this study were necessary taken into account some variables like the climatic conditions of the area, grain inlet and outlet humidity, drying speed and temperature. Results in a pressure loss load in the left and right branches of 301 and 306,81 Pa respectively. The design flow rate id determinate at 2,1 cubic meter per hour. Finally, the piping system is simulated with the PIPEFLOW v3.44 software, in this program the behavior of the flow through the entire distribution network was analyzed, resulting in a homogenized flow rate in 0,11 m3/h in each of the 20 outlet holes thanks to the implementation of several ball type valves. From this, a homogenization of both the volumetric flow and the drying temperature of 50°C is achieved throughout the canopy, generating a considerable reduction in time and energy expenditure that this process entailsPregradoIngeniero Mecánico1. Introducción.....1 2. Marco teórico.....5 2.1. Grano de Café.....5 2.2. Proceso de Beneficio de Café.....6 2.2.1. Beneficio de Café en el Tolima.....6 2.3. Fase de Secado.....8 2.3.1. Defectos Durante el Secado.....9 2.3.2. Variables Importantes del Secado.....11 2.3.3. Tipos de secado.....13 2.3.3.1. Secador Natural Directo.....13 2.3.3.2. Secado Solar Parabólico Tipo Marquesina.....14 2.3.3.3. Secado en Bandejas Corredizas.....14 2.3.3.4. Secado Bajo Sombra.....15 2.3.3.5. Secado Mecánico.....15 2.3.3.6. Secado en Silo.....16 2.3.3.7. Secador Rotativo.....16 2.3.3.8. Secado Artificial Gas Licuado de Petróleo (GLP).....16 2.4. Secadores Híbridos.....17 2.4.1. Sistema de Secado Asistido.....17 2.4.2. Distribuidores de Aire.....19 2.4.3. Diseño de Sistema de Tubería como Distribuidor de Aire.....19 2.4.3.1. Regímenes de flujo de fluidos en tuberías.....19 2.4.3.2. Número de Reynolds.....20 2.4.3.3. Ecuación General de la Energía Teoría de Bernoulli.....21 2.4.3.4. Fórmula de Darcy.....22 2.4.3.5. Factor de Fricción.....22 2.4.3.6. Coeficiente de resistencia K, accesorios de tubería.....23 2.5. Medidores de Velocidad.....23 2.5.1. Anemómetro de hilo.....24 2.6. Simulación de Sistemas de Tuberías.....24 2.6.1. Software FluidFlow v.344.....25 3. Antecedentes.....27 3.1. Justificación.....30 3.2. Objetivos.....31 3.2.1. Objetivo general.....31 3.2.2. Objetivos específicos.....31 4. Metodología de Investigación.....33 4.1. Lugar de Adaptación.....33 4.2. Condiciones Iniciales de Diseño.....33 4.3. Hipótesis de diseño.....34 4.4. Selección de material.....34 4.5. Modelado matemático.....35 4.6. Simulación de FluidFlow v3.44.....47 4.6.1. Simulación Prototipo Tubería sin Válvulas.....47 4.6.2. Simulación Prototipo con Válvulas.....48 4.6.3. Simulación Estructura Final Difusor de Aire Caliente.....50 4.7. Planos del Sistema distribuidor de aire.....57 5. Conclusiones y Recomendaciones.....65 6. Referencias.....6687 páginasapplication/pdfArrieta Viloria, D. (2022). 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