Diseño de colector solar para calentar aire en el proceso de secado de granos y cereales

El presente trabajo consta del diseño de un colector solar para el proceso de secado de granos y cereales. Durante el análisis de éste, se toma de referencia uno de los granos que son mayormente producidos en el departamento del Tolima, el café. Se trabaja con la producción de una hectárea (417 kg d...

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Autores:
Parra Quintero, Andrés Camilo
Osorio Quintero, Cristian Camilo
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad de Ibagué
Repositorio:
Repositorio Universidad de Ibagué
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/5043
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/20.500.12313/5043
Palabra clave:
Colector solar - Diseño
Colector solar - Proceso secado
Colector solar - Granos - Cereales
Colector solar
Proceso de secado de granos y cereales
Radiación solar
Solar collector
Drying process of grains and cereals
Solar radiation
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description El presente trabajo consta del diseño de un colector solar para el proceso de secado de granos y cereales. Durante el análisis de éste, se toma de referencia uno de los granos que son mayormente producidos en el departamento del Tolima, el café. Se trabaja con la producción de una hectárea (417 kg de café pergamino seco aproximadamente) para proceder al desarrollo adecuado del mecanismo para dicha cantidad. Habiéndose analizado los resultados obtenidos, se determinó un flujo másico de aire para el secado de 0.7879 kg/s para un tiempo estimado de 12 horas (estas horas de secado de este artefacto son durante 3 días aprovechando 4 horas diarias de radiación continua). También, se logra alcanzar un gran impacto ambiental y económico, ya que con los combustibles (gasolina, gas natural, alcohol, carburante, cisco, leña del café, carbón mineral, entre otros), que generalmente son empleados en este tipo de procesos, generan enormes cantidades de gastos económicos y producen grandes cantidades de gases contaminantes. Según lo anteriormente explicado, este sistema de calentamiento de aire por medio de un colector solar logra contrarrestar las emisiones de CO2 las cuales por secado se emiten un total de 15.9 m3 en la secadora Penagos de modelo SC-40 que tiene una capacidad de secado de 500 kg en 24 horas, esto es debido al aprovechamiento de la radiación solar en la ciudad de Ibagué – Tolima.
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spelling Hernández Sarabia, Héctor Mauriciobb3184cd-0df9-4e55-a3a0-dc319651fa85-1Parra Quintero, Andrés Camilo64ee2af4-28ad-49aa-ae2e-3d8d6b8f085a-1Osorio Quintero, Cristian Camilod21cd388-b5bf-4b2c-8dc1-afee22bf8a54-12025-04-28T16:40:17Z2025-04-28T16:40:17Z2023El presente trabajo consta del diseño de un colector solar para el proceso de secado de granos y cereales. Durante el análisis de éste, se toma de referencia uno de los granos que son mayormente producidos en el departamento del Tolima, el café. Se trabaja con la producción de una hectárea (417 kg de café pergamino seco aproximadamente) para proceder al desarrollo adecuado del mecanismo para dicha cantidad. Habiéndose analizado los resultados obtenidos, se determinó un flujo másico de aire para el secado de 0.7879 kg/s para un tiempo estimado de 12 horas (estas horas de secado de este artefacto son durante 3 días aprovechando 4 horas diarias de radiación continua). También, se logra alcanzar un gran impacto ambiental y económico, ya que con los combustibles (gasolina, gas natural, alcohol, carburante, cisco, leña del café, carbón mineral, entre otros), que generalmente son empleados en este tipo de procesos, generan enormes cantidades de gastos económicos y producen grandes cantidades de gases contaminantes. Según lo anteriormente explicado, este sistema de calentamiento de aire por medio de un colector solar logra contrarrestar las emisiones de CO2 las cuales por secado se emiten un total de 15.9 m3 en la secadora Penagos de modelo SC-40 que tiene una capacidad de secado de 500 kg en 24 horas, esto es debido al aprovechamiento de la radiación solar en la ciudad de Ibagué – Tolima.The present thesis consists of the design of a solar collector for the drying process of grains and cereals. During the analysis of this, one of the grains that are mostly produced in the department of Tolima, coffee, is taken as a reference. We work with the production of one hectare (Approximately 417 kg of dry parchment coffee) to proceed with the adequate development of the mechanism for this quantity. Having analyzed the results obtained, a mass air flow for drying of 0.7879 kg/s was determined for an estimated time of 12 hours (these hours of drying of this artifact are for 3 days taking advantage of 4 hours of continuous radiation daily). Also, a great environmental and economic impact is achieved, since with the fuels (gasoline, natural gas, alcohol, fuel, cisco, coffee wood, mineral coal, among others), which are generally used in this type of process, they generate huge amounts of economic costs and produce large amounts of polluting gases. As explained above, this air heating system by means of a solar collector manages to counteract CO2 emissions which, due to drying, they emit a total of 15.9 m3 in the SC-40 Penagos model dryer, which has a drying capacity of 500 kg in 24 hours, this is due to the exploitation of solar radiation in the city of Ibagué - Tolima.PregradoIngeniero MecánicoResumen.....3 Abstract.....3 Introducción.....11 Capítulo 1: Fundamentos.....3 1.1. Justificación del problema.....13 1.2. Objetivos.....15 1.2.1. Objetivo central.....15 1.2.2. Objetivos específicos.....15 1.3. Descripción del trabajo.....15 Capítulo 2: Marco teórico y antecedentes.....17 2.1. Estructura y funcionamiento del colector solar plano.....17 2.2. Variables ambientales.....24 2.2.1. Energía solar.....25 2.2.2. Radiación solar en Colombia.....26 2.2.3. Humedad relativa del aire.....28 2.2.4. Temperatura ambiente del aire.....29 2.2.5. Calor específico del aire.....29 2.2.6. Entalpía.....30 2.3. Tipos de granos y cereales cultivados en Tolima.....30 2.3.1. Tabla de propiedades.....32 2.4. Tipos de secado .....32 2.4.1. Secado natural.....32 2.4.2. Secado artificial.....33 2.4.3. Secadores de bandejas o armario.....34 2.4.4. Secador rotatorio.....34 2.4.5. Secador de túnel.....35 2.4.6. Secador de tambor.....35 2.5. Alternativas de colectores solares.....36 2.5.1. Colector solar de placa plana.....36 2.5.2. Colector solar de tubos de vacío.....37 2.5.3. Colector solar de cilindro parabólico.....38 2.6. Sistema de circulación de flujo de aire.....38 2.6.1. Sistema de circulación natural.....38 2.6.2. Sistema de circulación forzada.....39 2.7. Antecedentes.....40 Capítulo 3: Metodología.....43 3.1. Evaluación comparativa de alternativas.....43 3.2. Metodología de toma de decisiones.....43 3.3. Metodología de diseño .....44 Capítulo 4: Diseño de colector.....46 4.1. Calor específico del aire.....46 4.2. Calor específico del café.....47 4.3. Flujo másico del aire.....47 4.4. Balance de energía del aire.....48 4.5. Balance de energía del café.....49 4.6. Balance de energía del agua.....49 4.7. Área de contacto.....49 4.8. Pérdidas.....50 4.9. Balance de energía total.....50 4.10. Selección de materiales.....51 4.10.1. Carcasa.....51 4.10.2. Tubos.....51 4.10.3. Aislamiento.....52 4.10.4. Cubierta.....52 4.11. Margen de seguridad.....53 4.12. Dimensionamiento de tubos.....55 4.13. Diseño.....57 4.14. Planos del colector.....57 4.14.1. Planos del sistema fotovoltaico.....57 4.14.2. Planos del sistema mecánico.....58 Capítulo 5: Manual de operación y mantenimiento.....60 5.1. Mantenimiento y operación.....60 Capítulo 6: Análisis de costos y beneficios.....62 6.1. Análisis de costos.....62 6.2. Análisis de beneficios.....63 Conclusiones.....65 Recomendaciones.....65 Referencias bibliográficas.....6684 páginasapplication/pdfParra Quintero, A.C.; Osorio Quintero, C.C. (2023). 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