secador solar doméstico tipo gabinete
Páginas: 8 (1822 palabras)
Publicado: 24 de septiembre de 2015
Cálculo de las pérdidas y ganancia energéticas de un secador solar doméstico tipo gabinete
Por Ing. Ronald Andión Torres,
Dr. José A. Suárez Rodríguez y M.Sc. Susana Fonseca Fonseca
Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES), Santiago de Cuba, Cuba.
e-mail: ronald@cies.ciges.inf.cu
Resumen
La energía que recibimos del Sol nos aporta inmensas posibilidades para satisfacer lasnecesidades energéticas de nuestro planeta. De esta forma, los daños provocados al medio ambiente por la quema de combustibles fósiles se evitarían. En el presente trabajo se describen y calculan los coeficientes locales de transferencia de calor, a través de las diferentes partes que conforman un secador solar doméstico tipo gabinete. Se determinan, además, las pérdidas totales y ganancias de esteequipo, para obtener el valor de su energía útil.
Palabras clave: Secado solar, secador solar doméstico, transferencia de calor.
Introducción
La aplicación del secado solar al aire libre es una de las técnicas más antiguas para la conservación de los alimentos, pero esta aplicación tiene varias desventajas debido a que el producto está a expensas de los factores climáticos, como el viento, lalluvia, el polvo; así como a la posibilidad de contaminación del producto por animales e insectos.
La manera de superar esos problemas se logra aplicando un conjunto de equipos, procesos y técnicas que reciben el nombre de secado solar térmico.
Utilizar esas técnicas supone el empleo de equipos que permiten aprovechar la radiación solar y al mismo tiempo preservar los productos de la descomposicióndebido al contenido de humedad que presentan y, al mismo tiempo, protegerlos de las condiciones climáticas, así como de los animales.
Por otra parte, si se conocen cómo se producen las pérdidas en los equipos solares, es posible trabajar para minimizarlas y así obtener rendimientos térmicos más elevados, para poder mejorar los diseños de estos equipos. Es por esto que en el presente trabajo secalculan las pérdidas energéticas, así como la ganancia del equipo, para después obtener la energía útil.Descripción y funcionamiento del equipo
Como en cualquier secador solar, el principio de funcionamiento se basa en el efecto invernadero.
El equipo está compuesto por una cubierta de cristal y una superficie captadora (chapa metálica ennegrecida), y sus paredes son de madera, pintadas con pinturaepóxica, garantizando así el aislamiento térmico y el aumento de la vida útil del secador (Fig. 1).
Fig. 1. Secador solar de hollejo de naranja.
Al inicio del proceso el aire penetra al interior de la cámara de secado por un agujero que presenta en cada lateral el agente secante (aire), que al hacer contacto con el producto (colocado en dos bandejas fabricadas de malla metálica una encima dela otra), es extraída cierta cantidad de humedad. El aire, después de aumentar su temperatura y humedad en el interior de la cámara, es evacuado al ambiente por los agujeros de salida que están ubicados en la parte superior de la pared trasera, y de esta forma se produce el proceso de secado.
Desarrollo de los cálculos
Coeficiente integral de transferencia de calor entre el aire de la cámara y elambiente por la pared lateral (l = 0,584 m).
(1)
Donde:
h1.1: Coeficiente de transferencia de calor por convección entre el aire de la cámara y la pared lateral (W/m2K).
[δ1]: Espesor de la pared (0,015 m).
[λ1]: Conductividad térmica de la pared (madera) (0,12 W/mK) [Tabla A.8, Incropera, 2001].
h1.2: Coeficiente de transferencia de calor por convección entre la pared lateral y el ambiente(W/m2K).
h1.3: Coeficiente de transferencia de calor por radiación entre la pared lateral y el ambiente (W/m2K).
Cálculo de h1.1:
[(Ec. 3.1), Mikheyev]
Donde:
Tf: Temperatura del fluido igual a 40 ºC = 313 K
Tp: Temperatura de la pared igual a 38 ºC = 311 K
Tm = 39 ºC = 312 K
Con la temperatura media del aire buscamos las propiedades del fluido [Tabla 9, Sukomiel, 1977].
Tabla 1....
Por Ing. Ronald Andión Torres,
Dr. José A. Suárez Rodríguez y M.Sc. Susana Fonseca Fonseca
Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES), Santiago de Cuba, Cuba.
e-mail: ronald@cies.ciges.inf.cu
Resumen
La energía que recibimos del Sol nos aporta inmensas posibilidades para satisfacer lasnecesidades energéticas de nuestro planeta. De esta forma, los daños provocados al medio ambiente por la quema de combustibles fósiles se evitarían. En el presente trabajo se describen y calculan los coeficientes locales de transferencia de calor, a través de las diferentes partes que conforman un secador solar doméstico tipo gabinete. Se determinan, además, las pérdidas totales y ganancias de esteequipo, para obtener el valor de su energía útil.
Palabras clave: Secado solar, secador solar doméstico, transferencia de calor.
Introducción
La aplicación del secado solar al aire libre es una de las técnicas más antiguas para la conservación de los alimentos, pero esta aplicación tiene varias desventajas debido a que el producto está a expensas de los factores climáticos, como el viento, lalluvia, el polvo; así como a la posibilidad de contaminación del producto por animales e insectos.
La manera de superar esos problemas se logra aplicando un conjunto de equipos, procesos y técnicas que reciben el nombre de secado solar térmico.
Utilizar esas técnicas supone el empleo de equipos que permiten aprovechar la radiación solar y al mismo tiempo preservar los productos de la descomposicióndebido al contenido de humedad que presentan y, al mismo tiempo, protegerlos de las condiciones climáticas, así como de los animales.
Por otra parte, si se conocen cómo se producen las pérdidas en los equipos solares, es posible trabajar para minimizarlas y así obtener rendimientos térmicos más elevados, para poder mejorar los diseños de estos equipos. Es por esto que en el presente trabajo secalculan las pérdidas energéticas, así como la ganancia del equipo, para después obtener la energía útil.Descripción y funcionamiento del equipo
Como en cualquier secador solar, el principio de funcionamiento se basa en el efecto invernadero.
El equipo está compuesto por una cubierta de cristal y una superficie captadora (chapa metálica ennegrecida), y sus paredes son de madera, pintadas con pinturaepóxica, garantizando así el aislamiento térmico y el aumento de la vida útil del secador (Fig. 1).
Fig. 1. Secador solar de hollejo de naranja.
Al inicio del proceso el aire penetra al interior de la cámara de secado por un agujero que presenta en cada lateral el agente secante (aire), que al hacer contacto con el producto (colocado en dos bandejas fabricadas de malla metálica una encima dela otra), es extraída cierta cantidad de humedad. El aire, después de aumentar su temperatura y humedad en el interior de la cámara, es evacuado al ambiente por los agujeros de salida que están ubicados en la parte superior de la pared trasera, y de esta forma se produce el proceso de secado.
Desarrollo de los cálculos
Coeficiente integral de transferencia de calor entre el aire de la cámara y elambiente por la pared lateral (l = 0,584 m).
(1)
Donde:
h1.1: Coeficiente de transferencia de calor por convección entre el aire de la cámara y la pared lateral (W/m2K).
[δ1]: Espesor de la pared (0,015 m).
[λ1]: Conductividad térmica de la pared (madera) (0,12 W/mK) [Tabla A.8, Incropera, 2001].
h1.2: Coeficiente de transferencia de calor por convección entre la pared lateral y el ambiente(W/m2K).
h1.3: Coeficiente de transferencia de calor por radiación entre la pared lateral y el ambiente (W/m2K).
Cálculo de h1.1:
[(Ec. 3.1), Mikheyev]
Donde:
Tf: Temperatura del fluido igual a 40 ºC = 313 K
Tp: Temperatura de la pared igual a 38 ºC = 311 K
Tm = 39 ºC = 312 K
Con la temperatura media del aire buscamos las propiedades del fluido [Tabla 9, Sukomiel, 1977].
Tabla 1....
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