UNIVERSIDAD DE CUENCA

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EVALUACION DE UN SECADOR SOLAR PARA EL

MEJORAMIENTO DE LA EFICIENCIA ENERGETICA EN

LA PEQUEÑA INDUSTRIA

Jorge M Siguencia A.

1. INTRODUCCION ( EFICIENCIA)

2. METODOLOGIA DE EVALUACION

3. RESULTADOS OBTENIDOS

Introducción

•

CONSTITUCION

Art: 413. El Estado promoverá la eficiencia energética, el

desarrollo y uso de prácticas y tecnologías ambientalmente

limpias así como de energías renovables diversificadas de bajo

impacto, que no pongan el riesgo la soberanía alimentaria, el

equilibrio ecológico ni el derecho al agua.

•

EFICIENCIA

La eficiencia de un dispositivo tecnológico, desde el punto de vista de una empresa que persigue el lucro como objetivo, se define como el cociente entre el beneficio y el costo de inversión. (Perry, 1999):

• Eficiencia

=

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜

• La eficiencia de secado es el parámetro más importante que se busca en este estudio, ahora bien, al hablar de eficiencia debemos hacer una distinción ¿a qué eficiencia nos estamos refiriendo?.

• Si bien es cierto la eficiencia térmica aparentemente sería la más importante por cuanto nos indica el tiempo en el cual nuestro producto alcanzará la humedad de equilibrio en razón a la velocidad de secado, sin embargo no es menos importante el factor económico que implicaría construir el equipo a gran escala, por lo que la eficiencia térmica como económica deben ir de la mano para que este proyecto sea factible, no hay que olvidar que se debe involucrar a pequeños productores que en su mayoría no poseen grandes recursos económicos.

06/06/2013 Taller de eficiencia energética INER

•

OBJETIVO DE LA INVESTIGACION

• Evaluar un secador solar con absorbedor de zeolita para ser utilizado por pequeños industriales y productores.

• Comparar el prototipo de secador solar con el secado tradicional en tendal.

• Determinar la eficiencia térmica y económica del secador solar.

Para lo cual se debe realizar los estudios cinéticos y modelación matemática en el prototipo por considerar, y del estudio económico correspondiente.

Metodología

ESCENARIOS DE EVALUACION

1. Determinación de la humedad inicial de la muestra en laboratorio

En una muestra de cacao fermentado se realiza la determinación del contenido inicial de humedad según lo establecido por (Nielsen, 2003).

• Contenido inicial de humedad del cacao = 57%

• Contenido de materia seca = 43%

2. Determinación de la pérdida de peso del cacao en el experimento

Para lo cual se construye la curva de secado partiendo de la masa inicial de 3 kg de cacao para cada experimento, con intervalos de 30 minutos.

PESO DE CACAO (kg) INCLINACION (%) ZEOLITA(kg) ESCENARIO 3 5 12 1 3 15 12 2 3 * * 3*

𝑚𝑤 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑘𝑔 𝑚𝑠 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑘𝑔 𝑚 = 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑘𝑔 𝑤𝑖 = 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑤 = 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑘𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑘𝑔 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑣 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑘𝑔 ℎ𝑚2

0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00% 45,00% 50,00% 55,00% 60,00% 65,00% 70,00% 75,00% 80,00% 85,00% 90,00% 95,00% 100,00% 0 10 20 30 40 50 60 % Hu m e d ad R e lativ a Humedad de equilibrio % ISOTERMA DE SORCION EN CONDICIONES EXPERIMENTALES %HR VS H EQ

3. Cálculo del tiempo total de secado

• Partiendo de que la duración total del proceso es la suma de 2 tiempos. El primero conocido como antecrítico y el segundo llamado poscrítico.

• 𝑡𝐼 = 𝑚𝑠 𝐴𝑊𝐷𝐼 𝑋1 − 𝑋𝑐𝑟 1.9 • 𝑡𝐼𝐼 = 𝑚𝑠 𝐴 𝑑𝑋 𝑊𝐷𝐼𝐼 𝑋𝑐𝑟 𝑋2 (1.10)

• De donde el tiempo total para secar el producto desde una determinada humedad hasta la humedad de equilibrio es la suma de ambos tiempos, debiéndose tener en cuenta que la humedad de equilibrio lo establece la correspondiente isoterma de sorción del producto.

4. Diseño factorial 2k

En el campo de las investigaciones, la optimización es uno de los problemas de mayor importancia, ya sea para la localización de las variables que hacen máxima la eficiencia de un equipo o el establecimiento de condiciones de procesos que conducen al mayor rendimiento de un producto

Resultados

Curvas de secado en período antecrítico y poscrítico

Análisis ANOVA PARA INCLINACION-TIEMPO

Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P A:INCLINACION 0,000226845 1 0,000226845 17,79 0,0135 B:TIEMPO 0,0116586 1 0,0116586 914,31 0,0000 bloques 0,0 1 0,0 0,00 1,0000 Error total 0,000051005 4 0,0000127513 Total (corr.) 0,0119365 7 R-cuadrada = 99,5727 porciento

R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 99,2522 porciento Error estándar del est. = 0,00357089

Error absoluto medio = 0,002525

Estadístico Durbin-Watson = 1,5 (P=0,2346) Autocorrelación residual de Lag 1 = 0,125

La ecuación del modelo ajustado es

𝑤𝑖 = 0,699025 + 0,001065𝐼 − 0,012725𝑇

Diagram a de Pareto Estandarizada para HUMEDAD (w i) 0 10 20 30 40 Efecto estandarizado A:INCLINACION B:TIEMPO +

-Análisis ANOVA PARA ZEOLITA TIEMPO

Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P

A:ZEOLITA 0,00346944 1 0,00346944 20,61 0,0105 B:TIEMPO 0,0572234 1 0,0572234 339,88 0,0001 bloques 0,0 1 0,0 0,00 1,0000 Error total 0,000673445 4 0,000168361 Total (corr.) 0,0613663 7 R-cuadrada = 98,9026 porciento

R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 98,0795 porciento Error estándar del est. = 0,0129754

Error absoluto medio = 0,009175

Estadístico Durbin-Watson = 2,0 (P=0,4168) Autocorrelación residual de Lag 1 = -0,125

𝑤𝑖 = 1,10785 − 0,00347083𝑍 − 0,0281917𝑇

Diagrama de Pareto Estandarizada para HUMEDAD (w i) 0 4 8 12 16 20 Efecto estandarizado A:ZEOLITA B:TIEMPO +

-•

FOTOS

ANALISIS FINANCIERO

•

El rendimiento del secador se estima en 25 kg/m

_.

• TAMAÑO DEL SECADOR

25kg 1 m2

85kg x= 3,4 m2

• Tomado del Ministerio de Agricultura Ganadería Acuacultura y Pesca MAGAP,2001

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PRODUCCION PROMEDIO ANUAL 510 kg/Ha

NUMERO DE COSECHAS REPRESENTATIVAS 6

RENDIMIENTO POR COSECHA 85 kg/Ha

Descripción Unidad Cantidad P. Unitario P. Total Plancha de Policarbonato m2 _{3,4 40,00 136,00}

Zeolita kg 20 0,2 4,00

Soportes m2 _{6,8 9,00 61,20}

Estructura Global 1 60,00 60,00

Mano de obra Unitario 1 50,00 50,00

Total USD 311,20

Según datos del Instituto Nacional de Estadística y Censos (INEC 2010) en el Ecuador existen alrededor de 434.420 hectáreas de siembra de cacao de las cuales 4,2 % representan cultivos menores a 3 hectáreas.

INDICADORES FINANCIEROS ESTIMADOS

[1]_{Banco Central del Ecuador. www.bce.fin.ec/10/04/2013}

INGRESOS usd EGRESOS usd

PRECIO REFERENCIAL CACAO ( 45kg) 100 COSTO DEL SECADOR ( Inversión inicial) 311,2 RENDIMIENTO MENSUAL POR HECTAREA 42,5 GASTO MENSUAL EN COSECHAS/Ha 20 INGRESO MENSUAL POR VENTAS 94,4 GASTO MENSUAL INSUMOS QUIMICOS/Ha 6,66 INGRESO ANUAL POR VENTAS 1133,3 MANTENIMIETO MENSUAL /Ha 11,83

TOTAL INGRESO MENSUAL 94,4 TOTAL GASTO MENSUAL 38,49

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PERIODO MENSUAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 INGRESOS 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 94,4 EGRESOS 349,7 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 TOTAL -255,3 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 55,9 TIR 19% VAN $ 365,59 TOP 1,21%

BENEFICIOS

• Una empresa que ahorra energía obtiene más beneficios

• Reduce por tanto los costos de producción, mejorando la competitividad de las empresas.

• Disminuye la dependencia energética de exterior.

• Reduce el daño ambiental y la contaminación que afecta a la salud de todos.

• Aumenta la seguridad del abastecimiento de energía.

• Disminuye el consumo de recursos naturales.

• Reduce el deterioro al medio ambiente asociado a la explotación de recursos.

Por tanto la Eficiencia Energética (EE) es un "recurso" energético que cuenta con enormes ventajas, además de ser muy abundante y de bajo costo relativo. Por estas razones, la EE se encuentra en el primer lugar de la agenda política y económica de todos los países desarrollados. (EDP,2010)

•

PENSAMIENTO

• "Hay suficiente en el mundo para cubrir las necesidades de todos los hombres, pero no para satisfacer su codicia". (Mahatma Gandhi)