Embed Size (px)
Citation preview
ANÁLISIS NUMÉRICO DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN ESTADO TRANSITORIO DEL
SISTEMA JABA/MANGOS UTILIZADO EN EL TRATAMIENTO HIDROTÉRMICO DEL MANGO
PhD. MENDOZA ORBEGOSO ELDERPhD. MARCELO ALDANA DANIELBch. CASTRO MONROE DANIEL
Ph.D. LA MADRID OLIVARES RAÚLPh.D. OQUELIS CABREDO JUSTO
Sección EnergíaUniversidad de Piura
Av. Ramón Mugica 131, Piura
INTRODUCCIÓN (1/3)
• El mango es uno de los productos
bandera de Perú.
• Su producción está concentrada
en el norte del Perú (Piura: 68 -
72%).
• Esta fruta es la más apreciada y
pagada por EE.UU., Europa y
Países Asiáticos.
MANGO
INTRODUCCIÓN (2/3)
• La mosca de la fruta (CeratitisCapitata) es una de las plagas más dañinas del mundo.
• Ésta plaga ataca aproximadamente entre 250 plantas de vegetales y frutas.
• En Perú, es la plaga más temida por los productores de mango, debido a que crea barreras a la exportación de este producto a otros países.
MOSCA DE LA FRUTA
• Si se desea exportar mangos, éstos deben pasar por un proceso que elimine las larvas de la mosca de la fruta.
• El tratamiento hidrotérmico es un proceso ampliamente usado por compañías exportadoras.
• Éste proceso consiste en sumergir el mango en agua caliente a una determinada temperatura por un determinado tiempo el cual es definido por protocolos fitosanitarios internacionales.
TRATAMIENTO HIDROTÉRMICO
INTRODUCCIÓN (3/3)
PROCEDIMIENTOS DE CUARENTENAPROCEDIMIENTO EE.UU. PROCEDIMIENTO JAPÓN
1. Los mangos deben estar sumergidos
entre 75 – 90 min dependiendo de su
tamaño.
2. La temperatura mínima del mango no
puede ser menor de 70 oF (21.1 oC).
3. Sensores de temperatura del agua (2)
deben monitorean los primeros 5 min y
se requiere que la temperatura del
agua no exceda 115 oF .
4. Después de los 5 min, la temperatura
del agua dentro del tanque no debe ser
menor de 115 oF (46.1 oC) por más de
1 min.
5. No existe restricciones para la
temperatura inicial del agua (<50 oC)
6. Utilizar 2 sensores de temperatura fijos,
en donde, su diferencia, no exceda 1.8 oF (1 oC).
1. El periodo del tratamiento depende de la
temperatura final del mango 46 oC (114.8 oF) [90 - 110 min].
2. La temperatura mínima del mango no
puede ser menor de 70 oF (21.1 oC).
3. Un sensor de temperatura del agua (1)
monitorea exhaustivamente los primeros 5
min y se requiere que la temperatura del
agua no exceda 115 oF .
4. Después de los 5 min, la temperatura del
agua dentro del tanque no debe ser menor
de 115 oF (46.1 oC) por más de 1 min
5. La temperatura inicial del agua no debe
ser mayor a 47 oC (116.6 oF).
OBJETIVOS
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN 1
• Diseñar y analizar un nuevo equipo para el tratamiento hidrotérmico del mango (HÍBRIDO), que simultáneamente cumpla con las regulaciones fitosanitarias para exportación del mango a Estados Unidos y Japón (logrado).
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN 2
• Mejorar el Nuevo equipo diseñado (HÍBRIDO) para el tratamiento hidrotérmico del mango con la finalidad de reducir el tiempo de procesamiento y, por lo tanto, mejorar la productividad (trabajo en desarrollo).
METODOLOGÍA – PROYECTO 1
1. Desarrollar un modelo numérico 0-D.
2. Validar este modelo usando datos de campo medidos en el equipo
“ORIGINAL” utilizado para el tratamiento hidrotérmico del mango.
3. Diseñar el nuevo equipo de tratamiento Hidrotérmico “HÍBRIDO”
que cumpla con los protocolos de Estados Unidos y Japón.
4. Utilizar herramientas CFD para comprar el comportamiento
fluidodinámico y térmica de los equipos “ORIGINAL” e “HÍBRIDO”.
5. Construir y probar el nuevo equipo “HÍBRIDO” con la finalidad de
verificar las mejorar hechas.
RESULTADOS I VALIDACIÓN DEL MODELO 0-D
• Vagua = 19 m3
• T0,agua = 119.6 F
• mvapor = 20 g/s
• Mmango = 4 Ton
Caso de estúdio: Equipo “ORIGINAL” (Pruebas EE.UU.)
.
RESULTADOS II DISEÑO DEL SISTEMA HÍBRIDO
T0,agua = 116.6 F Mmango = 4 Ton
mvapor = 30 g/s
Análisis Paramétrico (JAPÓN)
.
Equipo “Híbrido”
RESULTADO: Vagua = 30 m3
RESULTADOS III RESULTADOS DE SIMULACIÓN CFD
Comportamiento Fluidodinámico (velocidad del agua en el tanque)
“HÍBRIDO” “ORIGINAL”
COMPORTAMENTO TÉRMICO (serpentín)
“HÍBRIDO”
“ORIGINAL”
RESULTADOS III RESULTADOS DE SIMULACIÓN CFD
Parámetros “HÍBRIDO” “ORIGINAL” 𝒎𝒍𝒊𝒒,𝐬𝐚𝐥 20 g/s 19.999 g/s
𝒎𝒗𝒂𝒑,𝐬𝐚𝐥 0 g/s 0.001 g/s
𝑻𝐬𝐚𝐥 48.7 °C 99.7 °C
𝑯𝐞𝐧𝐭 −𝑯𝐬𝐚𝐥 2 576 kJ/kg 2 364 kJ/kg
𝑸𝐯𝐚𝐩𝐨𝐫 51.5 kW 47.3 kW
𝑨𝐢𝐧𝐭𝐞𝐫𝐜𝐚𝐦𝐛𝐢𝐚𝐝𝐨𝐫 11.34 m2 8.76 m2
𝒒𝑷´´ 4 543 W/m2 5 399 W/m2
“HÍBRIDO” “ORIGINAL”
RESULTADOS III RESULTADOS DE SIMULACIÓN CFD
• Temperatura del condensado a la salida se reduce en 50 oC.
• Consecuencia del incremento de la tasa de transferencia de calor a 4kW.
• Esto representa un incremento en la eficiencia térmica de hasta 9%.
RESULTADOS IV TEST DEL EQUIPO “HÍBRIDO”
“HÍBRIDO” “ORIGINAL”
CONCLUSIONES – PROYECTO 1
• El modelo matemático 0-D funciona!!!
• Sirve para el diseño preliminar del equipo para el tratamiento
hidrotérmico del mango.
• El nuevo equipo HÍBRIDO diseñado cumple con los
protocolos fitosanitarios para la exportación del mango a
Estados Unidos y Japón.
• Además, el equipo HÍBRIDO es térmicamente más eficiente
(9%) que el ORIGINAL.
OBJETIVOS
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN 1
• Diseñar y analizar un nuevo equipo para el tratamiento hidrotérmico del mango (HÍBRIDO), que simultáneamente cumpla con las regulaciones fitosanitarias para exportación del mango a Estados Unidos y Japón (logrado).
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN 2
• Mejorar el Nuevo equipo diseñado (HÍBRIDO) para el tratamiento hidrotérmico del mango con la finalidad de reducir el tiempo de procesamiento y, por lo tanto, mejorar la productividad (trabajo en desarrollo).
(A) Estado Estacionario: Análisis paramétrico, variando Upara determinar Nu = f(Re) [Tmango= 21 oC &
T = 47.5 oC]
Caso longitudinal Caso transversal
(B) Estado Transitorio: Evolución en el tiempo Tmango, q” y h a varios U con la finalidad de determinar el tiempo
de procesamiento del mango.
CASO DE ESTÚDIO: SISTEMA AGUA-MANGOS-JABAS
SISTEMA MANGO JABAS: ESTADO ESTACIONARIO (1/2)
Análisis paramétrico de la transferencia de calor como función de la velocidad
U [m/s]
h [
W/m
2 /K
] Nu = 0.0346 Re0.90
Nu = 0.0317 Re0.91
Análisis paramétrico de la transferencia de calor como función de la velocidad
U [m/s]
q”
[W
/m2]
SISTEMA MANGO JABAS: ESTADO ESTACIONARIO (2/2)
q”
t= 0 min.
Evolución de la temperatura del mango a distintas velocidades paraU= 0.3 m/s (Caso Longitudinal)
t= 5 min.
SISTEMA MANGO/JABAS: ESTADO TRANSITORIO (1/7)
t= 10 min. t= 20 min.
t= 40 min. t= 60 min. t= 90 min. t= 110 min.
Evolución de la temperatura del mango a distintas velocidades paraU= 0.3 m/s
Caso LongitudinalCaso Transversal
SISTEMA MANGO/JABAS: ESTADO TRANSITORIO (2/7)
Evolución de la temperatura del mango a distintas velocidades (Caso Longitudinal)
t [min]
T man
go[o
C]
SISTEMA MANGO/JABAS: ESTADO TRANSITORIO (3/7)
Evolución en el tiempo de la temperatura media del mango a distintas velocidades (Caso Longitudinal)
t [min]
T man
go[o
C]
SISTEMA MANGO JABAS: ESTADO TRANSITORIO (4/7)
SISTEMA MANGO/JABAS: ESTADO TRANSITORIO (5/7)
Simulaciones transitorias (Sistema Mango/Jabas)
85
90
95
100
105
110
115
120
125
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Tiem
po
de
pro
cesa
mie
nto
(m
in)
Velocidad del agua (m/s)
Pro
ceso
s la
rgo
s!!!
Potencia mecánica elevadísima!!!
90
90.5
91
91.5
92
92.5
93
93.5
94
94.5
95
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Tiem
po
de
pro
cesa
mie
nto
(m
in)
Velocidad del agua (m/s)
Evolución en el tiempo de la temperatura media del mango a distintas velocidades (Caso Longitudinal)
t [min]
h [
W/m
2 K]
SISTEMA MANGO/JABAS: ESTADO TRANSITORIO (6/7)
Evolución en el tiempo del flujo de calor distintas velocidades (Caso Longitudinal)
t [min]
q”
[W
/m2 ]
SISTEMA MANGO/JABAS: ESTADO TRANSITORIO (7/7)
q”
• Las propiedades térmicas prácticamente no son afectadas por la
orientación del flujo tanto para el caso Longitudinal como
Transversal.
• Se estimó una correlación del h = f(Re) = C Rex para el sistema
mangos/jaba.
• Se determinó el rango de velocidades del agua (0.05 – 3 m/s) en el
cual el tiempo de procesamiento del mango se puede reducir de 110
a 95 min.
• La velocidad afecta fuertemente la tasa la de transferencia de calor
durante los primeros 5 minutos.
CONCLUSIONES – PROYECTO 2
Los autores agradecen al CONCYTEC. por financiar el proyecto
No 127-2015-FONDECYT titulado: “Mejoras Innovadoras de los
Equipos de Tratamiento Hidrotérmico del Mango que Cumplen
con los Protocolos Fitosanitarios de Exportación a los
Mercados de Japón y Estados Unidos en el Valle de San
Lorenzo-Piura”
AGRADECIMIENTOS
PhD. MENDOZA ORBEGOSO ELDERPhD. MARCELO ALDANA DANIELBch. CASTRO MONROE DANIEL
Ph.D. LA MADRID OLIVARES RAÚLPh.D. OQUELIS CABREDO JUSTO
Sección EnergíaUniversidad de Piura
Av. Ramón Mugica 131, Piura
Gracias!!!
