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SECCIN 1: Contextualizacin de la Investigacin
A) Situacin problica
En el mundo se utilizan grandes cantidades de recursos energticos en lasoperaciones de secado para disminuir la humedad a una determinada sustancia o
cuerpo, por medio de la evaporacin y eliminacin del agua contenida en la
misma.
El secado natural es la disminucin de humedad de los productos o materiales en
condiciones naturales sin incluir ningn equipo de proceso, como por ejemplo
secado al sol o al viento, secado artificial es el uso de equipos como ventiladores o
calentadores los cuales usan generalmente fuentes de energa para generar su
proceso.
El secado artificial brinda algunos beneficios sobre el secado natural como son la
calidad del producto deshidratado, la velocidad de secado, lo que influye tanto en
la calidad como en el costo del producto! las condiciones sanitarias y nutritivas
son mejores, al no estar el producto e"puesto a la accin directa del sol, la lluvia,
el polvo y los insectos! las operaciones de deshidratacin son m#s sencillas, y se
puede incluir un sistema de automatizacin y control del proceso. $as desventajas
del secado artificial son el alto costo de la instalacin por la adquisicin de
equipos y los costos de operacin ya que se requiere combustibles o energa
elctrica para la operacin de equipos.
$a energa solar es considerada una fuente inagotable de energa limpia, se puede
aprovechar directamente mediante la transformacin en calor conocida como
energa solar trmica y en energa elctrica como energa solar fotovoltaica. El
desarrollo de la energa solar en Europa pasa por el apoyo institucional para las
nuevas aplicaciones, desde la %omisin Europea se promueve programas y
directivas de apoyo a la produccin de calor y fro con energa solar, &$pez,
'(()*
+egn &$inohr, '(()* en -mrica $atina, como en ningn otro lugar, la energa
es inseparable de la poltica. El nacionalismo energtico, sumado a viejos
conflictos territoriales y falta de inversin, genera dificultades para lo que debera
ser el objetivo de largo plazo afianzar un mercado energtico comn. ay alianzas
%uba, /enezuela! 0"ico en %entroamrica, en 0ercosur /enezuela pero an
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falta mucho por hacer. $a energa solar pr#cticamente no se aprovecha, a pesar de
que tiene mucho futuro, sobre todo en las regiones apartadas y alejadas de las
redes.
En el Ecuador la mayora de secadores a nivel industrial utilizan un proceso que
quema algn tipo de combustible proveniente del petrleo en especial el 1$2 por
su bajo costo y f#cil manejo, a nivel de secadores rurales los mismos son
alimentados con el 1$2 de uso domstico los cuales en la actualidad cuentan con
un subsidio y que ser# eliminado en poco tiempo debido a las polticas energticas
que maneja el gobierno en donde prioriza el uso de la energa elctrica
proveniente de las centrales hidroelctricas que se han implementado o est#n en
construccin.
3na alternativa para reducir el costo de operacin que a futuro tendr# este tipo de
secadores es contar con una fuente adicional para calentar el aire que ingresa en la
c#mara de secado de los diferentes productos, al utilizar una de las energas de
fuente renovables se disminuir# el costo de operacin ya que no sera necesario el
pago mensual para utilizar esta energa.
+i no se corrige el problema del sistema de calentamiento de aire se corre el riesgode incrementar el costo del producto y disminuir la competitividad en el mercado,
reducir la ganancia por el mayor costo del 1$2 sin subsidio, reducir la calidad del
producto ya que se deber# prescindir de personal para reducir costos o hasta el
cierre de la empresa.
3na posible solucin para disminuir el consumo de combustible y el costo
operacional de la produccin de plantas arom#ticas secas es la utilizacin de la
energa solar en un sistema hbrido lo que reducir# el uso 1$2, reduciendo adem#s
las emisiones contaminantes al medio ambiente.
!) "eliitacin del problea # ob$eto
El secador de plantas arom#ticas.
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4%mo incide el +istema de %alentamiento de -ire para secar plantas arom#ticas
en el costo de operacin de la Empresa -grochambo en el cantn %hambo durante
el a5o '(678
C) %b$etivo general # capo de accin de la investigacin
%b$etivo general
9ise5ar un +istema de %alentamiento de -ire mediante el uso de Energa +olar
para el secado de plantas arom#ticas reduciendo el costo de operacin en la
Empresa -grochambo del cantn %hambo en el a5o ' (67.
%b$etivos espec&'icos
-nalizar el proceso de calentamiento de aire utilizado en la actualidad para
el secado de plantas arom#ticas
%uantificar el consumo de 1$2 que se utiliza en el actual sistema de
calentamiento de aire.
2lantear un sistema de calentamiento de aire mediante el uso de energa
solar.
1enerar un an#lisis de costo beneficio en la implementacin de un sistema
de calentamiento de aire con energa solar.
El sistema de calentamiento de aire.
") (usti'icacin de la investigacin
El secado de plantas arom#ticas es necesario para evitar su deterioro r#pido y
comercializarlo en el mercado durante un mayor tiempo, a nivel nacional e
internacional se ha priorizado el secado de diferentes plantas para asegurar la
disponibilidad del producto durante todo el a5o, adem#s en los pases
industrializados las personas prefieren el consumo de productos naturales entre los
que se encuentran plantas, frutas y hierbas medicinales y arom#ticas, el secador
actual utiliza el 1$2 para el calentamiento del aire que atraviesa el secador lo que
provoca un alto costo en la operacin e impacto ambiental al quemar este
combustible.
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El uso de fuentes alternativas de energa reduce el impacto ambiental que produce
los sistemas tradicionales y reduce el costo de combustible en la operacin del
sistema. $a energa solar es una opcin que se puede utilizar para el calentamiento
de aire.
Este proyecto se considera factible ya que el propietario de la empresa tiene la
apertura para que se tome datos y se genere el estudio necesario para el
planteamiento del sistema de calentamiento mediante el uso de energa solar.
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SECCIN II: arco terico preliinar e *iptesis de investigacin
A) +undaentacin legal
El gobierno ecuatoriano a travs de su poltica energtica ha impulsado el cambiodel consumo de energa de los hidrocarburos o derivados del petrleo por una
energa que contamine menos como son las hidroelctricas, centrales elicas y de
energa solar fotovoltaica.
$a %onstitucin de la repblica menciona en diversos artculos lo siguiente
Art, 1-,. :El Estado promover#, en el sector pblico y privado, el uso de
tecnologas ambientalmente limpias y de energas alternativas no contaminantes y
de bajo impacto. $a soberana energtica no se alcanzar# en detrimento de la
soberana alimentaria, ni afectar# el derecho al agua;.
Art, /10,.:El Estado promover# la eficiencia energtica, el desarrollo y uso de
pr#cticas y tecnologas ambientalmente limpias y sanas, as como de energas
renovables, diversificadas, de bajo impacto y que no pongan en riesgo la
soberana alimentaria, el equilibrio ecolgico de los ecosistemas ni el derecho al
agua;.
9entro de los objetivos del 2lan 6?, adem#s se cumple el
objetivo del buen vivir al utilizar energas renovables y prevencin de la
contaminacin ambiental.
!) Antecedentes de estudio
En la investigacin +ecador solar indirecto con flujo de aire forzado para
uacalera, quebrada de umahuaca, de los autores &%ondor 0., Echaz @.,
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+aravia $., '(()*, se manifiesta como se construy un secador solar para
diferentes productos mediante el uso de colectores con un superficie de 6(( m ', el
mismo se puede utilizar en el da calentando el aire o en la noche ya que se
aprovecha la baja humedad del aire pero con menor eficiencia energtica. El rango
de temperaturas que alcanza el aire al atravesar por los colectores es de >( A% a )(
A% y se utiliza un ventilador ya que se realiza mediante circulacin forzada, las
bandejas se disponen en carros para facilitar el manejo del producto al ingreso y
salida de la c#mara. +e logra resultados satisfactorios para eliminar
apro"imadamente el B( C de humedad de 7(( g de producto, el banco de
colectores puede variar la inclinacin para aprovechar de mejor manera la energa
del sol. +e utiliza materiales de larga duracin para que se pueda mejorar la tasa
de retorno de la inversin.
En la investigacin +ecador solar hbrido, dise5o y construccin, de los autores
&%ondor 0., Echaz @., 9uran 1., +aravia $., '((B* +e presenta un secador solar
destinado a la produccin industrial de pimiento para pimentn, circulacin
forzada de aire y calentamiento au"iliar mediante un quemador de le5a. 9ebido a
los colectores de m#s alta eficiencia que se utilizan y la incorporacin de
seguimiento diario de la altitud solar, se requiere menos de la mitad de #rea de
coleccin que el secador fijo. +e ha observado que por encima de los ?( m la
relacin entre el costo y el salto de temperatura obtenido resulta desfavorable. En
el caso del banco de colectores rebatibles, la eficiencia trmica de los mismos se
ve aumentada por la mayor radiacin incidente, por el uso de flujo de aire por
arriba y por debajo del absorbedor y por el mejor aislamiento trmico. En cuanto
al funcionamiento con el sistema hbrido se ha preferido continuar con la
cone"in en serie entre este y el banco de colectores. Esta estrategia garantizar# el
secado del producto en cantidades industriales en uno o dos das de sol,
manteniendo el ritmo de produccin actual pero reduciendo la cantidad de
biomasa debido a los mejores niveles de secado conseguidos durante el da con el
sistema solar. En este sentido las mejoras introducidas permitir#n un ahorro
energtico por un uso m#s eficiente de la energa de ambas fuentes de energa.
$a diferencia con respecto a la investigacin que se plantea es que no se utilizar#n
colectores solares para el calentamiento del aire, sino se utilizar# la concentracin
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de la radiacin solar directo al intercambiador de calor en donde tambin se
procede a quemar 1$2 form#ndose un sistema hbrido, adicional se contar# con
un control de temperatura el cual segn la energa solar disponible permitir# un
mayor o menor consumo de 1$2.
C) +undaentacin terica
3ropiedades '&sicas del aire *4edo
El aire hmedo tiene varias propiedades las cuales vara de acuerdo a la
temperatura como son calor especfico, viscosidad, conductividad trmica, las
cuales se calculan en general en base a ecuaciones utilizando la temperatura media
del aire &Dm*.
3ropiedades psicotricas del aire
En un proceso de secado es necesario modificar el fluido que producir# el secado
del producto por lo general el aire hmedo llamado as ya que es la mezcla de
varios gases con el vapor de agua, la mayora de estas propiedades se encuentran
tabuladas segn la temperatura y dependen de la altura del lugar en donde se
requiera el proceso, muchas de estas propiedades se enlistan a continuacin
2resin total 2resin de saturacin umedad absoluta umedad relativa Demperatura de roco Demperatura de bulbo hmedo Entalpia /olumen especfico
5ipos de Secado Solar
:El secado solar depende de cmo el aire llega al producto a secar y la forma en la
que la radiacin calienta el aire;, &-nnimo, +ecado +olar*.
5ipos de circulacin
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%uando el aire ingresa a la c#mara de secado debe contener menor humedad
previo calentamiento, atraviesa el producto llev#ndose el contenido de humedad,
para lo cual e"iste dos mtodos circulacin natural o circulacin forzada.
Circulacin 'orzada: +e utiliza un ventilador para impulsar el aire hacia
la c#mara de secado, este ventilador utiliza una energa convencional sea elctrica
o por algn combustible. Este sistema permite controlar el proceso cuando se
cuenta con un sistema de automatizacin. $a mayor desventaja de este sistema es
la necesidad de energa elctrica para girar el ventilador.
Circulacin por conveccin natural: El movimiento del aire hacia la
c#mara de secado se genera nicamente por la diferencia de densidades, al no
utilizar un equipo e"terior los tiempos de secado aumentan considerablemente.
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Captadores de edia # alta teperatura
+e requiere utilizar captadores solares de concentracin para lograr temperaturas
mayores a los 6'7 A%, siendo posible alcanzar temperaturas incluso superiores a
los ' ((( F%. $a concentracin de la radiacin solar depende de la temperatura
que se desee alcanzar y puede realizarse de diversas formas.
$as formas de concentracin solar m#s comunes segn indica &@ojas, '(6?* son
las siguientes
3tilizacin de una superficie reflectante que concentra mediante refle"in
la radiacin solar directa sobre un receptor o absorbente.
+igura 1,.%oncentracin solar mediante refle"in
3tilizacin de lentes Gresnel o lentes conve"as que concentran mediante
refraccin
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+igura 7,.%oncentracin solar mediante refraccin.
") 8iptesis
El uso de Energa +olar en el +istema de %alentamiento de -ire del secador de
plantas arom#ticas reducir# el costo de operacin en la empresa -grochambo del
cantn %hambo durante el a5o ' (67.
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SECCIN III: etodolog&a # estructuracin de la pro#ecto de investigacin
# desarrollo,
A) 3aradiga o en'o9ue episteolgico,
El paradigma cuantitativo tiene como finalidad asegurar la precisin o el rigor que
tiene la ciencia, busca las causas reales de los fenmenos para poder e"plicarlos,
controlarlos y predecirlos. +e basa en estadsticos, fenmenos observables
susceptibles de medicin, an#lisis matem#ticos y control e"perimental.
El paradigma cualitativo se utiliza para fenmenos que no pueden e"plicarse
desde el punto de vista cuantitativo, busca la comprensin del fenmeno y
profundiza en los diferentes hechos motivos de los hechos.
En esta investigacin se utilizar# el paradigma cualitativo y cuantitativo para
comprobar la hiptesis mediante la realizacin de encuestas, entrevistas y
mediciones de los indicadores de cada una de las variables, adem#s sobre la base
de este diagnstico se establecer#n conclusiones, descripciones de los resultados
de la investigacin.
!) Alcance de la Investigacin
En esta investigacin el alcance se enmarcar# en el an#lisis de la reduccin del
consumo de combustible 1$2 para el calentamiento del aire que sirve para secar
las plantas arom#ticas en la empresa -grochambo en el cantn %hambo durante el
a5o ' (67
C) "eterinacin de variables
$as variables que se utilizar#n en la siguiente investigacin son las siguientes
Independiente:+istema de calentamiento de aire.
"ependiente:%osto de operacin del proceso de secado.
") %peracionalizacin de ariables
5abla 1, atriz de operacionalizacin de variables
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ariable dependiente %osto de operacin en el proceso de secado
Concepto Categor&a Indicadores;te
5cnicasInstruento
sEs la
determinacindel costo delcombustible1$2 que seutiliza para
calentar el aire.
%onsumo 0asa g 0edicin %onteo
%onsumo 0asa gEntrevist
a%uestionario
Evaluacineconmica
%osto H %#lculo Ecuaciones
Evaluacineconmica
%osto HEntrevist
a%uestionario
ariable independiente +istema de calentamiento de aire
Concepto Categor&a Indicadores;te
5cnicas
Instruento
s
Es el an#lisis delsistema de
calentamiento de
aire que utilizael secador.
-bsorcinde la
humedadumedad C 0edicin
Dermmetrode bulbo
Energaganada
Demperatura A % 0edicin Dermocupla
/elocidaddel aire
Glujovolumtrico
m?Is 0edicin Glujmetro
%antidadde
producto0asa g 0edicin =alanza
%antidadde
producto0asa g
Entrevista
%uestionario
E) Sisteas de tareas por ob$etivos espec&'icos
-nalizar el proceso de calentamiento de aire utilizado en la actualidad para el
secado de plantas arom#ticas Jbservar el estado actual de los equipos que intervienen en el sistema de
calentamiento de aire. Domar mediciones del aire que interviene en el proceso de secado antes y
despus del calentamiento en el intercambiador, temperatura, porcentaje de
humedad, flujo de aire. 0edir la temperatura del aire al ingreso y a la salida del secador de aire.
9iagnosticar el consumo de 1$2 que se utiliza en el actual sistema de
calentamiento de aire para el secado de plantas arom#ticas.
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Entrevistar a los operadores de la planta para conocer los consumos de
combustible, cantidad de producto y otros necesarios en el proceso de
secado.
Kdentificar en el sistema de secado el proceso de combustin y determinar
las temperaturas que se alcanza en el intercambiador de calor.
2lantear un sistema de calentamiento de aire mediante el uso de energa solar.
Domar mediciones de la energa solar disponible en el lugar. %onsultar la bibliografa relevante al tipo de sistema solar para el
calentamiento de aire. @ealizar los c#lculos correspondientes para el dise5o del sistema solar a
implementar en el secador.
1enerar un an#lisis de costo beneficio en la implementacin de un sistema de
calentamiento de aire con energa solar. 2resupuestar los equipos, materiales y mano de obra necesarios para la
construccin del sistema de calentamiento mediante energa solar. -nalizar la disminucin del consumo de combustible. %omparar el costo de inversin del equipo solar con la reduccin en el
costo de operacin por disminucin del consumo de combustible.
+) Establecer todos< tcnicas # procediientos de investigacin
odalidad de investigacin
+e realizar# una investigacin de campo ya que es necesario tomar mediciones
tanto de la energa solar disponible en el lugar as como de algunas propiedades
del aire en el proceso de secado.
$a investigacin bibliogr#fica de te"tos que contengan estudios sobre sistemas de
secado con la utilizacin de energa solar, tcnicas de construccin y mejoras
desarrolladas en los diferentes prototipos o equipos construidos a nivel nacional einternacional.
+e efecta la investigacin e"perimental al realizar pruebas del sistema de secado
actual y del comportamiento del intercambiador de calor al reaccionar con la
energa solar.
2ara finalizar la investigacin se comprobar# si se trata de un proyecto factible al
generar una nueva propuesta para el calentamiento de aire y verificar si
econmicamente es un proceso que ofrece un mejor resultado econmico
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comparando la inversin inicial y los costos de operacin al reducir el consumo de
combustible 1$2.
Nivel o tipo de investigacin
+e realizar# una investigacin e"plicativa ya que es necesario conocer
e"perimentalmente como acta la energa solar en el calentamiento del aire que
ingresa al secador adem#s de calcular la cantidad de combustible que se
disminuir# en el proceso de secado de plantas arom#ticas, es necesario conocer
cmo reacciona el intercambiador de calor a la aplicacin de energa solar.
3oblacin # uestra
3oblacin
En la empresa -grochambo se cuenta con personal tcnico y administrativo que
desempe5a diferentes funciones, as como otros interventores que se indican a
continuacin
1erente propietario %ontadora Jperadores " ?
2ortero
%lientes
2roveedores
uestra
En este caso la muestra a ser entrevistada es todo el personal que trabaja
directamente en el proceso de secado de las plantas arom#ticas segn se indica a
continuacin
=erente . propietario: %onoce todos los procesos y costos a nivel
general. Contadora:9ispone de informacin sobre la adquisicin mensual del
combustible. %peradores x 0:Kntervienen directamente en el proceso de secado.
todo de Investigacin
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+e utilizar# el mtodo inductivo ya que se requiere investigar y analizar el aire que
actualmente atraviesa el sistema de calentamiento previo al secador, se realizar#
mediciones tanto del aire as como del consumo de combustible 1$2 que
actualmente interviene en el proceso de secado.
El mtodo deductivo se utilizar# ya que es necesario conocer a nivel general el
fenmeno fsico que se presenta en el calentamiento del aire y secado del
producto, para en base a la bibliografa general dise5ar un sistema especfico para
este proceso.
5cnicas e instruentos de la investigacin
En el presente proyecto de investigacin se utilizar#n varias tcnicas que se
adaptan a las variables que se desean medir y conocer con respecto al proceso de
secado del producto.
%bservacin: +e necesita observar el proceso de secado y en especial del
calentamiento de aire que actualmente utiliza 1$2, identificar los diferentes
equipos que intervienen en el proceso quemador, ventilador, intercambiador de
calor.
Entrevista:+e requiere conocer de los operadores como se encuentra el proceso,
el estado actual de equipos, el mantenimiento efectuado, los problemas
encontrados durante el proceso. 9el propietario y contadora se requiere conocer el
histrico de compras de combustible para el proceso de secado de plantas
arom#ticas.
edicin: +e requiere medir algunas variables del proceso de calentamiento de
aire como es el flujo de aire, la variacin de la temperatura, porcentaje de
humedad. Dambin es necesario medir la cantidad de energa solar disponible en
el lugar.
C>lculo: %on las variables medidas es necesario realizar varios c#lculos para
poder determinar el calor y relacionar con el consumo de combustible.
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!) Cronograa
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C) 3resupuesto
?e'erencias bibliogr>'icas
-nnimo. &s.f.*. Secado Solar. @ecuperado el 6L de febrero de '(67, de
-groMaste httpIIMMM.agroMaste.euIMp
contentIuploadsI'(6?I('I+E%[email protected]
%ondor 0., Echaz @., 9uran 1., +aravia $. &'((B*. +ecador solar hbrido.
dise5o y construccin. Avances en Energas Renovables y Medio
Ambiente, ?N>?.
%ondor 0., Echaz @., +aravia $. &'(()*. +ecador solar indirecto con flujo de
aire forzado para uacalera. Avances en Energas Renovables y Medio
Ambiente, >N7>.
$inohr, @. &'(()*. $a poltica energtica latinoamericana entre el Estado y el
mercado.Nueva Sociedad, L(6(?.
$pez, O. 0. &'(()*.Energa solar trmica.0adrid K9-E.
@ojas, E. &'(6?*.Energa solar trmica.
!ibliogra'&a
-nnimo. &s.f.*. Paradigmas cuantitativo y cualitativo y metodologa de la
investigacin. @ecuperado el '> de febrero de '(67, de edutea
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httpIIMMM.edutea.orgIgestorpIrec3pIfffL?(f(LB>fN'dLaLcL?bcfBf>?Lccf
=rriz, $. &s.f.*. Secadores solares. @ecuperado el '6 de febrero de '(67, de
cubasolar
httpIIMMM.cubasolar.cuI=ibliotecaIEnergiaIEnergia()ID0$Iarticulo().h
tm
0ontero 2uertas, K. &'((7*.Modelo y construccin de un secadero solar hbrido
para residuos biomsicos.=adajoz 3niversidad de E"tremadura.
19