SIP 20200285 Simulación computacional y patrones de flujos de aire en un secador solar tipo invernadero

Gran cantidad de frutos y vegetales (F&V) son desperdiciados por falta de tecnologías de preservación. El secado es una alternativa importante, sin embargo esta operación consume gran cantidad de energía. Para incrementar la capacidad de procesamiento de F&V es posible utilizar secadores solares tipo invernadero, pero su desempeño depende de la formación de flujos de aire bien distribuidos. Amanlou y Zomorodian (2010), confirman que uno de los problemas en secadores solares es la heterogeneidad en el contenido de humedad final del producto, la cual es provocada por patrones de flujo de aire no uniformes.
Para mejorar la eficiencia de un secador, se requiere de una buena distribución de flujo de aire (Mirade, 2003), pues con ello se favorece la transferencia de masa y calor en la zona de secado.
La dificultad de estudiar y caracterizar los flujos de aire en un invernadero, reside en el carácter tridimensional del fenómeno y su estado gaseoso, por ello se propone desarrollar simulación computacional de la dinámica del fluido al interior de la cámara.
En los últimos años diversos equipos de secado han sido estudiados, sin embargo gran cantidad de diseños no consideran un análisis de la dinámica del fluido. Asimismo es necesario identificar si un flujo laminar o un flujo turbulento es conveniente para este tipo de procesos. Las simulaciones generan información importante para establecer criterios de operación de un secador tipo invernadero.
El presente estudio propone estudiar los principios teóricos de la dinámica computacional de fluidos, además de integrar diferentes configuraciones de operación. Se propone un estudio macroscópico y fenomenológico.

Los invernaderos son estructuras para la producción de alimentos en los cuales se pueden controlar las condiciones ambientales internas para mejorar la productividad agrícola. Estos invernadero han sido subutilizados, por lo cual se han buscado alternativas para incrementar su uso. Este tipo de sistemas puede ser utilizado también como secador. Un secador tipo invernadero permitiría el secado de productos agrícolas a una escala mayor que un secador solar convencional. Asimismo, al utilizar la energía del sol, es posible reducir el uso de energía convencional para remover la humedad de los alimentos. (Amanlou and Zomorodian, 2010) confirman que uno de los problemas en los secadores solares es la heterogeneidad en el contenido de humedad final del producto, la cual es provocada por patrones de flujo de aire no uniformes. Entonces, es importante generar mayor información sobre la distribución del flujo de aire en secadores. La dificultad de estudiar y caracterizar los flujos de aire en un invernadero, reside en el carácter tridimensional del fenómeno y su estado gaseoso.
En el presente proyecto se realizaron experimentos para caracterizar la distribución de flujos de aire en un invernadero tipo capilla fabricado con placas de policarbonato. El invernadero tiene un piso de concreto pintado de color negro. Se instrumentó el invernadero para medir la velocidad del aire. Al interior del invernadero se instaló un ventilador para generar una convección forzada, y de esta manera provocar líneas de corriente con mayor velocidad. Se desarrollaron simulaciones numéricas para predecir la dinámica de fluidos.
Las simulaciones describen correctamente los patrones de distribución de flujos de aire al interior del secador. Se muestra que bajo estas condiciones, el flujo en el invernadero es principalmente laminar.