Comportamiento térmico de un secador solar multipropósito con paneles aislantes autoportables. I Parte
Thermal Behavior of a Multipurpose Solar drier with Autoportables Insulated Panels. I Part
Ing. Alonso Torres-Ten, Ing. Susana Fonseca-Fonseca, Ing. Ronal Andión-Torres, Ing. Santiago Fabré-Maceo
Centro de Investigaciones de Energía Solar, Santiago de Cuba, Cuba. atorres@cies.ciges.inf.cu
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RESUMEN
Se describen y calculan los coeficientes locales de transferencia de calor, a través de los distintos materiales que componen el secador, así como se caracterizan las pérdidas globales del equipo. Se pretende realizar un trabajo con valor didácticos que sirva de guía para describir desde el punto de vista térmico instalaciones solares similares.
Palabras clave: Coeficiente, transferencia, pérdida, ganancia, térmico, secador, solar.
ABSTARCT
They are described and they calculate the local coefficients of transfer of heat, through the different materials that compose the dryer, as well as the global losses are characterised and earnings of the team. They seeks to be carried out a work with didactic value that serves as guide, to describe from the point of view thermal similar solar facilities that.
Keywords: Coefficient, transference, lost, gain, balance, thermal, dryer, lot.
INTRODUCCIÓN
]]> El calor del sol ha sido utilizado desde la antigüedad para el secado de alimentos; sin embargo, los productos secados directamente al sol, están expuestos a muchos inconvenientes entre los que podemos citar la acción de pájaros y roedores, precipitaciones repentinas, etcétera. Una alternativa del secado al sol que supera los inconvenientes referidos es la construcción de secadores solares, de los cuales existe gran variedad de diseños si se analizan atendiendo a las funciones para las que son destinados, así como a los materiales empleados en su construcción. Dependiendo de estos factores entre otros, podrá variar en un amplio rango la eficiencia térmica de estos equipos.Por otra parte, se sabe si se conoce cómo se producen las pérdidas en los equipos solares, es posible trabajar para minimizarlas y obtener así mayor rendimiento térmico, que conlleve a la concepción de equipos de mejor calidad. Es por ello que el presente trabajo tiene por finalidad realizar el análisis del secador solar multipropósito a través de la cuantificación de sus pérdidas, calculando los coeficientes de transferencia de calor a través de los distintos materiales que constituyen el dispositivo.
MATERIALES Y MÉTODOS
El secador solar multipropósito con paneles metálicos aislantes autoportables propuestos está constituido por una estructura metálica en forma de paralelepípedo a partir de perfiles angulares soldados entre sí. Presenta en la parte lateral inferior una pared de panel aislante autoportable como aislante térmico, además posee una doble cubierta de vidrio transparente (con juntas y separadores de goma) colocadas en la parte superior a dos aguas y en los laterales flanco Este y Oeste. El mismo está orientado en la dirección Norte, Sur, en su parte delantera esta situada una puerta metálica aislada térmicamente también de paneles aislantes autoportables, al igual que en su parte trasera. En el interior interior de la figura, se encuentra colocada una chapa ennegrecida, la cual absorbe la radiación solar, y la transfiere al interior de la cámara en forma de calor, aumentando así la temperatura interna de la misma.
El principio de funcionamiento se basa en el efecto invernadero: de todo el espectro de la radiación solar incidente, una parte atraviesa la doble cubierta de vidrio, de ella una fracción es absorbida por las superficies metálicas absorbedoras, las cuales emiten radiación infrarroja que no puede atravesar el vidrio. La radiación absorbida por la chapa metálica se transfiere en forma de calor al aire de la cámara de secado.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En la mayoría de los secadores solares la transferencia de calor se realiza por los mecanismos de conducción, convección y radiación combinadas. En nuestro caso resolvemos calcular los coeficientes locales y globales de transferencia de calor y finalmente con esto, conocemos la pérdida total de calor del equipo al ambiente.
1. Coeficiente de transferencia de calor entre la chapa negra y el aire de la cámara h3 (W / m2K)
]]> (l =2,736 m)Propiedades del aire a 55oC
2. Coeficiente de transferencia de calor entre la chapa negra y el aire de la recamara. (espacio limitado entre la chapa negra y los cristales) (l = 0.264 m). h4 (W / m2 K)
Propiedades del aire a 55oC
3. Coeficiente de transferencia de calor entre el piso y el aire de la cámara. (l = 3 m). h5 (W / m2 K)
Propiedades del aire a 55oC
4- Coeficiente integral de transferencia de calor entre la recamara y el ambiente por la cubierta U1 (W / m2 K)
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:Propiedades del aire a 55oC
: 
, va = 1.5 m/s 
5- Coeficiente integral de transferencia de calor entre la recamara y el ambiente por la cubierta lateral. U2 (W / m2 K)
:Propiedades del aire a 55oC
:
, va = 1.5 m/s
6. Coeficiente de transferencia de calor entre el aire de la cámara y el ambiente por las puertas de paneles aislantes autoportables. U3 (W / m2 K).
]]> 7. Coeficiente de transferencia de calor entre el aire de la cámara y el ambiente por las paredes de paneles aislantes autoportables laterales. U4 (W / m2 K).8. Coeficiente de transferencia de calor entre el aire de la cámara y el ambiente por la pared de paneles aislantes autoportables trasera. U5 (W / m2 K).
Son datos aportados por los fabricantes de los Paneles metálicos aislantes autoportables, inyectados por poliuretano expandido de alta densidad (38 kg/m3), ambas caras cubiertas por acero galvanizado pintado de aluminio y que para el espesor propuesto es de unos 0.30 (W / m2 K)= U3 = U4 = U5.
9. Coeficiente de transferencia de calor por el fondo del equipo hacia la tierra. h6 (W / m2 K)
Ver a continuación la tabla 1.
Según tabla1 los mayores coeficientes de transferencia de calor se encuentran en el interior de la cámara y en el espacio limitado entre la chapa negra y el cristal, cuyos valores son 3.38 W/m2 K y 10.90 W/m2 K respectivamente, esto significa que la mayor transferencia de calor ocurre en el interior del secador, por lo que resulta conveniente, ya que esta es la energía que se utiliza para el proceso de secado.
El resto de los coeficientes representa energía cedida al exterior, lo que se traduce como perdidas, por esta razón sus valores suelen ser menores que los del interior, igualmente conveniente para el mejor funcionamiento térmico del equipo.
]]> Multiplicando los coeficientes de transferencia de calor al exterior, por las áreas donde estos inciden y por una temperatura media de 55.00 oC, podemos determinar la perdida de calor al ambiente, tabla 2.
CONCLUSIONES
1. Se cuantificaron las pérdidas térmicas del secador solar multipropósito con paneles aislantes autoportables, la transferencia de calor al medio es baja, lo que favorece la retención del calor, determinándose que las de mayor cuantía son las que ocurren entre el aire de la recámara y la chapa negra (10,90 W/m2K), lo que favorece el intercambio interno.
2. La caracterización térmica del secador (a través de los diferentes coeficientes de transferencia de calor) indican una correcta concepción en el diseño lo cual permite hablar de un buen funcionamiento térmico del equipo, además del valor didáctico del cálculo de forma integral.
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Recibido: Mayo de 2012
Aprobado: Noviembre de 2012
Ing. Alonso Torres-Ten. Centro de Investigaciones de Energía Solar, Santiago de Cuba, Cuba. atorres@cies.ciges.inf.cu
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