Estágio realizado na empresa Sysadvance- Sistemas de Engenharia S.A e orientado pelo Eng.º Pedro Taveira / Documento confidencial. Não pode ser disponibilizado para consulta / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Ingeniero Civil Mecánico / El proyecto está enfocado a estudiar y rediseñar algunos sectores críticos de un secador convectivo zonal, que Innovatec Ltda. diseñó y desarrollo para la empresa TEMSA (Terciados y elaboración de maderas S.A.), que la compañía emplea para secar paletas de álamo de 300x30x3 mm3. El equipo, de una configuración tipo túnel en 3 niveles, cuenta con 3 cámaras de secado independientes operando a 90, 45 y 90 °C, respectivamente, con un tiempo de residencia total de 67 min distribuido en 12, 30 y 25 min por cámara. Cada cámara está equipada con 2 ventiladores axiales de 5.670 m3/h cada uno y 2 radiadores de 120 kW cada uno. El objetivo general del proyecto es evaluar y desarrollar modificaciones del secador, para lograr una mejora en el sistema de aireación y una optimización en la pérdida de presión en el lecho de secado. Los objetivos específicos son: i) Efectuar una investigación conceptual de los mecanismos de distorsión de las paletas y considerarlos en el diseño mejorado del equipo, ii) Efectuar estudios experimentales de pérdida de presión en lechos/camas de paletas (análisis ΔP-Q), iii) Efectuar un estudio de Mecánica de Fluidos Computacionales (CFD) de las condiciones de aireación del lecho de secado, y iv) Proponer configuraciones de alta eficiencia y desempeño para los ventiladores e intercambiadores convectivos ad hoc para el secador. Para modelar conceptualmente y, por ende, entender los principales fenómenos de gobierno de la distorsión se revisó la bibliografía de los fenómenos de migración de agua, colapso celular, se visualizó una macrorelación entre propiedades mecánicas y dilatación/contracción y, finalmente, se propuso un modelo de pandeo elastoplástico termo-mecánico de los productos. Para el análisis ΔP-Q de lechos de paletas se diseñó un equipo experimental consistente en un lecho estático vertical o cama de paletas, instrumentado con un manómetro diferencial de columna de 300 mm, un tubo de Pitot AMCA con capacidad para medición de velocidad de aire en el intervalo de 0 a 30 m/s; y se condujeron experimentos de flujo por el lecho midiendo ΔP vs Q para lechos de 5 a 200 mm de altura. Para el análisis fluidodinámico se construyeron modelos 3D de cámaras de secado símiles a las del secador de diseño original (sin obstáculos) y con deflectores para orientar el flujo de aire hacia la cama de secado. Para esos modelos se resolvió mediante una técnica CFD, empleando el software Solidworks en el módulo Flow simulator, el campo de velocidad interno y la distribución de presión; para varias condiciones de borde de interés. Para el estudio de configuraciones del equipo se construyó un modelo de cálculo de balance de calor y masa considerando el flujo de material por el secador, la transferencia de calor aire-lecho y la migración de humedad. Los principales resultados del proyecto indican que: i) La distorsión es un problema inherente al tipo de producto, se ve muy influenciada por los fenómenos de colapso celular y anisotropía; que generan altas tensiones residuales. Para cada especie de madera existe una ventana operacional que permite minimizar la distorsión, pero que es dependiente de la tecnología de secado, ii) Los lechos de paletas de 50 200 mm desarrollan una ΔP-Q tan alta como 400 Pa a 15 m/s, con una ley tipo Ergun ∆P=kQ^0,9 [Pa] siendo K=2.005e [Pa∙〖(m^3/s)〗^(-0,9)] la resistencia especifica del lecho y e su espesor, iii) Las cámaras de secado del equipo en estudio pueden mejorar ostensiblemente su desempeño al reconfigurarse con deflectores de aire y cuña de fondo. La alimentación del aire debe ser, como mínimo, a 15 m/s para alcanzar una buena distribución de aire y promover un secado uniforme. El estudio muestra que las cámaras de secado deben configurarse con un sistema de ventiladores tándem, de impulsión succión, o con un sistema de ventiladores en serie (2 unidades); con una capacidad de 18.900 m3/h y radiadores de 165 kW para desarrollar un proceso de alta eficiencia, minimizando las pérdidas de producto. Por lo anteriormente expuesto se concluye que el secador convectivo zonal, para este producto, está en el límite de sus posibilidades, porque no puede manejar con holgura el problema de distorsión del producto y el sistema de aireación de lechos desarrolla pérdidas de presión muy altas. Por ello se estima que se requiere un cambio tecnológico, transitando hacia secado en lecho fluidizado.

La propuesta de tesis nace a partir de la necesidad de conservar el cacao almacenado durante los periodos fuera de la temporada de cultivo y cosecha, sin que éste se vea afectado por la proliferación de bacterias y hongos. Para ello, se diseñará una máquina secadora capaz de procesar 2 T/día de cacao seco con una alimentación por batch y que reduzca su humedad hasta un promedio de entre 10% - 15% sin afectar la calidad del producto utilizando aire pre calentado. Se investigaran métodos para realizar ésta tarea de manera que el producto no se vea afectado por agentes contaminantes, por ejemplo no utilizar directamente combustibles fósiles; que su tránsito sea tal que no dañe físicamente el producto a la entrada, durante y a la salida de la máquina; encontrar las condiciones ideales para un buen proceso lo cual contribuirá a mantener la calidad de la almendra, como son una temperatura adecuada y la dirección del flujo; y calcular los elementos de transmisión necesarios para conseguir un secado uniforme. Para el desarrollo del trabajo se utilizarán los parámetros climáticos de la región de Pisco, Ica, siendo esta una zona con gran humedad relativa en el aire (85%) y alcanzando temperaturas medias de 20°C, teniendo en cuenta que el proceso deberá poder adaptarse a los diferentes climas de la costa peruana. El presente estudio hace uso de la información de libros sobre ingeniería del secado, tesis de secado de diferentes tipos de granos y frutos, así como papers sobre el secado de cacao como los expuestos en el análisis del proceso de deshidratación de cacao en la revista Agricultural Engineering International, reforzando estos estudios con los de secado de café, perteneciente a la misma familia de frutos sub-tropicales, como los expuestos por SECAFÉ, para así lograr una adecuada modelación del proceso de deshidratación del cacao. / Tesis

El principal objetivo de la tesis es diseñar una secadora de granos de café especial que sea capaz de conseguir una humedad final de 11% y trabajar a una temperatura de secado no mayor a 35°C. Además, funcionará empleando energías renovables, ya que se ubicará en un lugar donde no existe una red eléctrica. Primero, se plantea la problemática y se detallan las tecnologías actuales de secado de granos, como los secadores en bandejas, rotatorios, etc. Se explican los tipos de tecnologías renovables, tanto la fotovoltaica como la eólica. Además, se detalla las formas de generar calor para calentar el aire. Luego, se plantean los requerimientos mecánicos, eléctricos y de control del sistema para alcanzar el objetivo principal. Para satisfacerlos se detallan las funciones a realizar, se proponen 3 conceptos de solución mediante la matriz morfológica y se elige la más óptima a través de una evaluación técnica/económica. Después, se diseña el sistema mecatrónico teniendo en cuenta los cálculos necesarios (termodinámicos y electrónicos) para el dimensionamiento del sistema. Para ello, se estima el tiempo de secado de manera analítica utilizando las ecuaciones propuestas por Robert E. Treybal y papers acerca del secado de granos según SECAFÉ (revista agrícola brasilera). Además, se calcula la cantidad de paneles solares, baterías y reguladores, detallándose las partes del sistema especificándose tanto su función como su fabricación. También se seleccionan los componentes mecánicos, electrónicos y de control que satisfagan el diseño propuesto. Posteriormente, se presenta la integración que existe entre los sistemas mecánico-electrónico y eléctrico-electrónico-control. Asimismo, se observa la lógica y estrategia de control empleada en el sistema las cuales garantizan que el aire no exceda los 35°C. Finalmente, se desarrolla una evaluación económica para analizar la rentabilidad del diseño. Se estima que sea rentable desde el primer año, esto en comparación al uso de las tecnologías actuales para secar café en dicha zona. En conclusión, empleando un monitoreo constante de la temperatura y humedad relativa y debido a la estrategia de control se logra calcular un tiempo de secado aproximado de 8 horas. De esta manera, se obtiene un café especial al 11% de humedad cuya temperatura no sobrepase de los 35°C y con un secado homogéneo.

Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo de título tuvo como objetivo evaluar técnica y económicamente, a nivel de factibilidad, la instalación de una planta de secado de madera en la ciudad de Osorno, X región de Los Lagos, por parte de la sociedad de inversiones Comercial Primavera. La finalidad inicial de la planta apunta a comercializar leña seca certificada y a futuro también vender maderas ornamentales de mayor valor agregado. Para analizar la viabilidad del proyecto se comienza por estudiar y caracterizar el mercado forestal chileno y el mercado de la leña en el sur de Chile, buscando determinar una especie arbórea óptima para ser comercializada como leña certificada. Los criterios para realizar esta elección abarcan todos los aspectos relevantes de la leña: abundancia, disponibilidad, dendroenergía, preferencias del consumidor, entre otras. El eucalipto nitens resulta ser la especie escogida. Luego se revisa el estado del arte de los secadores utilizados industrialmente para escoger un tipo de secador que cumpla con los criterios de la empresa patrocinante, los cuales se remiten principalmente a los factores tiempo de secado, costos, calidad y capacidad. La alternativa escogida es un secador solar tipo invernadero de pared inclinada (SSTI-pi) que opera por convección forzada. Para la capacidad de producción deseada de 2000 [m3/año] se divide a la planta de secado en 5 SSTI-pi de 400 [m3] de capacidad individual. El colector diseñado para cada secador está compuesto por una cubierta única de polietileno, absorbedor de zincalum corrugado en V, aislante de lana mineral y circulación de aire de doble paso. En relación a la evaluación económica, el proyecto de planta de secado para comercializar leña seca es conveniente en los tres escenarios analizados (proyecto puro, con financiamiento externo de un 50% y de un 100%) y puede generar la rentabilidad que la empresa patrocinante espera. Los valores actuales netos obtenidos para el proyecto base van desde 14 800 000 [CL$] hasta 22 900 000 [CL$] y las tasas internas de retorno, también para el proyecto base, van desde un 17% hasta un 59%, todo esto considerando un costo de oportunidad del 11% anual y una tasa de interés del 8% anual. Se recomienda elaborar un plan de negocio que en parte consista en (i) Acordar un préstamo por el 70-80% de la inversión inicial a una tasa de interés del 7% o menor, (ii) ejecutar el proyecto base hasta estandarizar el funcionamiento de la planta, (iii) al tercer o cuarto año realizar una expansión de la producción de al menos 800 [m3] (idealmente de 2000 [m3]) con un aumento anual de 2% en el precio de venta.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dado el acelerado crecimiento del sector agroexportador peruano, impulsado por el boom de nuestra gastronomía, un creciente grupo de productores han apostado por la exportación de sus productos con un valor agregado: fruta deshidratada. Apuesta que los ha llevado a tener como clientes al mercado europeo y generado ingresos superiores a la venta de fruta convencional. No obstante, dado el escaso y costoso desarrollo tecnológico de máquinas deshidratadoras, muchos productores que han optado por la construcción de máquinas caseras no han logrado satisfacer la creciente demanda de sus productos, lo cual les impide competir en un mercado donde lo que prevalece es la capacidad de producción. El presente trabajo tiene como objetivo diseñar una máquina automática de deshidratación (o secado) de piña y plátano que aproveche la energía solar como fuente de energía térmica y que tenga una capacidad de producción mayor a 1.5 ton (plátano) o 0.5 ton (piña) mensual. Para esto se hará uso de una serie de concentradores solares cilíndricos parabólicos (propuesto por el asesor), los cuales concentran la radiación solar en un tubo receptor con el fin de calentar un fluido circulante que luego se encargue de acarrear la humedad de la fruta. Asimismo, gracias a un mecanismo de seguimiento solar se logrará controlar y regular la temperatura de secado a la entrada de la cabina de deshidratación. Finalmente, se logra diseñar una máquina que cumple con las exigencias pactadas para su diseño y que garantice un deshidrato uniforme en su producto. Se concluye, además, la relevancia que tiene este tipo de máquinas para nuestro contexto agricultor y exportador peruano en cuanto a mejora en la capacidad de producción y la calidad de los productos. / Tesis

En el Perú se produce una importante cantidad de té gracias a su geografía puesto que permite cultivar esta planta durante todo el año sin una mayor necesidad que el espacio. Dentro del proceso de producción, es evidente la necesidad energética en forma de calor. Como los lugares de producción se caracterizan por ser zonas rurales o con dificultad de alcance de energía eléctrica es imprescindible el uso de otra fuente de calor como es el caso de la leña. Este proceso de quema de leña para obtener calor conlleva, además de un desequilibrio ambiental por la tala de árboles y la generación de emisiones, a un gasto alto de dinero (6.6% del total de gasto de producción) por la necesidad de adquirir este combustible. Una alternativa viable para reemplazar al quemado de leña como fuente de energía es el uso de la radiación solar concentrada mediante un concentrador cilíndrico parabólico, como el que dispone el Grupo de Apoyo al Sector Rural (GRUPO-PUCP). Dicho concentrador, si es orientado perpendicularmente a la dirección de los rayos del sol, permite obtener la mayor cantidad de radiación incidente en el eje de concentración. Entonces, con un correcto funcionamiento de este sistema de seguimiento, se busca suplir en un 30% la energía generada por el quemado de leña. El estudio se estructuró en cuatro capítulos. En el capítulo 1, se realiza una breve introducción a la elaboración de infusiones de té en el Perú, así como también, se describe la problemática que abrió paso al tema de estudio. En el capítulo 2, se analiza el estado del arte, las tecnologías existentes para el secado de té, así como también la tecnología utilizada en seguimiento solar. En el capítulo 3, se plantean los objetivos, se selecciona la tecnología a utilizar, y se realizan los diseños necesarios para cumplir con los objetivos planteados. En el capítulo 4, se realizan las pruebas de funcionamiento, el análisis de resultados y se presentan las conclusiones y recomendaciones para futuros trabajos. / Tesis

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6056.pdf: 1295359 bytes, checksum: 35c8bfb8a91f7b4f7f8fb3e197d4d76e (MD5) Previous issue date: 2014-02-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / Energy Efficiency and optimization of dryers are research areas with environmental concerns. These areas have the increasing need to improve the energy performance of processes through to quality improvement and reduction of production costs. In this sense, this work aims to contribute to the development of more efficient drying processes, take account the fact that this is one of the unit operations of higher energy consumption. Using a mathematical model for a direct-heating rotary dryer, computational simula¬tions were performed and the comparation with experimental results show that this model is reliable with the drying process. The model was implemented in order to simulate the rotary drier with concurrent and countercurrent feeding. Thus, the energetic differences between the two operations were compared and discussed. For the studies of the energy performance of rotary dryers, two definitions of Energy Efficiency were used: an expression quite common in the literature, and largely used in drying procedures, and another expression that was proposed from the observation of energetical quantities related to the process. The advantages and disadvantages of each defition are presented and the results contribute to the discussion on the assessment of Energy Efficiency in convective dryers. Parametric Sensitivity studies have quantified the influence that certain process va¬riables have on measures of Energy Efficiency and Final Moisture Content of Product. These results showed that these variables play an important role in both the Energy Ef¬ficiency and Final Moisture Content of Product, being necessary to establish appropriate operational limits to the range of variation to these variables, in order to satisfy the best operational conditions for the two rotary dryers. The results also showed significant dif¬ferences between concurrent and countercurrent operations. In addition, the Parametric Sensitivity analisys serve as a base for optimization studies. The results from the optimization of rotary dryers showed that is possible to im¬proving the Energy Efficiency without decrese the quality of the final product, and also the possibility of simultaneous improvement of both the Energy Efficiency as the Final Moisture Content of Product. It was possible to establish, for each dryer, mathematical relations between optimum Efficiency and desired Final Moisture Content of Product. These results are very interesting and represent an important contribution to the study of rotary dryers. / O estudo da Eficiência Energética e da Otimização de secadores está em consonância com as preocupações ambientais e com a necessidade cada vez maior de melhoria da performance energética dos processos, melhoria da qualidade e diminuto dos custos de produção. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo contribuir na aplicação de ferramentas de analise para o desenvolvimento de processos de secagem mais eficientes, tendo em vista que esta e uma das operações unitárias de maior consumo energético. De posse de um modelo matemático para um secador rotativo de aquecimento direto, simulações foram feitas e a comparação com resultados experimentais mostrou que o mo¬delo representa com confiança o processo de secagem. O modelo foi então implementado com a finalidade de simular o secador rotativo com alimentação concorrente e em con- tracorrente, fazendo-se dessa maneira analises sobre as diferenças energéticas existentes entre essas duas configurações. Para os estudos da performance energética dos secadores rotativos, duas definições de Eficiência Energética foram utilizadas: uma expressão bastante comum presente na literatura e muito utilizada na pratica e uma outra expressão que foi proposta a partir da observação das quantidades energéticas relacionadas ao processo. As vantagens e desvantagens de cada definição são apresentadas e os resultados obtidos contribuem para a discussão sobre a avaliação da Eficiência Energética em secadores convectivos. Estudos de Sensibilidade Paramétrica quantificaram a influencia que a variação de certas variáveis de processo exerce nas medidas da Eficiência Energética e da Umidade Final do Produto Seco. Os resultados desses estudos mostraram que as variáveis ana¬lisadas exercem papel importante em ambas a Eficiência Energética e a Umidade Final do Produto Seco. Eles foram obtidos a partir do estabelecimento de limites operacionais adequados para o intervalo de variação das mesmas para satisfazer as melhores condições operacionais de ambos os secadores rotativos. Os resultados também evidenciaram diferenças significativas entre as operações concorrente e em contracorrente, alem de servir como base para os estudos de Otimização. Os resultados da Otimização dos secadores rotativos mostraram a possibilidade de melhoria da performance energética sem prejuízo à qualidade do produto final, e também a possibilidade de melhoria simultânea tanto da Eficiência Energética quanto do teor de Umidade Final do Produto Seco. Foi possível estabelecer, para cada secador, relações entre Eficiência ótima e Umidade desejada para o produto. Estes resultados são impor¬tantes pois indicam como técnicas adequadas de analise podem contribuir para a melhoria operacional de secadores rotativos.