Simulación de un sistema secador solar tipo invernadero mediante CFD

Abstract

El diseño de los secadores solares depende de diversos factores, entre otros, las características del producto a deshidratar, las condiciones ambientales del lugar en donde se desea edificar y los materiales de construcción, por lo que realizar ensayos experimentales puede resultar altamente costoso. La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) permite el diseño, análisis y optimización de los sistemas de secado solar con el fin de incrementar la calidad del producto y evitar costosos experimentos. El objetivo del estudio fue modelar la distribución espacial de la temperatura, humedad relativa y el flujo del aire en el interior de un secador solar tipo invernadero (SSTI) con convección natural y en condiciones de no-carga mediante un modelo tridimensional de CFD aplicado a tres geometrías diferentes. El modelo se implementó en ANSYS-FLUENT. El SSTI se encuentra ubicado en las instalaciones de la Universidad Autónoma Chapingo, Texcoco, México. El efecto de la turbulencia se simuló con el modelo k-ϵ estándar asumiendo un fluido turbulento e incompresible. Para la humedad relativa se utilizó el modelo de transporte de especies, mientras que la radiación solar incidente se implementó con el modelo de radiación de ordenadas discretas. Las ventanas y mesas de secado se consideraron como medios porosos. Para la evaluación del modelo se utilizaron mediciones experimentales durante un día, de 8:00-18:00 horas. La comparación entre los datos experimentales y los resultados de la simulación indicó que el modelo de CFD desarrollado predice adecuadamente la distribución espacial de las variables de interés.