Construcción, evaluación y modelación matemática de un secador solar tipo invernadero

Abstract

Las pérdidas de productos agrícolas frescos en México de acuerdo con estudios de FAO son de hasta más de 55%. El secado al sol es un método común para deshidratar productos agrícolas; pero la calidad del producto es muy baja. Los sistemas de secado y deshidratado con energía solar reducen las pérdidas y mejoran la calidad del producto, pero su diseño, optimización y control necesita el desarrollo de modelos matemáticos y experimentos. El objetivo de la presente investigación fue construir, evaluar y modelar matemáticamente un secador solar tipo invernadero de forma parabólica, mediante pruebas realizadas sin producto y bajo condiciones de deshidratación de Stevia (Stevia rebaudiana) y frutos de jitomate (Solanum lycopersicum L). El estudio se desarrolló en la Universidad Autónoma Chapingo, Chapingo, México. Se construyó un sistema secador solar tipo invernadero (SSSTI), de forma parabólica, con cubierta de policarbonato, piso de concreto, estructura de acero galvanizado y extractores para el control de temperatura. El funcionamiento del SSSTI se evaluó mediante monitoreo de la temperatura y humedad en su interior sin producto, mediante el deshidratado de Stevia, donde la temperatura máxima del secador se mantuvo entre 45 y 50 °C, y mediante deshidratado de frutos de jitomate, donde la temperatura se mantuvo en un máximo de 45 °C. Se encontró que el SSSTI puede alcanzar temperaturas máximas de hasta 69 °C sin producto y sin ventilación forzada. El contenido de humedad final de Stevia fue entre el 12% y 13% base húmeda, con un tiempo de secado entre 6 y 6.5 h. El contenido de humedad en el caso del jitomate se redujo del 95% al 24% en 7 h en un día soleado. De nueve modelos matemáticos de capa delgada, que se evaluaron en el experimento de jitomate, la ecuación de Page presentó el mejor ajuste a las mediciones. Finalmente, se desarrolló un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) para la temperatura y flujo del SSSTI, el cual fue evaluado contra datos experimentales considerando su variación espacial.