Trabajo Energía

El presente trabajo, perteneciente a la asignatura “Calculo aplicado a la Física” ejemplifica una aplicación del tema de “Energía, Potencia y Eficiencia” perteneciente al sílabo del curso. Elegí este tema ya que laboro en la industria del gas, por lo que me pareció interesante conocer un poco más acerca del “Aprovechamiento eficiente de la energía en el secado mecánico del café”. El trabajo de investigación que utilice para este fin lo obtuve del Repositorio Digital CENICAFE y aborda el uso de un combustible económico como lo es el “cisco”, utilizando equipos que permitan aprovecharlo bien y se combine con otros métodos de secado como el solar para orear el café y el silo para finalizar el secado, de manera que el producto final sea uniforme, con un menor consumo de combustible y de mejor calidad.

El trabajo de investigación y de avance tecnológico aborda el consumo de combustible y costos en el secado del café, así como las tecnologías empleadas para dicho fin. Se menciona el secador con compuertas para invertir la dirección del flujo del aire, el secador de dos pisos y el secador con agitador mecánico de los granos. Todas estas tecnologías utilizan distintos tipos de combustible como el carbón, el cisco o madera. La elección del combustible a utilizar es importante, ya que representa el 75% de los costos de producción del producto final.

La figura número 1 nos muestra el esquema de los componentes de un secador mecánico. Podemos observar 02 cámaras con piso perforado, que es donde se deposita el café; un intercambiador de calor de tipo indirecto; un ventilador encargado de proporcionar el caudal de aire para el secado del café y el dispositivo para el suministro del café. Un dispositivo de este tipo también debe contar con indicadores como termostato y termómetro que indiquen de manera visual la temperatura del aire y así poder mantenerlo en un rango apropiado para el producto, que oscilará entre los 48 y 52 grados. A través de una ligera investigación, he indagado que un intercambiador de calor es un dispositivo que convierte la energía química del combustible en térmica, es decir que es una energía no conservativa, ya que hay desprendimiento de calor. Es importante mencionar que no contamina el aire con los gases generados durante la combustión.

En la Tabla 1, observamos el poder calorífico de algunos combustibles utilizados en esta industria. ¿Qué es el poder calorífico? Es la cantidad de energía por unidad de masa o volumen que se desprende al producirse una reacción química de combustión. Podemos interpretar fácilmente que el uso de la Hulla, derivado del carbono mineral también llamada antracita, utiliza 33 440 kilo Joules por kilogramo frente a los 15 412 kilo Joules por kilogramo. Inferimos entonces que, aproximadamente, por cada 2 kilogramos de leña se obtiene la energía de 1 kilogramos de hulla; es decir, la eficiencia energética de la leña al 20% de humedad es el doble que la hulla. Los datos de esta tabla han sido obtenidos de fuentes investigativas mencionadas en la tabla. He consultado esta información con un ingeniero mecánico en mi centro de labores y me mencionó que, al seleccionar un combustible y un intercambiador de calor, también es importante considerar la resistencia que ofrece el material al paso del aire del secador mecánico, que depende principalmente de su diseño, geometría y dimensiones internas. Además, el estándar indica que debe presentar una eficiencia térmica mayor al 50%.

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