“DISEÑO DE UN SISTEMA HIBRIDO SOLAR-SOLAR CONVENCIONAL PARA CALENTAMIENTO DE AIRE PARA SECADO”

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                 Centro Nacional de Investigación y

                          Desarrollo Tecnológico[pic 4]

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                    DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

“DISEÑO DE UN SISTEMA HIBRIDO

SOLAR-SOLAR CONVENCIONAL PARA

CALENTAMIENTO DE AIRE PARA SECADO”

     AVANCE DE TESIS

                                                        PRESENTA:

   ING. JULIO CÉSAR HERNÁNDEZ JERÓNIMO

DIRIGIDO POR:

DR. JOSÉ JASSON FLORES PRIETO

                                                                        CUERNAVACA, MORELOS (2020)

Resumen        

1.Introducción        

1.1        Motivación        

1.2        Antecedentes        

1.2.1 Sistemas de secado solar        

1.2.2 Sistemas híbridos de secado solar        

1.2.3 Sistemas de calentamiento solar        

1.2.4 Diseño de sistemas de calentamiento solar        

1.2.4. Conclusión de la revisión bibliográfica        

1.3        Objetivos y Alcances        

1.3.1 Objetivo general        

1.3.2 Objetivo especifico        

1.3.3 Alcances        

1.4 Estructura de la tesis        

2. Materiales y métodos        

2.1 Fundamentos teóricos        

2.1.1 Conceptos básicos        

2.1.2 Mecanismos de Transferencia de calor        

2.2 Definición de la muestra        

2.2.1 Producto        

2.2.2 Lugar        

2.2.3 Caracterización del clima        

2.3 Modelo de simulación (8/02/19)        

2.3.1 Térmica

2.3.1.1 Calentadores de aire sin concentración solar

2.3.1.2 Calentador de agua con concentración solar

    2.3.2 Modelo de costo nivelado de la energía

3. Metodología de diseño        

3.1 Diseño          

   3.1.1 Plataformas de simulación        

     3.1.1.1 Térmica         

         3.1.1.2 Económica

  3.1.2 Plataforma de optimización del sistema         

3.2 Validación de plataformas

4. Resultados        

4.1 Sistema optimizado        

4.2 Comparación del desempeño de la plataforma de simulación        

4.3 Verificación y a justes al diseño        

4.4 Costos energéticos y económicos del sistema comparando con resultados previos        

5. Conclusiones y recomendaciones para trabajos futuros        

Anexos        

Bibliografía        

TABLA DE FIGURAS

ÍNDICE DE TABLAS

Dedicatoria

AGRADECIMIENTOS

Resumen

En el presente trabajo se muestra el diseño de un sistema para secado combinando tecnología de calentamiento solar con tecnología de almacenamiento térmico. El sistema fue diseñado considerando la energía útil, el calor ganado, así como las áreas de colección de cada uno de los sistemas. La metodología de desarrollo se basó en la optimización del sistema con la para cumplir con la demanda energética requerida.

El diseño del sistema se basó tomando en cuenta la localidad de Xochitepec, Morelos. La demanda para el sistema se basó en el secado de tomate, en ello se observa que la temperatura requerida oscila en un intervalo de 60-70.  [pic 7]

La metodología se basa en el uso de componentes, los cuales sirven para la simulación desarrollada en la plataforma TRNSYS 17. Además, el modelo fue validado tomando datos de campo.

Capítulo 1

1.Introducción

1. Motivación

En México, el gran potencial de energía solar se presenta en todos los meses del año. En la

Figura 1, las zonas de mayor potencial de recurso solar se identifican en el norte del país.

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                                          Figura 1: Mapa de recurso solar en México

La energía se aplica en muchos sectores. El sector industrial es considerado como uno los mayores consumidores energéticos. El consumo de calor de este sector se considera alto en el intervalo de 80-240℃ (Schmitt, 2016).  Ortega (2018) muestra un estudio del consumo de energía en aplicaciones industriales, en muchos países incluyendo México.  El autor indica que se tienen una mayor tendencia a utilizar gas natural como combustible primario, debido a su menor costo en relación a otras fuentes de energía.

Tabla 2.3 Precios de combustibles de uso industrial

En la Tabla 2.3 se presenta el costo de diferentes fuentes de energía para aplicaciones industriales, en él se muestra que el gas natural es el que presenta un menor costo.  De acuerdo a información del IEA (2017) se estima que el costo promedio de sistemas solares oscila entre 104 y 1608 €/kWht (73 y 1054 €/m2), esto depende de la tecnología utilizada, temperatura de operación y de la cantidad de energía convencional remplazada. Actualmente, los principales factores para determinar la viabilidad de los sistemas térmicos es el costo nivelado de la energía, el cual representa el costo total del sistema de generación de calor, y el costo a lo largo de la vida útil del proyecto.

El secado de alimentos es una industria en la cual se tiene mayor aprovechamiento de la energía solar en el intervalo de 40-70°C. Se considera una opción viable para la preservación de alimentos al ser el método más fácil y económico para la conservación de una gran variedad de productos.

La eliminación de humedad en el proceso de secado se da por evaporación mediante la aplicación de calor. El aire utilizado puede calentarse con energía convencional o energía solar. De acuerdo a Ekechukwu y Norton (1999), el secado solar de manera tradición a cielo abierto presenta algunas desventajas, las cuales son; pérdidas de cosecha por un inadecuado proceso de secado, insectos y diversos efectos meteorológicos.

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