Tesis - Universidad de Colima

Universidad de Colima
Facultad de Arquitectura y Diseño
EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LAS ENERGÍAS
PASIVAS PARA EL SECADO DE ROPA
Tesis
Que para obtener el grado de
MAESTRA EN ARQUITECTURA
Programa Diseño Bioclimático
Presenta
Guadalupe Gutiérrez Santana
Director de Tesis
Dr. Armando Alcántara Lomelí
Asesor
Dr. Adolfo Gómez Amador
Coquimatlán, Col. Febrero del 2002
M.C. Julio de Jesús Mendoza Jiménez
Coordinador de Posgrado de la
Facultad de Arquitectura y Diseíío
PRESENTE
Por este conducto me permito informarle que el trabajo denominado “Evaluación
del potencial de las energías pasivas para el secado de ropa” presentado por la D.I.
Leocadia Guadalupe Gutiérrez Santana, egresada de la Maestría en Arquitectura, área
Diseño Bioclimático, cumple con los requerimientos establecidos por la Comisión de
Titulación y el Colegio Académico de la Facultad de Arquitectura y Diseño.
El trabajo mencionado se encuentra totalmente concluido; razón por la cual en mi
calidad de director de este trabajo considero que puede continuar con los trámites
necesarios para la obtención del título correspondiente.
Sin otro particular, aprovecho la ocasión para saludarlo.
ATENTAMENTE
Dr. Armando Alcántara Lomelí
Director de Tesis
Coquimatlán, Col. 4 de enero de 2002
Ccp. Arq. Joaquín de Jesús Vázquez Agráz,
Director de la Facultad de Arquitectura y Diseño
"The sun shines not on us, but in us"
El Sol no brilla sobre nosotros, sino dentro de nosotros"
(John Muir)
2
AGRADECIMIENTOS
D
A ios por permitirme vivir y lograr terminar mis estudios profesionales
de manera satisfactoria
f
A mi amilia por el apoyo que siempre me han brindado
desinteresadamente para cumplir mis metas
U
A la niversidad de Colima que permite superarnos de una manera
accesible, sin dejar de lado la calidad académica
A todos y cada uno de nuestros
su vida en nuestra formación.
A mis
Maestros por haber dedicado parte de
compañeros, por su apoyo y amistad.
A mi tutor Dr.
Gabriel Gómez Azpeitia, por su preocupación constante.
A mi asesor el Dr.
Adolfo Gómez Amador por sus buenos consejos.
De manera especial al Dr. Leandro Sandoval Álvarez, por su ayuda.
A
Y principalmente a mi director de tesis rmando Alcántara Lomelí,
quien se ha encargado de supervisar el avance de este documento.
RESUMEN
Este trabajo de investigación tiene como objetivo, analizar y ponderar el efecto
que causa la ventilación y la radiación en el secado de la ropa, comparando de forma
experimental el efecto de los elementos naturales (soleamiento y ventilación), así
como su comportamiento en condiciones controladas, dentro de un espacio cerrado
se mantuvieron constantes las condiciones de humedad y temperatura, además se
utilizaron bombillas, ventilador y secadora, para simular el efecto de la radiación y
ventilación en cada una de las muestras, en todos los casos, se expuso un trozo de
mezclilla de 100 gramos (seca) y se tomaron lecturas de la perdida de humedad en
grs./ min. a partir de la primera exposición a los elementos señalados anteriormente,
otra prueba consistió en exponer la tela saturada a las condiciones ambientales
naturales de radiación y ventilación tanto al exterior como al interior y por último se
realizó una prueba de secado forzado, para comparar los datos obtenidos.
ABSTRACT
This research has as objective, to analyze and to ponder the effect that causes
the ventilation and the radiation in the drying of the clothes, comparing in an
experimental way the effect of the natural elements (Insulation and ventilation), as
well as its behavior under controlled conditions, inside a closed space stayed
constant the conditions of humidity and temperature, bulbs were also used, fan and
dryier, to simulate the effect of the radiation and ventilation in each one of the
samples, in all the cases, a piece of mixture of 100 g. was exposed (dry) and they
took readings of the lost of humidity in g. / min. starting from the first exhibition to the
indicated elements,
another test consisted previously, on exposing the cloth
saturated to the natural environmental conditions of radiation and ventilation as to the
exterior as to the interior, and lastly was realized a test of forced drying, to compare
the obtained data.
INDICE
I.- INTRODUCCIÓN
I.1.- Introducción
Pag.
..............................................................................
8
I.2.- Hipótesis
.........................................................................................
10
I.3.- Objetivos
.........................................................................................
10
II.- ANTECEDENTES
II.1.- Los sistemas pasivos ............................................................................
12
II.2.-Sistemas pasivos ancestrales ……………………………………………...
12
II.3.- Características climáticas del estado
13
...............................................
III.- EL SECADO
III.1.-¿Qué es el secado?
…..…………………………………………………
III.2.- Clasificación de operaciones de secado
III.3.- Rapidez de secado
16
.....................................
17
.....................................................................
18
III.4.- Movimiento de la humedad y decaimiento de la rapidez
III.5.- Principios técnicos del secado
................
19
........................................................…
20
......................................................................
22
…………………………………………………..
25
.................................................................................
28
III.6.- Formas de secar la ropa
IV.- EL SOL
IV.1.- Características del Sol
IV.2.- La energía solar
IV.2.1.- Solar pasiva
......................................................................
28
IV.2.2.- Solar térmica
…...................................................................
29
IV.2.3.- Solar fotovoltaica ......................................................................
30
IV.3.- Radiación que llega a la tierra
............................................................
30
......................................................................
31
………………………………………………………….
34
......................................................................
34
V.2.1.- Forma de calentamiento ...........................................................
34
IV.3.-Usos de la energía solar
V.- SECADO SOLAR
V.1.- Secadores solares
V.2.- Clases de secadores
V.2.2.- Circulación de aire ......................................................................
35
V.2.3.- Forma de operación
............................................................
35
V.2.4.- Capacidad de operación ............................................................
35
V.3.- Tipos de secadores ................................................................................
V.3.1.- Secado al Sol y al aire libre
38
.................................................
39
V.3.2.- Secadoras solares ......................................................................
40
V.3.3.- Secadores de biomasa directo .................................................
46
V.3.4.-Secadores de biomasa indirecto .................................................
49
V.3.5.- Secado solar de madera ............................................................
50
VI.- EXPERIMENTACIÓN
VI.1.- Pruebas preliminares ………………………………………………… 52
VI.2.- Material y equipo utilizado
…………………………………………. 56
VI.3.-Diseño del experimento ……………………………………………….
58
VI.3.1.- Exposición a la radiación sin flujo de aire ...................... 59
VI.3.2.- Exposición al flujo de aire ambiental .............................. 61
VI.3.3.- Exposición a la radiación con flujo de aire ambiental ….. 66
VI.3.4.- Exposición al flujo de aire caliente sin radiación
.......... 72
VI.4.- La plancha ............................................…......................…………. 73
VII.- RESULTADOS
VII.1.- Conclusiones
........................................................................ 76
VII.2.- Cálculo del contenido de humedad
……………………….……… 79
VII.3.- Cálculo del consumo eléctrico ...................................................... 79
VII.4.- Recomendaciones
……....................................................….... 80
VIII.-GLOSARIO
81
IX.- BIBLIOGRAFÍA
84
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
Secar la ropa es un fenómeno aparentemente sencillo, pues es muy común
para nosotros apreciarlo con nuestros sentidos, pero no nos detenemos a ver cuales
son los fenómenos que suceden ahí, ni podemos saber que tan “seca” está y por lo
tanto cuanto tiempo le falta, que tanto le afecta a la ropa de color la radiación
ultravioleta, etc., todo lo que sabemos es que en la temporada de lluvias no se seca
lo que lavamos y se llena de humedad la ropa seca.
Actualmente los espacios en nuestros hogares son muy reducidos, más aún
aquellos espacios abiertos como el patio, que favorece un intercambio climático con
el exterior, el patio es el lugar típico de esparcimiento para los niños, además de ser
el sitio donde se lleva a cabo el secado de ropa, de manera que para mantener
limpia la ropa, es necesario que ésta ya esté seca, antes de que los niños entren a
jugar.
Exponer la ropa al Sol para que seque es una acción muy recurrida, pero esta
acción depende directamente de los fenómenos climáticos y en la temporada de
lluvias no se seca la ropa en varios días, además de estar expuesta a una infinidad
de daños, pues la puede afectar el polvo, los pájaros, la radiación ultra violeta que
decolora la ropa, los niños, etc.
Por tal motivo es común que las amas de casa recurran a otros métodos para
acelerar el secado de la ropa, gastando energía convencional, lo cual genera un
pago innecesario y al mismo tiempo contamina el ambiente, siendo esta una tarea
que se desarrolla en cada hogar del mundo, hablamos de un consumo elevado de tal
energía.
A pesar de que México es uno de los países que reciben más radiación solar,
tenemos
dificultad para secar la ropa al Sol, según los resultados del censo
económico del INEGI, a nivel Nacional se fabrican al mes cerca de las 100,000
8
lavadoras con rodillos y /o tina de secado, esto nos indica el volumen de energía
que se requiere generar sólo para este fin, sin contar el número de planchas,
secadoras y ventiladores que empleamos
Este tema surge a partir de la necesidad mundial de ahorrar recursos
energéticos, el problema particular es que a pesar de disponer de energía solar en
abundancia, la vida moderna ha obligado a reducir los espacios de nuestros
hogares, de la misma manera que nos absorbe más tiempo en actividades laborales,
por lo que una actividad tan sencilla como es lavar y secar ropa, depende cada vez
más del uso de la tecnología con su consecuente gasto de energía convencional.
Por otro lado, a pesar de que tengamos el espacio suficiente para tender
nuestra ropa y contemos con todo el tiempo del mundo para realiz ar esta labor,
dependemos de los fenómenos climáticos para lograr un secado conveniente y
existen épocas críticas que detienen dicho proceso de secado.
Es de gran importancia, considerar las alternativas que nos ayuden a acelerar
el secado de la ropa, sin recurrir al uso de energía convencional, pues cada día es
más evidente que una gran parte de los problemas medio ambientales que nos
aquejan (el calentamiento global del planeta, los residuos nucleares, el debilitamiento
de la capa de ozono,...) son producidos por el uso indiscriminado de fuentes de
energías no renovables, mismas que agotaremos antes de lo previsto.
En la actualidad se han desarrollado algunos dispositivos solares para el
secado de frutas, granos y madera, hasta la fecha la aplicación de esta energía al
secado de ropa es muy limitado; este trabajo contribuirá a sentar las bases para la
aplicación de una tecnología para el diseño de secadoras solares, y utilizar de forma
óptima los recursos naturales.
9
HIPÓTESIS
Es posible optimizar el tiempo de secado de la ropa empleando energías
pasivas, una vez que se conoce el efecto de cada uno de los elementos para
acelerar el proceso de secado, en este caso la ventilación y la radiación.
OBJETIVOS
General
Evaluar el potencial de las energías pasivas para su utilización en el secado de la
ropa
Particulares
•
Determinar de forma experimental el comportamiento de los factores
físicos que intervienen en el secado de la ropa
•
Analizar y evaluar la eficiencia de los experimentos que intervienen en
el secado de ropa, considerados en la fase experimental
10
ANTECEDENTES
ANTECEDENTES
Los sistemas pasivos
La energía solar ha sido aprovechada desde tiempos remotos de una manera
totalmente empírica, utilizándola tanto de forma indirecta: Viento, ríos, leña, como
directa con la exposición de elementos a la radiación solar para secar, desde frutas,
verduras, semillas, carne, sal, ropa así como el calentamiento de agua,.
Sistemas pasivos ancestrales
El primer antecedente de la aplicación directa de la Energía Solar se remonta
a la Grecia clásica, cuando el gran matemático y físico Arquímedes, prendió fuego a
la flota romana durante la segunda guerra Púnica (218 – 201 a.c.), con la ayuda de
un espejo esférico formado con escudos metálicos pulidos y del fuerte Sol del
Mediterráneo.
De la misma manera se ha encontrado más evidencia de la aplicación directa
del Sol en las minas de Nínive y otras ciudades mesopotámicas, pues se han
encontrado lupas primitivas y representaciones de espejos cóncavos.
La primer aplicación técnica de la energía solar fue hecha por el físico suizo
Horace Benedit de Saussure (1740 – 1779 ) quien con una serie de lentes de vidrio
enfocados en una cámara, logró cocinar un poco de sopa.
El físico francés Edmond Becquerel fue el primero en describir el efecto
fotovoltaico en 1839, aunque dicho efecto permaneció como inexplorado por otros 30
años.
El profesor francés Agustín Mouchet patentó en 1861 una máquina de vapor
accionada por energía solar. En 1869 publicó el primer libro sobre esta energía.
Durante 1870 fue cuando Heinrich Hertz estudió el efecto fotovoltaico en
sólidos.
12
En los países árabes ya funcionan acondicionadores de aire que utilizan
eficazmente la energía solar.
Otro ejemplo lo cons tituye la purificación o desalinización de aguas sin
consumir ningún tipo de combustible, las aplicaciones agrícolas son muy amplias,
con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los
secaderos agrícolas consumen menos energía si se combinan con un sistema solar
La tendencia actual es proyectar casas integrando un espacio para el secado
solar en general, pudiendo ser frutas, verduras, granos, pescado, ropa, etc., pero
como podemos notar, estos se pueden contaminar entre sí, ya sea de olor o
humedad.
Lo más cercano al objeto de investigación, en este caso, lo constituyen los
patios o tendederos para solear la ropa, los cuales probaron, aunque de manera
empírica, su eficiencia y economía, sin embargo al encontrarse a merced de las
condiciones ambientales, no sólo climáticas, en ocasiones no funcionan del todo.
Características Climáticas del Estado
Dado que el secado de la ropa depende de las condiciones climáticas, es
necesario conocer como se comporta el clima en nuestro estado. Colima se
encuentra situado a los 19° 14´ latitud norte, 103° 43´ de longitud oeste y con una
altura sobre el nivel medio del mar de 494 metros, el clima del lugar es cálido –
húmedo y se demuestra con los siguientes promedios anuales tomados del libro
Recomendaciones Bioclimáticas para la arquitectura en la ciudad de Colima, del Dr.
Gabriel Gómez azpeitia
13
Temperatura media anual
24.9 °C
Humedad relativa media anual
63.5 %
Radiación solar global media
5600 w /m 2 día
Velocidad del viento promedio anual
3.6 m/ seg.
Promedio de días despejados
35 % o 128 días
Días medio nublado y nublado
65 % o 237 días
Aunque en nuestro estado la temperatura ambiente es elevada, los días
soleados, o despejados son menos de la mitad del total de días en el año, en esos
días se tiene una intensidad adecuada para el secado de ropa, solamente de las
10:00 AM a las 18:00 PM, es decir de las 24 horas del día, solamente contamos con
la tercera parte del día (8 horas), si multiplicamos las horas del día por el porcentaje
de días despejados que se indica en la tabla, tenemos que las horas aprovechables
para el secado de ropa en el año son 1,024 de 8,760 del total de horas en el año.
Estos datos nos plantean un parámetro a tomar en cuenta al diseñar los
experimentos , pues no debemos excedernos de las características de intensidad de
ellos, ya que si se plantea utilizar este tipo de energía, es preciso estar conscientes
de sus máximos, de otro modo una comparación con estos elementos no sería
apropiada.
14
EL SECADO
15
SECADO
Lo que conocemos comúnmente como secado es una operación de
transferencia de masa por contacto directo entre dos fases inmiscibles 1, esto es
cuando un sólido humedecido con un líquido volátil se expone a un gas
relativamente seco, el líquido abandona al sólido y se difunde en el gas, operación
que también se conoce como desorción.
El secado de la ropa es una operación tan común que no ha sido analizada
para determinar la eficiencia de cada elemento que interviene en ella, por una parte
es el calor y por otra la ventilación o exposición a las condiciones atmosféricas.
La transferencia de calor se refiere a la transferencia de energía térmica
consecuencia de la temperatura. La transferencia de masa se refiere a la tendencia
de un componente de una mezcla que se redistribuye de una región de alta
concentración a otra de baja concentración. En el secado el agua deja la superficie
húmeda a través de una capa limítrofe hacia el aire. El calor se transfiere por
evaporación del agua, y esto da por resultado una transferencia de la humedad
interna y del agua evaporada. La transferencia de calor a una prenda húmeda de
cualquier material textil puede implicar los mecanismos de conducción, de
convección y de radiación.
La operación de transferencia de masa que ocurre en el secado de la ropa es
como se mencionó anteriormente de dos fases inmiscibles que son primeramente la
de líquido – sólido, al ser mojada la tela, y posteriormente el líquido con el gas al
llevarse a cabo la evaporación del líquido que se le agregó a la prenda, dicho de otro
modo, la ropa es un sólido que se moja con un líquido, este se expone al aire para
que se seque, pero éste podría ya estar saturado.
1
Imposible de mezclarse
16
En la transferencia gas - líquido existen dos operaciones, tratándose de un
gas puro, una llamada absorción de gases, cuando el líquido retiene al gas, y la otra
desorción, cuando el gas abandona el líquido. Si la fase líquida es un líquido puro
que solo contiene un componente, mientras que la gaseosa contiene dos o más, la
operación se conoce como humidificación o des humidificación, según sea el sentido
de la transferencia. Es el ejemplo clásico de la humidificación del aire, cuando
tenemos agua + aire seco da lugar a la evaporación de parte del agua al aire. Al
contrario el contacto entre aire muy húmedo y agua líquida pura tiene como resultado
la condensación parcial de la humedad del aire. En los dos casos tiene lugar la
difusión de vapor de agua a través del aire.
En la transferencia gas - sólido se le llama desorción cuando la transferencia
se lleva a cabo de la fase sólida a la gaseosa, es el ejemplo del secado de la ropa
por exposición al aire, el homólogo industrial es el secado de la madera al enfrentarla
a aire seco. Si la difusión se realiza en sentido opuesto, la operación se llama
adsorción. Es el caso del secado de aire húmedo, cuando el aire mezclado con vapor
de agua tiene contacto con sílica gel activada, el vapor se difunde en el sólido que lo
retendrá fuertemente.
CLASIFICACIÓN DE OPERACIONES DE SECADO
1.
Método de operación.
El equipo por lotes o semi lotes, se opera intermitentemente en condiciones
de estado no estacionario: el secador se carga con la sustancia que permanece en
equipo hasta que se seca; entonces el secador se descarga y se vuelve a cargar con
un nuevo lote.
Los secadores continuos se operan en estado estacionario.
2.
Método de obtención del calor necesario para la evaporación de la
humedad.
17
En los secadores directos, el calor se obtiene completamente por contacto
directo de la sustancia con el gas caliente en el cual tiene lugar la evaporación.
En los secadores indirectos , el calor se obtiene independientemente del gas
que se utiliza para acarrear la humedad evaporada. Por ejemplo el calor puede
obtenerse por conducción a través de una pared metálica en contacto con la
sustancia, o por exposición de la sustancia a radiación infrarroja o calentamiento
dieléctrico.
3.
Naturaleza de la sustancia que se va a secar.
La sustancia puede ser un sólido rígido como madera o triplay, un material
flexible como tela o papel, un sólido granular, como una masa de cristales, una pasta
ligera o un lodo ligero, o una solución. Si es un sólido, puede ser frágil o fuerte.
Lo que conocemos comúnmente como secado es una operación de
transferencia de masa por contacto directo entre dos fases inmiscibles, esto es,
cuando un sólido humedecido con un líquido volátil se expone a un gas
relativamente seco, el líquido abandona el sólido y se difunde en el gas (es el
ejemplo del secado de la ropa por exposición al aire), operación que por la dirección
del proceso se conoce como desorción, ésta se intensifica cuando existe una
diferencia de presión, causada ya sea por temperatura o presión.
RAPIDEZ DE SECADO
Para calcular la rapidez se toman en cuenta los factores siguientes: Calor,
flujo de aire, diferencia de humedad y emisividad, mismos que no deben
considerarse como sustitutos totales de las mediciones experimentales. Su mayor
valor es que en conjunto con los limitados datos experimentales, sirven para predecir
el efecto de cambiar las condiciones de secado que se ven afectadas por factores
que causan los siguientes efectos.
18
•
Efecto de la velocidad del gas
•
Efecto de la temperatura del gas
•
Efecto de la humedad del gas
•
Efecto del espesor del sólido que se está secando.
Es posible calcular la rapidez del secado tomando en cuenta los siguientes
factores: calor, flujo de aire, diferencia de humedad y emisividad.
Por definición la rapidez de secado es
N = - Ss dX / A d Θ
Donde:
Ss – masa de sólido seco en un lote (M)
X – contenido de humedad de un sólido masa húmeda / masa sólido seco (M/M)
A – superficie que se está secando tangencialmente (L2 )
Θ – tiempo
MOVIMIENTO DE LA HUMEDAD Y DECAIMIENTO DE LA RAPIDEZ
Difusión del líquido. Este método de transporte de la humedad en que se está
secando la humedad ligada, como en el secado de las últimas partes de agua en
arcillas, harina, textiles, papel y madera. La difusividad de la humedad generalmente
decrece con rapidez al decrecer el contenido de humedad.
Movimiento capilar. La humedad no ligada en sólidos granulares y porosos
como arcillas, arena, pigmentos y similares, se mueve a través de los capilares e
intersticios de los sólidos mediante mecanismos en que interviene la tensión
superficial. El agua es reemplazada por aire que entra en el sólido a través de
aberturas y rupturas.
19
Difusión del vapor. Si el calor se proporciona especialmente a una superficie
de un sólido, mientras se realiza el secado en otra superficie, la humedad puede
evaporarse debajo de la superficie y difundirse como vapor al exterior.
Presión. Debido al encogimiento de las capas externas de un sólido durante el
secado, la humedad puede exprimirse de la superficie.
PRINCIPIOS TÉCNICOS DEL SECADO
Básicamente, el secado consiste en retirar por evaporación el agua de la
superficie del producto y traspasarla al aire circundante. La rapidez de este proceso
depende del aire (la velocidad con la que éste circule alrededor del producto, su
grado de sequedad, etcétera), y de las características del producto (su composición,
su contenido de humedad, el tamaño de las partículas, etcétera).
El aire contiene y puede absorber vapor de agua. La cantidad de vapor de
agua presente en el aire se llama humedad. Un aire absolutamente seco, sin vapor
de agua en su interior, contiene una humedad relativa de 0%, mientras que uno
saturado de agua tiene una humedad relativa de 100%. La cantidad de vapor de
agua que el aire puede absorber depende, en gran medida, de su temperatura.
Existen cuadros que permiten calcular la cantidad adicional de vapor de agua
que el aire puede absorber a una temperatura y una humedad relativa determinadas.
A medida que el aire se calienta, su humedad relativa decae y, por tanto, puede
absorber más humedad. Al calentarse el aire alrededor del producto, éste se
deshidrata más rápidamente.
En el cuadro 1 puede apreciarse cómo, a mayor temperatura, más capacidad
del aire de absorber agua. Cuanto mayor sea el flujo de aire, más rápidamente se
eliminará el agua del producto que se está secando.
20
En el cuadro 1 se muestra la cantidad de agua que, en teoría, puede absorber
el aire. En condiciones normales, el aire puede retirar un 30 a 50% de esta cantidad
teórica. Esta capacidad se conoce como "factor de arrastre" y se convierte en una
guía para quienes diseñan equipos de secado.
Cuadro 1
Gramos de agua que pueden ser
Temperatura ºC
HR
29
90
0.6
30
50
7
40
28
14.5
50
15
24
retirados por kg. de aire seco
Las características del producto, su naturaleza y el tamaño de las partículas
también influyen en el nivel de secado.
Luego que la humedad de la superficie se ha retirado por evaporación, el nivel
de secado depende de la velocidad con la que su humedad interna se dirige a la
superficie, lo que varía de un producto a otro. La composición de los materiales
pueden marcar la diferencia por lo que algunos necesitan más tiempo para su
secado, además del espesor de cada tela, pues mientras más delgada sea esta,
menor será la distancia que debe recorrer la humedad interna para llegar a la
superficie.
Las condiciones que afectan la rapidez de secado son la humedad de la
prenda, la humedad del ambiente, el calor que recibe y la ventilación con que se
cuenta en ese espacio, así que se debe aislar cada uno de los elementos para
determinar cual es el más importante o más fácil de manipular para acelerar el
proceso normal de secado.
21
FORMAS DE SECAR LA ROPA
En los climas cálidos y templados es común ver ropa extendida en los patios
traseros, sobre lazos, piedras y bardas, las formas tradicionales de secado de ropa
son:
SECADO AL SOL
El simple secado al sol es el
método más usado en el mundo,
las
prendas
se
secan
extendiéndose sobre los techos
de las casas, aprovechando el
calor
absorbido
superficies,
sobre
por
las
estas
bardas,
cercas y muchas veces se usan
las rocas planas con el mismo
propósito.
Este método de secado tiene algunas ventajas:
• No
•
utiliza energía convencional para su funcionamiento
Puede irse tendiendo lo que se va lavando sin esperar a tener una carga
Pero también tienen muchas limitaciones:
• La
pérdida de humedad puede no ser constante, ya que depende del clima.
• El
secado es muy lento y a menudo las prendas no llegan a secarse
completamente en un solo día, por lo que debe permanecer expuesto durante toda la
noche para finalizar su secado al día siguiente.
• La
•
prenda está expuesta a la contaminación por el polvo y la suciedad
Está expuesta a la lluvia, además que el Sol directo puede decolorar las
prendas o amarillear la ropa blanca.
22
SECADO A LA SOMBRA
El secado a la sombra es un proceso cada vez más utilizando en nuestros días,
pues las amas de casa no pueden vigilar constantemente la ropa, o previendo lluvia
la cuelgan a la sombra, para lo que utilizan los aleros de las viviendas, balcones o
cobertizos construidos especialmente.
De esta forma se reducen las posibilidades de que se ensucien las prendas o
se decoloren. Sin embargo, el secado a la sombra es un proceso lento, por lo que se
expone al desarrollo de hongos y malos olores, además de dar
mal aspecto y
obstaculizar otras labores
FOGÓN
El calor del fogón también se ha usado para secar algunas prendas, acercando
al calor del fogón las prendas que se requieren secar, sin colocarlos directamente a
las brazas, las prendas que aquí se secan generalmente son para uso en la cocina.
Si bien estos sistemas de secado pueden parecer muy simples e ineficientes, a
pesar de sus limitaciones han resultado efectivos, desde hace muchos años.
23
EL
24
SOL
EL SOL
La estrella que da vida a nuestro planeta, es una esfera incandescente que
nació, hace 5 000 millones de años, casi cinco mil millones de años después de la
formación de la Vía Láctea2 de una nube cósmica compuesta principalmente por los
elementos más simples de la naturaleza que son el hidrógeno y el helio. Su diámetro
tiene 1, 390,000 Km, su calor interno alcanza los 14,000,000ºC.
El Sol es la fuente de toda la energía consumida en la Tierra (exceptuando la
atómica), las plantas utilizan la luz solar, ésta se convierte en energía química que
utilizan los animales y el hombre, las plantas y animales mueren y se convierten en
petróleo, éste se utiliza para crear electricidad, empleamos esta electricidad para
generar movimiento, luz y calor, al mismo tiempo interviene en los fenómenos
atmosféricos, como el viento, los ríos, olas, marea, de los cuales podemos obtener
energía, incluso se puede transformar la radiación solar directamente en energía
eléctrica.
El Sol se encuentra a 149,600,000 Km. de distancia de la Tierra, su
temperatura superficial es de 5,800 ºK, emite una radiación de 3.90x10-33 ergios /
seg., su constante de radiación es de 1,99 calorías cm2/seg..
Como había mencionado anteriormente, el calor del sol llega a la tierra gracias
al fenómeno de radiación, la radiación solar se divide en :
Directa:
Es la que no experimenta cambios en su dirección.
Difusa:
La que sufre dispersión en la atmósfera y no tiene una dirección
única o preferente.
Reflejada:
2
Emisión al variar su dirección.
según los cálculos del astrónomo Gerard P. Kuipier de la Universidad de Arizona
25
Total:
Es la suma de la radiación directa y difusa.
Global:
La suma de la componente vertical de la radiación directa y la
radiación difusa que proviene de la bóveda celeste.
Directa
Difusa
Reflejada
Reflejada
La radiación solar, tarda aproximadamente un millón de años en alcanzar la
superficie del Sol, pero una vez en la superficie, llega en ocho minutos hasta la
Tierra.
En latitudes templadas la energía del Sol representa un kilowatt por metro
cuadrado de superficie expuesta, es decir 1000 watts / m 2
De los 1,500 cuatrillones de mega vatios / hora de calor solar que llega a
nuestra atmósfera, el 35% se refleja, el 18% lo absorbe la atmósfera generando
vientos y cambios atmosféricos y a la superficie de la Tierra llega el 47%.
La potencia energética del Sol es inmensa: 1 gr. de hidrógeno produce, al
convertirse en helio 170,000 kilovatios / hora, cada segundo se convierten 600
millones de toneladas de hidrógeno en 596 millones de toneladas de helio, la
diferencia es la pérdida de masa por radiación., la vista y la piel pueden percibir de
forma natural algunas de estas ondas, la luz visible es sólo una pequeña parte de
26
esa radiación que tiene una longitud de onda a la cual el ojo es sensible, entre 6,5 a
12 millonésimas de centímetro.
Cada color tiene una longitud de onda diferente dentro de este rango, en un
extremo se encuentra el color rojo, y del otro el violeta, las ondas subsecuentes por
cada extremo se denominan infrarrojo, (menos que rojo) y el ultra violeta (más que
violeta).
Rayos X tiene una longitud de onda de 1,6 a 160 milmillonésimas de centímetro
Rayos Ultravioleta con una longitud de 160 milmillonésimas a 6,5 millonésimos de cm.
Luz Visible entre 6,5 a 12 millonésimas de centímetro de largo
Ondas Infrarrojas con una longitud de 12 millonésimos a 160 milésimos de centímetro
Ondas de Radio con una longitud desde unos milésimos de centímetro hasta miles de Km.
Partes que conforman las ondas electromagnéticas
Cresta
Longitud
Amplitud
Valle
Período
Frecuencia
Algunos materiales permiten el paso franco de algunas ondas, según sea su
longitud, es por eso que entra la luz a nuestras casas a través de un cristal, pero al
atravesarlo modifica su longitud y se convierte en calor, mismo que ya no puede
salir, pues el cristal es opaco al infrarrojo. Aunque no existe ningún material
totalmente opaco al ultravioleta, los que nos protegen mejor son el plomo y el ozono.
El sol está a una distancia de 149,490,000 kilómetros de la Tierra, y la
constante solar, esto es, la intensidad media de radiación medida fuera de la
atmósfera en un plano normal es aproximadamente de 1.94 cal / min. cm 3.
27
LA ENERGÍA SOLAR
Como rasgos generales podemos decir que la energía solar es de elevada
calidad energética, de pequeño o nulo impacto ecológico e inagotable a escala
humana; sin embargo existen algunos problemas a la hora de su aprovechamiento:
la energía llega a la Tierra de manera dispersa y semi aleatoria, estando sometida a
ciclos día-noche y dependiendo de las estaciones invierno-verano.
La energía procedente de la radiación solar, absorbida por la Tierra en un año,
equivale a 15-20 veces la energía almacenada en todas las reservas de
combustibles fósiles en el mundo. Si se pudiese aprovechar tan sólo el 0,005 % de
dicha radiación mediante colectores, turbinas, molinos, etcétera, obtendríamos más
energía útil en un año de la que conseguimos quemando petróleo
Dicho aprovechamiento puede hacerse de dos maneras: por captación
térmica y por captación fotónica. De la primera manera la energía solar al ser
interceptada por una superficie absorbente se degrada apareciendo un efecto
térmico. Esto se puede conseguir sin utilizar elementos mecánicos (de forma pasiva)
o utilizándolos (de forma activa): De la segunda manera la radiación solar puede ser
empleada de forma energética directa, utilizando la energía de los fotones mediante
el efecto fotoeléctrico que origina la energía fotovoltaica.
Solar pasiva.
Su funcionamiento se basa principalmente en las propiedades fisicoquímicas
de los materiales empleados en la construcción y en la utilización de los fenómenos
naturales de circulación de aire.
Generalmente el diseño de los sistemas pasivos debe estar definido desde la
concepción de la vivienda, para no hacer remiendos una vez que se quiera emplear
esta tecnología, las grandes ventajas de los sistemas pasivos, frente a los activos, es
su gran durabilidad y su costo a largo plazo.
28
Tecnología requerida:
Acristalamientos: convenientemente orientados captan la energía solar reteniendo
el calor por efecto invernadero.
Masa térmica: tiene como finalidad almacenar la energía captada, y suele estar
constituida por elementos estructurales de la edificación. Como combinación de
estos elementos básicos, se obtienen los diversos sistemas de utilización; por
ejemplo: sistemas de ganancia directa, sistemas de muros de inercia, invernaderos,
cubiertas de almacenamiento térmico.
La repercusión en el medio ambiente de este aprovechamiento de energía
solar es nulo, ya que no se produce ningún tipo de impacto sobre la atmósfera, el
agua o el suelo, ni tampoco otro tipo de efectos como ruido, alteraciones de
ecosistemas, efectos paisajísticos particulares. Su aplicación resulta favorable por el
impacto evitado
Solar térmica.
Se basa en la captación de la radiación por medio de un elemento
denominado colector. Existen tres técnicas diferentes entre sí en función de la
temperatura que puede alcanzar la superficie captora. Así se suelen distinguir: baja
temperatura, media temperatura y alta temperatura, según que la captación sea
directa. de bajo índice de concentración o de alto índice de concentración,
respectivamente.
La tecnología de baja temperatura va destinada al calentamiento de agua por
debajo de su punto de ebullición.
Tecnología de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones que
requieren temperaturas superiores a los 100º C. Este tipo de sistemas se puede
utilizar para la producción de vapor o para el calentamiento de otro tipo de fluido,
pudiéndose alcanzar hasta los 300º C.
29
La tecnología de alta temperatura está dirigida a aquellas aplicaciones que
requieren temperaturas superiores a los 300º C, fundamentalmente producción de
energía eléctrica.
Generar energía térmica sin que exista un proceso de combustión supone,
desde el punto de vista medioambiental, un pr ocedimiento muy favorable por ser
limpio y exento de cualquier tipo de contaminación. Las únicas repercusiones que se
pueden considerar para el caso de media y alta temperaturas son los relacionados
con usos del suelo, efectos paisajísticos y riesgos que implican el manejo
de
elementos a temperaturas elevadas.
Solar fotovoltaica.
Mediante el efecto fotoeléctrico la energía de los corpúsculos constituyentes
de la luz (fotones) se puede aprovechar para producir electricidad. Una de las
variantes del fenómeno fotoeléctrico es el efecto fotovoltaico. Este tipo de energía
tendrá mayor interés en aquellos casos en que la demanda es reducida, pero será
difícil de satisfacer por su localización en puntos distantes de la red de distribución.
Las nuevas tecnologías y materiales de fabricación de las células solares
ofrecen la posibilidad de conseguir importantes disminuciones en el precio de los
páneles, lo cual permitiría que su uso se hiciera más generalizado.
Actualmente las aplicaciones más interesantes son la electrificación rural
referida, las aplicaciones agrícolas y ganaderas, como repetidores de radio y
televisión, radió grafos , balizas, aeropuertos, calculadoras...
Radiación que llega a la Tierra.
La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra se
reduce por varios factores variables, entre ellos, la absorción de la radiación, en
intervalos de longitud de onda específicas, por los gases de la atmósfera, dióxido de
carbono, ozono, por el vapor de agua, por la difusión atmosférica, por las partículas
30
de polvo, moléculas y gotitas de agua, por reflexión de las nubes y por la inclinación
del plano que recibe la radiación respecto de la posición normal de la radiación.
La distribución espectral de la radiación en la superficie de la tierra ha sido
extensamente estudiada y se ha propuesto una serie de curvas a modo de patrón,
para diferentes masas de aire, la masa de aire , m, se define como la radiación y el
espesor cuando el sol está en el cenit y el observador a nivel del mar.
La latitud es el factor más determinante en cuanto que la incidencia solar no
es igual para todo el planeta, los rayos solares inciden perpendicularmente, sólo en
la franja del Ecuador, en la zona comprendida entre los 23º 27´ de latitud norte “Trópico de Cáncer” - y los 23º 27´ de latitud sur - “Trópico de Capricornio”- en
alguna época del año reciben la máxima insolación, pero al alejarnos de ella hacia
los polos, los rayos del sol inciden de forma oblicua hasta llegar a ser paralelos a la
superficie, y consecuentemente la insolación es mínima ya que el espesor de
atmósfera que deben atravesar es mayor.
USOS DE LA ENERGÍA SOLAR
En una lista parcial de posibles usos de la energía solar, figuran:
•
Calefacción doméstica
•
Hornos solares
•
Refrigeración
•
Cocinas
•
Calentamiento de agua
•
Evaporación
•
Destilación
•
Acondicionamiento de aire
•
Generación de energía
•
Control de heladas
•
Fotosíntesis
•
Secado
El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre
ha utilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas nuestras
necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que
31
continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos
cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su
existencia. Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces
más energía que la que vamos a consumir
Debemos aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles, esta fuente
energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos de la dependencia del
petróleo y de otras fuentes de generación de energía que son peligrosas o,
simplemente, contaminantes.
32
SECADO SOLAR
SECADORES SOLARES
Los secador es solares son dispositivos que permiten deshidratar productos. El
proceso de secado es una etapa importante para muchos productos que deben ser
comercializados o almacenados , sin que se produzca el problema de degradación
biológica.
En nuestro país son múltiples los requerimientos del secado de productos
agropecuarios, el caso más evidente en nuestro estado es el de la jamaica, que
actualmente se ha venido trabajando para utilizar este tipo de dispositivos, no
obstante también en épocas de sobreproducción pudiendo ser mango, maíz, plátano,
etc. conviene secar la producción para obtener cierto margen de ganancia, dado que
los volúmenes involucrados por agricultor, pueden alcanzar varias toneladas.
Actualmente, la tecnología del plástico permite construir secadores solares de
gran tonelaje y de muy bajo costo, existiendo en la práctica cerca de 6 modelos
diferentes, de acuerdo al producto y el clima de la zona
CLASES DE SECADORES SOLARES
Existe gran variedad de secadores que emplean energía solar, pero se
pueden resumir mencionando sus características, mismas que los pueden catalogar
por su:
A. FORMA DE CALENTAMIENTO
a) Secador solar indirecto
El aire es calentado en el colector y la radiación no incide sobre el producto colocado
en la cámara de secado. La cámara de secado no permite la entrada de la radiación
solar.
34
b) Secador solar directo
Los dos elementos pueden juntarse, en cuyo caso la cámara que contiene el
producto también cumple la función de colector recibiendo la radiación solar.
c) Secador solar mixto
Finalmente puede darse el caso en que la colección de radiación se realice tanto en
un colector solar previo a la cámara como en la misma cámara.
B. CIRCULACIÓN DEL AIRE
El aire circula dentro del secador con el fin de eliminar la humedad evaporada
del producto. Esta circulación se logra por diversos métodos:
a) Circulación forzada:
El aire es movido por un ventilador que consume energía mecánica o eléctrica.
b) Circulación por convección natural:
El aire es movido por las diferencias de temperatura entre las distintas partes
del equipo que promueven la convección térmica del aire sin energía externa.
C. FORMA DE OPERACIÓN
La forma de operar un secador da lugar a dos alternativas:
a) Secado en tandas:
El producto es cargado en una sola tanda y la misma no se retira hasta que
esté completamente seca.
b) Secado continuo:
El producto se va cargando y descargando en tandas parciales. Dentro del
mismo secador se encuentra una parte de producto húmedo y otra casi seca.
D. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN
a) Baja
b) Media
c) Alta
35
Según la clasificación anterior, se han determinado siete formas de secado
solar, propuestas por Axel Tiessen Favier del Centro de Investigaciones del ITESO 3
1
Modo de calentamiento..........Directo
Circulación de aire..................Acción del viento
Forma de operación................En tanda
Capacidad de producción.......Baja o mediana
2
Modo de calentamiento..........Directo
Circulación de aire.................Convección Natural
Forma de operación................En tanda
Capacidad de producción.......Baja o mediana
3
4
Modo de calentamiento...........Indirecto
Circulación de aire.................Convección Natural
Forma de operación................En tanda
Capacidad de producción.......Baja o media
Modo de calentamiento...........Indirecto
Circulación de aire..................Forzada
Forma de operación................En tanda
Capacidad de producción.......Media a alta
3
http://www.aleph.gdl.iteso.mx
36
5
Modo de calentamiento..........Directo
Circulación de aire.................Convección natural
Forma de operación................En tanda
Capacidad de producción.......Pequeña o baja
6
Modo de calentamiento.........Mixto o indirecto
Circulación de aire................Convección forzada
Forma de operación................En tanda
Capacidad de producción.......Mediana
7
Modo de calentamiento..........Mixto o indirecto
Circulación de aire................Convección forzada
Forma de operación................Continua
Capacidad de producción.......Mediana o alta
Desde mi punto de vista aún no se agotan las posibilidades pues al ser
diferentes variables por lo menos deben ser 16 combinaciones, aunque lo importante
es observar los elementos que intervienen en el secado y que son forma de
calentamiento con tres variables y circulación del aire con dos posibilidades, por
tanto son solo seis opciones
1
2
Calentamiento Solar Directo
Convección Natural
37
Calentamiento Solar Directo
Circulación Forzada
3
Calentamiento Solar Indirecto
Convección Natural
4
Calentamiento Solar Indirecto
Circulación Forzada
5
Calentamiento Solar Mixto
Convección Natural
6
Calentamiento Solar Mixto
Circulación Forzada
Pues considero importantes los elementos anteriores, más que la capacidad
del secador o si es de tandas o continuo.
TIPOS DE SECADORES
Los equipos utilizados para el secado se conocen normalmente con el nombre de
secadores, deshidratadores o secadoras. Existen tres grandes grupos de secadores.
1. Secadores convencionales
Utilizados por la agroindustria, son consumidores de altas cantidades de
energía convencional (electricidad, gas, carbón y otras).
2. Secadores tradicionales al sol
Comúnmente usados para secar café, cacao, jamaica, granos, madera, entre
otras aplicaciones. Pueden ser de tierra apisonada o de cemento.
3. Secadores solares
Estos son los que más nos interesa conocer para este trabajo, aunque la
aplicación de ellos es básicamente para secar granos y frutas, es necesario
mencionarlos puesto que es lo más similar a lo que se pretende analizar.
38
EL SECADO AL SOL Y AL AIRE LIBRE
El
secado
al
sol
y
al
aire
libre
normalmente se aplican a productos de
bajo costo que se hallan disponibles en
gran cantidad. Aun así, hay algunos
ejemplos
de
productos
de
costo
intermedio y alto que también se secan
al sol, como el café, la cocoa y el
pescado.
Una posibilidad para proteger del
polvo y las inc lemencias del clima a
estos
productos,
es
una
cubierta
movible, estas varían desde una simple
tienda de plástico que se coloca encima
del producto, a estructuras sobre ruedas
especialmente
diseñadas
para
que
corran sobre una plataforma de secado Las mejoras en las técnicas de secado al aire
libre simplemente incluyen el levantamiento de un techo para proteger el producto de
la lluvia.
En las regiones con bajos índices de humedad relativa, si el material se
dispone adecuadamente, el producto se logrará secar en forma efectiva aun durante
la noche.
El uso de una malla lo protege de la contaminación, lo que da como resultado
un producto de mejor calidad.
39
SECADORAS SOLARES
Secadora de gabinete (tipo Brace o Lawand)
El diseño básico consiste en un cajón rec tangular de 1,8 a 2,4 m por 90 cm a
1,2 m, con techo de vidrio. La importancia de dar el ángulo exacto de inclinación en el
techo, o de orientarlo hacia el norte o hacia el
sur, ya ha sido tratada anteriormente.
•
El producto se coloca en bandejas de
malla. El interior de la secadora debe pintarse
de negro, con una pintura que no sea tóxica.
Para mejorar el grado de eficiencia, las paredes
y el piso deben ser de material aislante y el
techo de la secadora debe tener doble capa de
vidrio.
En algunos diseños, el aire ingresa a través de unas perforaciones en la base
de la secadora y sale por unos orificios dispuestos en la parte superior de las
paredes. En otros, como el que se muestra en la ilustración, el aire ingresa a través
de los orificios dispuestos en la pared frontal de la secadora y sale por las
perforaciones que se encuentran en la pared posterior.
•
Materiales: vidrio, madera, barro o paredes de ladrillo. Se puede usar cáscara
de arroz como material aislante. Las bandejas pueden fabricarse de malla de fierro
galvanizado o malla de plástico; el techo, de polietileno o de lámina resistente a la
acción de los rayos ultravioleta. La arcilla o la harina de trigo, mezclada con carbón,
pueden reemplazar a la pintura negra.
•
Ventajas: Costo comparativamente bajo. Puede operar cerca de la casa del
usuario, y para su construcción puede usarse una amplia gama de materiales
disponibles localmente. El secado se realiza en menor tiempo y en condiciones más
higiénicas de las que se obtienen con el secado al sol.
•
Desventajas: Cuando se seca pescado, este tipo de secadora atrae más
moscas que los otros modelos descritos, como el tipo tienda de campaña o aquel
provisto de una chimenea. Son un poco más caras que las secadoras tipo tienda de
40
campaña. Su capacidad es reducida. Tendrán una vida muy corta si se emplea
polietileno en lugar de láminas de plástico especial. Necesitan poco o ningún control
sobre el grado de temperatura.
•
Variaciones: Se ha experimentado una serie de modificaciones en el diseño:
•
Se obtiene una mejor distribución de aire si se añaden tuberías en su interior.
•
Se logra almacenar el calor si se coloca una capa de piedras de color oscuro
en la base del gabinete. Ello mejora los niveles de secado en los días nubosos o
durante el periodo de lluvias.
•
Se incrementa el nivel de flujo de aire si se coloca una chimenea pintada de
negro en el punto de salida del aire de la secadora.
Secadora
con
pasaje central
Utilizada
para
el
secado solar de café en
Colombia.
Secadora tipo tienda de campaña
Es un diseño muy popular y de bajo costo. Consiste en una armazón tipo tienda
de campaña con cubierta de plástico transparente en el lado que da al sol y de color
negro en el lado que da a la sombra. En algunas ocasiones, la tienda se fabrica
totalmente de plástico transparente con piso de color negro. El producto se coloca en
una rejilla ubicada a unos 45 cm por encima del
suelo. La vía de acceso es a través de una de
las paredes plegadizas. Resultan baratas y
fáciles de construir y operar.
En Bangladesh, el secado de pescado por
medio de esta técnica toma por lo menos un
25% menos de tiempo que el secado al sol. El
41
equipo se puede desarmar fácilmente para almacenarlo entre estaciones de secado.
• Desventajas:
Se daña con facilidad por acción del viento o debido a que los
niños la utilizan como casa de juegos.
Secadora indirecta tipo chimenea
Este diseño consta de un colector solar cuyo interior es negro para que absorba
el calor y una cámara de secado a la que se ha adaptado una chimenea. En la
cámara de secado el producto se
coloca en bandejas. Ambos -el
colector con armazón de madera y
la cámara de secado- se cubren
con
una
lámina
de
plástico
transparente. La gran chimenea se
cubre
con
plástico
negro.
La
superficie negra absorbe más calor,
calentando el aire en la chimenea y
elevándolo.
Ello
produce
una
corriente de aire e incrementa el
flujo de aire al interior de la secadora.
Este modelo se ha utilizado en Tailandia para el secado de arroz, pescado,
frutas y verduras
•
Puede procesar un gran volumen de materia prima. En Tailandia se han
construido equipos con capacidad para una tonelada que pueden secar el producto
en menos tiempo que el registrado para el secado al sol en condiciones climáticas
favorables.
• Desventajas:
Consta de una estructura semi perm anente que ocupa terreno.
Está expuesto al daño producido por el viento y las tormentas.
Secadora tipo colector solar (secadora indirecta "Nuevo México")
Este diseño de secadora es similar al de la secadora tipo chimenea, ya que
cuenta con un colector solar independiente conectado a una cámara de secado
42
provista de bandejas. La secadora que se muestra
en la ilustración se basa en un diseño de la
Asociación de Energía Solar de Nuevo México. En
este modelo, el colector solar independiente
cubierto por fibra de vidrio, contiene una lámina de
metal pintada de negro para que absorba el calor.
La cámara de secado de madera contiene una
buena cantidad de bandejas. El aire calentado en
el colector circula a través de las bandejas llenas
con el producto y sale por la parte superior del
gabinete. Los pies de la secadora descansan
sobre pequeñas latas llenas de kerosén, para
prevenir el ataque de los insectos.
• Aplicación:
Frutas y verduras, particularmente aquellas más susceptibles de
verse afectadas por la exposición directa a los rayos solares. El éxito de la secadora
se basa en que se usa para productos que van a ser comercializados.
• Ventajas:
Ideal para secar productos sensibles a la exposición a los rayos
solares, pues ofrece el mayor grado de control de temperatura posible. Se pueden
secar diversos productos al mismo tiempo.
• Desventajas:
De costo comparativamente alto para la cantidad de producto a
procesar, resulta más apropiada para productos de alto valor.
Secadora solar de aire forzado para cereales
Esta secadora ha sido incluida como un ejemplo de colector solar al que se le
ha incorporado un ventilador para producción de aire forzado. El aire calentado en el
colector se traslada con ayuda del ventilador al recipiente de secado.
43
• Aplicación:
Este
tipo
de
secadora ha sido utilizada en la
India para secar 50 kg de arroz en
diez a catorce horas, hasta que éste
alcance un contenido de humedad
de 12%. Otras aplicaciones incluyen
pescado en la India y frijoles en el
Brasil.
• Ventajas:
En condiciones climáticas apropiadas, proporciona un método
alternativo de secado a granel que no requiere del uso de sofisticados sistemas de
quemadores. El costo de combustible por tonelada de producto seco es muy bajo. La
ventilación de aire forzado acelera el proceso de secado.
• Desventajas:
Depende en gran medida del clima. Es mucho más costoso que
los sistemas descritos. Requiere de electricidad.
Secadora solar de biomasa Mc Dowel con auxilio de combustible
El diseño original fue propuesto por Mc Dowell para superar los problemas de
secado en zonas húmedas tropicales. La bandeja de secado con el producto se ubica
debajo de un techo solar convencional provisto de doble hoja de material
transparente. El aire ingresa a la cámara a través de los orificios situados debajo de la
bandeja. Esta secadora tiene una caja de
fuego conectada a tuberías de retención de
calor que pasan por debajo de la bandeja
hacia una chimenea externa. Cuando el
clima es nebuloso y/o durante la noche,
puede encenderse el fuego y el calor
irradiará de la tubería, lo que permite que el
producto siga secándose. Las tuberías que
pasan a través de la secadora deben ser a
44
prueba de humo y estar conectadas al tiro de la chimenea, que se mantendrá cerrada
cuando el producto esté secándose al sol para evitar que el aire enfríe la cámara
• Ventajas:
Si bien es más cara que una secadora solar de similares
dimensiones, tiene una gran ventaja: permite que el producto se seque en una sola
etapa. Supera los problemas del mal tiempo. Su uso es apropiado para climas
húmedos.
• Desventajas:
Es más cara y depende en cierta medida de la leña, con posibles
efectos sobre el medio ambiente.
Secadora solar de ropa y acondicionador de ambiente
Imagen del secador solar de
ropa
y
calentador
del
ambiente,
diseñado por el Arq. Deffis Caso, para
la casa ecológica del Bosque de
Chapultepec.
En la fotografía podemos ver
que el área que se destina para
acomodar ropa se comunica por medio
de un tubo de PVC con la casa, está
ubicado en la parte de arriba, pues se
requiere
de
aire
caliente
para
acondicionar el espacio contiguo.
Consta de una superficie con 2
capas de cristal, orientada hacia el sur
para captar la mayor incidencia solar.
Este secador logra una corriente continua de aire por medio de tubos de
P.V.C. ahogados en los muros dos en la parte de abajo en el lado sur y dos en la
parte superior al lado norte, mismos que deben estarse cerrando y abriendo para
controlar el flujo de aire al interior de la casa.
45
Esquema del interior de la secadora de ropa
SALIDA DE AIRE
CALIENTE
TAPA DE CILINDRO
TUBO P.V.C. 75 MM
DOBLE VIDRIO O ACRÍLICO
TODO EL INTERIOR
CON PINTURA
NEGRA MATE
CONDUCTO DE AIRE
CALIENTE AL INTERIOR
DE LA CASA
MUROS DE BLOQUES
HUECOS DE CEMENTO
RELLENOS DE ARENA
DURANTE EL PROCESO
DE CONSTRUCCIÓN
MURO DE BLOQUES
APLANADO AMBOS
LADOS
TUBO P.V.C. 75 MM
AIRE
FRÍO
ENTRADA DE AIRE FRÍO
TAPA DE
CONTROL
LAS PUERTAS DEL
SECADOR SOLAR,
DEBERÁN SER DE
MATERIAL TÉRMICO
PARA EVITAR QUE EL
CALOR ESCAPE
PISO COLOR OSCURO
Desde mi punto de vista, este secador tiene varios inconvenientes, pues la
captación de calor se encuentra solamente en la parte superior, la ropa debe
ingresarse previamente estilada pues no existe drenaje, abrir y cerrar las tapas exige
responsabilidad y continuidad, y por otro lado el aire caliente que irá a parar al interior
de la casa se cargará de humedad.
SECADORES DE BIOMASA DIRECTO
Antes de evaluar este tipo de secadoras, es importante hacer una distinción
entre secadoras directas e indirectas. En las secadoras directas, el humo y otros
materiales de combustión pasan a través del producto. Por lo general esto tiene un
efecto negativo en la calidad del producto final.
46
Las
secadoras
indirectas,
en
cambio,
cuentan
con
algún
tipo
de
intercambiadores de calor en su diseño, de manera que únicamente el aire caliente
limpio entra en contacto con el producto. El
humo es guiado hacia el exterior por medio
de un ducto de chimenea.
El horno de Ceylon
Este modelo es un ejemplo de
secadora de biomasa de fuego directo. La
secadora consiste en un quemador que se
ubica
en
el
suelo
y
una
parrilla
o
plataforma de secado, todo ello protegido
por una simple estructura con un techo de
dos aguas.
• Ventajas:
Pueden utilizarse materiales que una vez encendidos requieran de
poca o ninguna atención, como las cáscaras de coco. Sus costos de construcción son
moderados.
• Desventajas:
El producto resultante ha sido ahumado y secado, lo que reduce
las posibilidades de incluir una amplia gama de productos. Existe una campañ a
generalizada para que se deje de utilizar este tipo de secadoras por sus posibles
consecuencias sobre la salud. En el horno de Ceylon, el quemado de cáscaras de
coco requiere de poca o ninguna atención después de que ha sido encendido. Otras
variaciones incluyen leña y otros materiales, en el supuesto de que se cuente con
mano de obra disponible para mantener el fuego.
Secadora Pagsanjan
Existen muchas modificaciones al modelo original, según el país. Por ejemplo,
la secadora Pagsanjan, usada en Filipinas, se construye aprovechando la ladera de
47
una colina. En el nivel más bajo se cava un hoyo y en el nivel más alto se coloca una
tubería abierta a manera de una canaleta, donde se vierte el combustible. A menudo
esta canaleta se cubre con una lamina de metal para controlar el grado de
combustión.
A: Plataforma de copra
B: Fogón
C: Zona de ingreso al fogón
C
D: Zona hacia donde se
A
F
irradia el calor
E
E: Borde de madero
F: Losa de piedra o lámina
D
de fierro
B
Secadora Sariaya
En terrenos planos se usan algunas variantes, como el Sariaya. Su grado de
eficiencia es mayor que el anterior, pues tiene menor tendencia a que el fuego se vea
afectado por el viento. Ello permite que los gases calientes se distribuyan de manera
más uniforme sobre el producto.
A: Plataforma de copra
B: Fogón
F
C: Zona de ingreso al fogón
A
D: Zona hacia donde se irradia el calor
C
E
E: Borde de madera
F: Loza de piedra o lámina de fierro
D
B
48
SECADORES DE BIOMASA INDIRECTO
Como ya hemos mencionado, en una secadora indirecta los materiales de
combustión no entran en contacto directo con el producto, lo que eleva la calidad. No
obstante, en lo que se refiere a combustible, los intercambiadores de calor no son tan
eficientes. Los costos de construcción son mayores y consumen más combustible.
Son apropiados para procesamiento a gran escala o cuando se trata de productos de
alto valor.
Secadora Samoa
Tiene dos tuberías de retención de calor o intercambiadores de calor, algunas
veces adaptados en un sistema en U o montados debajo de la plataforma de secado.
Sus chimeneas están conectadas al final de la tubería para incrementar la corriente
de aire.
A veces la secadora se adapta con un techo que puede correr sobre rieles para
permitir el secado al sol cuando el clima es propicio.
• Ventajas:
Razonablemente barato en su construcción y se puede obtener un
producto de calidad. Pues pueden usarse combustibles de bajo grado, tales como las
cáscaras de coco o las vainas del cacao.
• Desventajas:
Depende
del
adecuado
abastecimiento
de
combustible. La utilización
de madera puede originar
problemas
con
el
medio
ambiente.
• Variaciones
en
el
diseño: Una secadora tipo
Samoa
ha
sido
utilizada
para el secado de cocoa (Cadbry Bros, 1963). Consiste en una caja de fuego y una
49
simple tubería de retención de calor en una gran cámara situada debajo del cultivo,
que descansa sobre un piso de listones de madera. Algunos agricultores han
instalado ventiladores eléctricos para incrementar el flujo de aire y los niveles de
secado.
SECADO SOLAR DE MADERA
El secado de la madera, así como el
del papel, son de los más parecido al
comportamiento de la ropa por el tipo de
fibra, la madera debe tener un contenido de
humedad
apropiado
para
poder
transformarla en un producto. Por lo tanto
existen métodos para extraerle la humedad y
uno de ellos es el secado solar.
En la gráfica se nota el techo acristalado y las paredes negras para absorber
mayor cantidad de radiación solar, también se aprecia la ventila en la parte superior
para favorecer el flujo de aire húmedo.
50
EXPERIMENTACIÓN
51
Dentro de esta fase se trabajó para obtener una simulación de las condiciones
naturales que tienen efecto en el secado de la ropa, es decir el aire y el sol, pero de
modo que pudieran ser controlables, para lo cual las pruebas se realizaron en un
ambiente hermético y con aire acondicionado, para lograr que todos los
experimentos estén elaborados con la misma temperatura y humedad ambiente, y lo
que se pueda manejar sea la radiación y la ventilación.
Para poder simular la radiación solar, se fabricó un módulo en el cual se
pueden cambiar las bombillas para trabajar con diferentes intensidades, en este caso
se trabajó con 40 W, 100 W y 150 W, de la misma manera se trata de simular la
ventilación por medio de un ventilador con tres velocidades que dan las siguientes
intensidades baja con 1.12 m /s, media 1.52 m /s y alta con 1.92 m /s.
Se manejó en todos los experimentos un trozo de mezclilla de 100 gramos
estando seca, esta mezclilla es de la calidad que se maneja en los pantalones, pues
es de las prendas comunes más difíciles de secar en el hogar.
El registro de variación de humedad impregnada en la tela se realizó con una
balanza electrónica de 1Kg de capacidad y con precisión de medio gramo, pesando
constantemente la tela para registrar el peso actual y determinar la pérdida de
humedad.
PRUEBAS PRELIMINARES
Se hicieron varias pruebas preliminares a la realización definitiva de los
experimentos, una de ellas consistió en mojar la mezclilla y sin exprimirla se colgó
doblada en dos ocasiones para simular el volumen que tendrían las prendas
confeccionadas, constantemente se tomó la temperatura del ambiente, se trabajó a
la sombra y sin ventilación, aquí se utilizó con un trozo de mezclilla de 200 gramos,
sin tomar en cuenta la humedad del ambiente.
52
Tiempo
Temperatura en °C
Peso en grs.
Pérdida en grs.
29.6
200
0
1 Hr.
29.3
379
113
2 Hrs
28.5
365
14
23 Hrs
30.1
260
105
24 Hrs
29.8
245
15
Inicio
= 29.5 °C
Aquí podemos ver que incluso con un ambiente cálido, la tela conserva
humedad hasta por 24 hrs., pues era un trozo de 200 gramos seca y después de 24
hrs. aún contiene 45 grs. de humedad, una prenda normal de ropa pesa fácilmente al
doble de ésta, siendo de la misma calidad de mezclilla, haciendo una comparación
con el volumen que se maneja en los pantalones se pesaron algunas prendas de
mezclilla y los resultados fueron los siguientes:
Talla
Peso
Pantalón para dama talla
32
700g
Pantalón para jovencita
14
535 g
Pantalón para niño
8
480g
Short para dama *
32
170g
* Esta prenda está fabricada con mezclilla mucho más ligera que la que se
manejó en todos los experimentos
Nombre
Peso seca
Peso saturada
Exprimida
Pérdida
Mezclilla
200g
492g
418g
74g
Para determinar la influencia de exprimir la tela, también se hizo una prueba
donde se dejó secando en el mismo ambiente bajo techo, esta prueba se inició a la
una de la tarde con una temperatura de 32.1°C
53
Tiempo
Temperatura
Peso
Pérdida
1 Hr
31.6°C
376g
42g
2 Hrs
30.6°C
362g
14g
10 Hrs
27.1°C
295g
67g
26 Hrs
31.0°C
227g
68g
= 30 °C
El resultado que arrojó este experimento fue que después de 26 horas de
exposición al ambiente, la tela aún contiene 27 gramos de humedad
Tiempo
Temperatura
Peso
Pérdida
Sin exprimir
2 Hrs
28.5°C
365g
14g
Exprimida
2 Hrs
30.6°C
362g
14g
3g
Diferencia
En la tabla podemos ver como influye la acción de exprimir la ropa, en este
caso no es significativo, pues tras dos horas, las prendas que se exprimieron, sólo
tienen tres gramos menos, aunque esto también puede ser por la temperatura
ambiente.
Esto anterior ha servido para tener una idea de cuanto tarda en secar la ropa
bajo techo y la influencia del exprimir la ropa.
Otro
de
los
experimentos
consistió
en
observar
la
diferencia
de
comportamiento entre dos telas iguales (mismas dimensiones y peso), con
condiciones similares, con excepción que una de ellas colocada a la sombra y la otra
totalmente expuesta al Sol, a ninguna se le dejó ventilación, los resultados vienen a
continuación, se tomó la temperatura de cada una por separado.
54
Las mediciones se tomaron en rangos más pequeños, pero aquí se muestran
sólo los resultados de cada hora.
Tela colocada a la sombra
Hora
Temperatura (°C)
Humedad(%)
Peso (g)
Pérdida (g)
12:00
25
65
213
Inicio
13:00
26
61
173
40
14:00
26
54
154
19
15:00
27
54
142
16
16:00
26
55
128
14
17:00
25
56
115
13
18:00
25
58
104
11
19:00
24
71
100
4
= 25.5 °C
= 59 %
Tela al Sol directo
Hora
Temperatura (°C)
Humedad(%)
Peso (g)
Pérdida (g)
12:00
38
68
213
Inicio
13:00
51
61
151
62
14:00
49
58
116
35
15:00
40
58
100
16
= 44 °C
= 61 %
En esta gráfica vemos claramente que el tiempo de secado de la muestra
expuesta al Sol directo se reduce más de la mitad de lo que tarda en secar a la
sombra, pues como podemos observar, en la primera tarda 7 horas para regresar al
peso de inicio, y en la segunda tarda sólo 3 horas, pues la primera es hora cero y no
se toma en cuenta.
55
MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO
En la imagen siguiente podemos observar un trozo de mezclilla seca, que
pesa 100 gramos, sobre
la balanza que se utilizó
en
los
demás
experimentos,
sus
características
son
capacidad 1 Kg,
fotografía
de
En la
abajo
se
observa el equipo que se
utilizó
en
todos
experimentos,
los
un
termómetro marca Radio
Shack, es digital y tiene la
función de memorizar
las
temperaturas
mayores y menores en
un
tiempo
requerido,
además de guardar la
marca mayor y menor
de
humedad
del
ambiente, también se
utilizó un anemómetro
para medir la velocidad
del
viento
y
un
termómetro de carátula,
electrónico para tomar
datos de temperatura interior del módulo, la capacidad de éste último es desde –
70°C hasta 230 °C
56
Fue necesario construir dos módulos para la exposición de la tela a las
condiciones de calor y ventilación.
Como podemos ver en la siguiente fotografía, es una cámara para el secado
por medio de la ventilación,
así que el color del interior o
exterior
no
importa,
se
fabricó con el material al
natural,
Se
trata
de
un
laminado plástico que se
dobla fácilmente con calor,
se le colocó una parrilla
suspendida horizontalmente
a la mitad de la cámara, sus
medidas son:
Largo
34 cm
Altura
22 cm
Profundidad
28 cm
La cámara para realizar los
experimentos con calor, está hecha con
el
mismo
llamado
material
trovicel,
antes
que
es
señalado
aislante
térmico, y pintado para que en el
interior se refleje la luz de las bombillas
incandescentes que se utilizaron, las
tapas opuestas son abatibles y deja
pasar
en
determinado
caso
la
ventilación, un orificio en la parte
superior del módulo, permite ingresar al
interior de éste un termómetro suspendido a una distancia al foco, igual que la que
existe entre la tela y el foco.
57
DISEÑO DEL EXPERIMENTO
En el proceso de secado natural, los elementos aire y sol intervienen de forma
individual o simultánea y con diferente intensidad, es por esta razón que se tomaron
las siguientes combinaciones generales para determinar cual de ellas es más
efectiva para lograr un secado más rápido.
•
EXPOSICIÓN A LA RADIACIÓN SIN FLUJO DE AIRE
•
EXPOSICIÓN AL FLUJO DE AIRE AMBIENTAL SIN RADIACIÓN
•
EXPOSICIÓN
A
LA
RADIACIÓN
CON
FLUJO
DE
AIRE
A
TEMPERATURA AMBIENTE
•
EXPOSICIÓN AL FLUJO DE AIRE CALIENTE SIN RADIACIÓN
En cada uno de los casos se expuso el trozo de tela con la misma saturación
de agua, primero se tomó el dato de la máxima saturación de agua, y luego se simuló
el efecto de exprimir la ropa, que es lo que se hace normalmente en casa antes de
exponer la ropa al medio ambiente.
Para el primer caso se colocó la tela en el interior de la cámara aislada y
solamente se abriría para tomar los datos de temperatura interior y peso de la tela, la
intención es aislar el efecto de soleamiento, es decir se busca el secado a partir
únicamente de la temperatura que se logra sin la intervención del viento, en el
segundo caso el propósito es inverso, pues se busca determinar la rapidez de
secado al contar solamente con ventilación y nada de calor, por tal motivo se utilizó
una cámara abierta del frente y del fondo para favorecer el flujo continuo de aire a
temperatura ambiente, en este caso 24.5°C +/- 1°C., en el tercer experimento se
trata de exponer la tela a la radiación y al mismo tiempo a una ventilación que al
principio se manejó constante y después intermitente en diferentes lapsos de tiempo,
y por último se realizó la prueba de medir la rapidez de secado sin radiación directa,
pero con aire caliente, por medio de una secadora para pelo.
58
EXPOSICIÓN A LA RADIACIÓN SIN FLUJO DE AIRE
Para monitorear este
secado, se construyó una
cámara cerrada de trovicel
de 3 mm, mide 25.4 cm de
frente
x
27.9
profundidad
cm
de
x 30.4 cm de
altura, la distancia del foco a
la parrilla es de 10.16 cm,
esta misma medida se tiene
del
foco
al
fondo
del
dispositivo así como en el
frente, pues está centrado en la parte de arriba del módulo
El material con que está fabricado el módulo es aislante térmico, cuenta con
una parrilla deslizable que permite el acceso a la tela, el interior está pintado con
pintura reflejante, este dispositivo permite cambiar los focos, para lograr obtener la
potencia necesaria en Watts, que va desde los 40 hasta los 150, se monitoreo la
temperatura interior por medio de un termómetro ubicado a un costado de la tela,
además de verificar el peso de la muestra de tela cada 20 min. para hacer la relación
entre el peso de la tela contra el tiempo de exposición.
Se trabajó en un ambiente controlado, en donde se tuvo una temperatura
máxima de 25°C y mínima de 24°C. Con variación de un grado, y con una humedad
máxima de 56% y mínima de 48% variación de 8%, lo cual es muy estable.
Primer experimento con 40 W.
Tiempo en min.
Temperatura Interior °C
Peso en gramos
Pérdida
Inicio
25
185.0
0
20
35
178.0
7.0
59
40
37
171.5
6.5
60
37.5
165.5
6.0
80
38
159.5
6.0
100
38
153.0
6.5
120
39
147.0
6.0
140
41
141.5
5.5
160
43
135.5
6.0
180
44
130.5
5.0
200
44
125.5
5.0
220
46.5
120.5
5.0
240
47
116.0
4.5
260
47
111.5
4.5
280
46.8
107.5
4.0
300
47.7
104.5
3.0
320
47.5
102.5
2.0
340
48.4
101.0
1.5
360
48.2
100
1.0
Segundo con 100 W.
Tiempo en Horas
Temperatura Interior °C
Peso en gramos
Pérdida
Inicio
24
185
0
20
60
171
14
40
64
156
15
60
67
142.5
13.5
80
68
128.5
14
100
71
117.5
11
120
73
110.5
7.0
140
74
104.5
6.0
160
80
100
4.5
60
Tercero con 150 W.
Tiempo en Horas
Temperatura Interior °C
Peso en gramos
Pérdida
Inicio
27.4
185
0
20
80.4
164
21
40
85.4
140
24
60
85.5
119.5
20.5
80
87.2
102.5
17
100
92.2
100
2.5
EXPOSICIÓN AL AIRE AMBIENTAL SIN RADIACIÓN
Para este experimento fue necesario hacer un túnel totalmente liso, donde se
mantiene suspendida la tela,
para que se exponga a un flujo
de viento constante, sobre una
parrilla de alambre
Los
experimentos
se
realizaron en el mismo sitio con
las
características
señaladas,
empleando
antes
un
ventilador de velocidades.
Cabe mencionar que el volumen de la cámara de secado al viento es igual al
de la cámara de calentamiento y que fue utilizada sólo en los exper imentos
preliminares, dado que se optó por utilizar la misma cámara para todos los demás
experimentos que se realizaron posteriormente.
61
La distancia que se tomó desde el ventilador hasta la cámara para estos
experimentos, fue de 30 cm.
Segundo nivel 3,2 m / s
Tiempo en minutos
Peso en gramos
Pérdida
Inicio
185
0
20
165
20
40
148.5
16.5
60
135
13.5
80
123
12
100
117
6
120
111
6
140
107
4
160
103
4
180
101.5
1.5
200
100
1.5
Primer nivel 4.1 m / s
Tiempo en minutos
Peso en gramos
Pérdida
Inicio
185.0
0
20
156.0
29
40
135.5
20.5
60
117.5
18
80
108.0
9.5
100
101.0
7
120
100
1
Aquí es posible observar que el nivel de mayor velocidad, logró secar la tela al
mismo tiempo que los 150 W. Pero al medir la velocidad dentro de la cámara, se
logró identificar una anomalía, pues las mediciones tenían gran variación desde el
62
inicio de la cámara hasta el fondo, en el centro bajaba la velocidad debido a que la
distancia era muy pequeña y se daba el fenómeno de turbulencia.
En la velocidad alta se tomaron las siguientes medidas:
3.4 m/seg.
2.1 m/seg.
1.7 m/seg.
1.2 m/seg.
4.1 m/seg.
Valor medio = 2.5 m/ s
En la velocidad media se tomaron las siguientes medidas:
2.5 m/seg.
1.9 m/seg.
1.0 m/seg.
1.3 m/seg.
3.2 m/seg.
Valor medio = 1.98 m/s
En la velocidad baja se tomaron las siguientes medidas:
1.3 m/seg.
1.0 m/seg.
0.5 m/seg.
0.7 m/seg.
2.0 m/seg.
Valor medio = 1.1
Con lo anterior mencionado se separó el módulo de secado del ventilador, de
modo que la corriente de viento fuese más continua, lográndose con la separación de
70 cms. Entre módulo y ventilador
63
Ventilador
Módulo
70 cm
Ahora las mediciones fueron las siguientes, para la velocidad baja:
1.2 m/seg.
.6 m/seg.
0.8 m/seg.
1.0 m/seg.
2.0 m/seg.
Valor medio = 1.12 m/s
Para la velocidad media
1.6 m/seg.
1.0 m/seg.
1.2 m/seg.
1.4 m/seg.
2.4 m/seg.
1.6 m/seg.
1.8 m/seg.
2.8 m/seg.
Valor medio = 1.52 m/s
Y para la velocidad alta
2.0 m/seg.
1.4 m/seg.
Valor medio = 1.92 m/s
64
Dada la corrección se hicieron de nuevo los experimentos, para saber qué
tanto afecta la turbulencia al secado, aunque en este caso se perdió mucha energía
del viento
Nivel máximo
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicia
185
0
20
168
17
40
154.5
13.5
60
142.5
12
80
132
10.5
100
125
7.0
120
119.5
5.5
140
115
4.5
160
110.5
4.5
180
107.5
4.0
200
103
3.5
220
100.5
2.5
240
100
0.5
Con esto queda demostrado que ahora se lleva el doble de tiempo a esta
distancia que con la anterior, la distancia actual es más del doble que la anterior, así
que es totalmente coherente que se haya duplicado el tiempo de secado.
65
EXPOSICIÓN A LA RADIACIÓN CON AIRE AMBIENTAL
En estos experimentos se
usó
el módulo de calentamiento,
pero abierto, es decir su puerta
frontal y posterior se han dejado
abajo para que fluya el viento a
través de ella, la distancia que se
tomó es la de 28”
El primero de ellos consiste
en
sumar
los
dos
factores
continuamente, en este caso se
tomaron los 100 Watts, en los tres y varía la velocidad del viento en cada uno de los
experimentos, empezando con la velocidad baja.
100 Watts / Velocidad 2.0 m/seg.
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
20
165.5
19.5
40
152
13.5
60
140.5
11.5
80
130
10.5
100
121.5
8.5
120
113.5
8.0
140
108
5.5
160
103
5.0
180
100
3
66
100 Watts / Velocidad 2.4 m/seg.
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
20
162.5
22.5
40
142.5
20
60
131
11.5
80
120.5
10.5
100
113
7.5
120
107.5
5.5
140
102.5
5.0
160
100
2.5
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
20
164
21
40
145
19
60
131
14
80
122.5
8.5
100
114.5
8.0
120
107.5
7.0
140
102.0
5.5
160
100
2
100 Watts / Velocidad 2.8 m/seg.
En los siguientes se deja continuo uno de los elementos ( ventilación o calor )
y se suma el otro cada 20 min.
En la tabla siguiente se muestran los resultados obtenidos dejando continuo el
calor y prendiendo y apagando cada 20 min. El ventilador en la velocidad alta que
67
equivale a 2.8 m/seg., podemos observar como al unir ambos elementos la pérdida
100 Watts continuos
que se logra es mayor .
Viento
Viento
Viento
Viento
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
20
173.5
11.5
40
149.5
34
60
141.5
8
80
121.5
20
100
118
3.5
120
110
8
140
103.5
6.5
160
100
3.5
En la siguiente tabla se invirtieron los elementos, es decir el viento es continuo
y se prende y se apaga el foco de 100 Watts.
Viento continuo 2,8 m/seg
Luz
Luz
Luz
Luz
Luz
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
20
166.5
18.5
40
150
14.5
60
136.5
13.5
80
126
10.5
100
121
5.0
120
114
7.0
140
109
5.0
160
103
6.0
180
100.5
2.5
200
100
0.5
68
Se puede ver que aumentó un poco el tiempo de secado en esta ocasión, es
probable que el viento no dé tiempo para que caliente la tela, aproximadamente tarda
30 minutos más que el anterior.
En la siguiente tabla se muestra otro experimento muy similar a los anteriores,
en donde se alterna uno de los elementos, sólo que se emplea un foco de 150 Watts,
creyendo que siendo mayor la intensidad se podrá tener un secado mas rápido que
150 Watts continuos
el señalado anteriormente cuando se emplea la luz constante.
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
20
170
15
40
143.5
26.5
60
134
9.5
80
118.5
15.5
100
111
7.5
120
100.5
10.5
140
100
0.5
Viento
Viento
Viento
Viento
Como se puede apreciar, el tiempo se ha reducido alrededor de media hora,
con relación a la tabla en que se muestra con foco de 100 Watts, en la gráfica
siguiente se muestra que aunque aparentemente es el mismo tiempo de secado, las
pérdidas que se logran en la anterior, son mayores que en ésta, dado que siempre al
inicio la pérdida es más rápida y al perder esta humedad, decrece la rapidez de
secado en forma regresiva.
69
Luz
2,8 m/seg
Viento continuo
Luz
Luz
Luz
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
20
167.5
17.5
40
143.0
24.5
60
128.5
14.5
80
116.5
12
100
109.5
7
120
101.5
8
140
100
1.5
En el siguiente experimento se plantea
reducir
el tiempo de secado al
alternar más seguido uno de los elementos, en este caso el viento, pues hasta ahora
el resultado ha sido más satisfactorio.
150 Watts continuos
Viento
Viento
Viento
Viento
Viento
Viento
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
10
177
8
20
153.5
23.5
30
146.5
7
40
134.5
12
50
129
4.5
60
120
9
70
115
5
80
110
5
90
105.5
4.5
100
101.5
4
110
100
1.5
Podemos ver que se ha reducido 30 minutos el secado en relación con el
experimento similar pero alternando cada 20 minutos, lo que demuestra que es más
70
eficiente hasta ahora este procedimiento, dando tiempo para que el foco caliente la
tela antes de evaporarla de forma más acelerada con el viento.
En el experimento siguiente se redujo aún más el tiempo de ventilación,
alternando cada cinco minutos el prendido y apagado del ventilador, se tenía
prácticamente la certeza que sería aún mejor, pero como lo veremos en la siguiente
tabla, se ha incrementado un poco el tiempo de secado en 10 minutos, que no es tan
significativo, pero puede dar una pauta a seguir, pues cada cinco minutos resultó ser
menos eficiente que cada 10 minutos, sería interesante determinar cual es el mejor
tiempo para alternar los elementos de secado.
Viento
Viento
150 Watts continuos
Viento
Viento
Viento
Viento
Viento
Viento
Viento
Tiempo en min.
Peso en grs.
Pérdida en grs.
Inicio
185
0
05
181
4
10
172
9
15
168.5
3.5
20
160
8.5
25
157
3.0
30
149.5
7.5
35
147
2.5
40
140.5
6.5
45
138
2.5
50
133
5.0
55
130.5
2.5
60
126.5
4.0
65
124.5
2.0
70
120.5
4.0
75
118.5
2.0
80
115.5
3.0
85
113.5
2.0
71
90
110.5
3.0
95
108.5
2.0
100
106.5
2.0
105
104.5
2.0
110
102.5
2.0
115
101.5
1.0
120
100
1.5
Viento
Viento
Viento
EXPOSICIÓN AL AIRE CALIENTE SIN RADIACIÓN
En este experimento, también en
un ambiente normal de interior similar al
anterior, pero sí hubo un poco de
variación en la temperatura y en la
humedad, pues se obtuvieron datos de
temperatura entre los 28°C y los 30°C, y
la humedad relativa del 52% al 56%,
cuidando de colocar el equipo en un
lugar donde la lectura no sea afectada
por el viento o por la misma secadora. Se expuso la tela a una secadora para pelo
con las siguientes especificaciones:
Tensión de alimentación
127 V +/- 10%
Potencia nominal
1200 W
Frecuencia de operación 60Hz.
Temperatura promedio
105 °C
Este experimento, se hizo también sobre una superficie impermeable y a una
distancia de 20 cm de la secadora con respecto a la tela, dejando 10 minutos por
cada lado de la tela
72
Tiempo en minutos
Peso en gramos
Pérdida
Inicio
185
0
10
151
34
20
122.5
28.5
30
105.5
17
35
100
5.5
Tomando la misma muestra de tela, se ha podido disminuir el tiempo de
secado en este experimento, cosa que aunque obvia, no se ha documentado, ahora
se puede afirmar que el aire caliente es más efectivo, aunque para este caso se
expuso a una mayor temperatura directamente sobre el elemento a secar.
LA PLANCHA
En la mayoría de los hogares, las amas
de casa se ven en la necesidad de utilizar
medios para acelerar el secado de prendas ,
lo más usual es el uniforme de los hijos, Por
tal motivo se realizó este experimento para
observar el comportamiento que tienen los
medios que aceleran el secado de la ropa en
casa, este es el caso de la plancha .
Para este experimento se contó con una plancha de viaje sin regulador de
temperatura, se saturó la tela y se exprimió para obtener los mismos 185 grs. que se
han estado manejando para todos los experimentos, sólo que el ambiente no es
controlado, se planchó sobre una superficie impermeable, para no alterar el
experimento, aunque cada 10 minutos se la daba vuelta a la tela para calentar
ambos lados.
73
Las condiciones climáticas del ambiente se mantuvieron muy estables, aunque
son diferentes a las que se tuvieron en el laboratorio, la temperatura fue de 28°C y la
humedad de 53% a 54%.
Especificaciones técnicas de la plancha utilizada en el experimento que se citó
anteriormente.
Tensión de alimentación
120 V
Potencia nominal
250 W
Frecuencia de operación 60Hz.
Temperatura promedio
50 °C
Tiempo en minutos
Peso en gramos
Pérdida
Inicio
185
0
10
169
16
20
150.5
18.5
30
140.5
10
40
125.5
15
50
111
14.5
60
100
11
Las planchas normales alcanzan temperaturas mayores, pues la potencia es
muy superior, generalmente de 1,200 a 2,500W., pero en este ejemplo se ha
utilizado un promedio menor de calor, pero coincide con la temperatura que se
alcanza con la exposición directa al Sol.
74
RESULTADOS
75
CONCLUSIONES
En la realización de estos experimentos se observó cómo afectan la velocidad
de secado de ropa, los elementos Viento y Sol, de manera natural en la exposición
directa en tendederos, en rocas o paredes, cómo de forma simulada al emplear
aparatos que pueden acelerar el secado al controlar adecuadamente los factores de
ventilación y radiación.
Se ha demostrado que es posible manipular los elementos ventilación y
radiación en favor de un secado más rápido, con la intención de aprovechar los
recursos naturales existentes pero sin depender total y absolutamente del "tiempo",
se debe pensar en aislar los elementos a secar, para protegerlos de suciedad y la
acción decolorante del Sol, además de favorecer la creación de un espacio reducido
donde es más fácil controlar la humedad y temperatura que en un área abierta.
Es importante recalcar que la utilización de focos no es para sustituir la
energía solar, si no para simular su emisión infrarroja que contribuye a la
transferencia de masa del elemento textil, que en este caso se ha tomado mezclilla
de 0.05 grs / cm 2 que comúnmente se emplea en la fabricación de pantalones.
Del mismo modo al utilizar un ventilador no significa que debemos emplear
uno para usarlo de secadora, se aprovecha para recrear las condiciones ambientales
naturales, pues es la forma de manipular los elementos y verificar su eficiencia en el
proceso de secado de la ropa.
Se ha demostrado que como es lógico: a mayor potencia del foco, la
temperatura aumenta y se genera un secado más rápido ( < W = < T ), desde los 100
W, la tela se seca hora y media antes que expuesta directamente al Sol, pero hay
que tomar en cuenta que se trata de una cámara cerrada, donde el calor se
concentra y esto no se logra con la exposición directa al Sol en espacios abiertos, en
76
los experimentos se tiene el registro de la temperatura máxima alcanzada, de modo
que en la exposición directa al Sol alcanzó un máximo de 51°C, mientras que con el
foco de 100 Watts se alcanzó un máximo de 80°C, es decir su máxima eficiencia en
calor que es el 80%.
En los experimentos con ventilación iniciales se logra un secado bastante
acelerado sobre todo en el nivel máximo, logrando un secado en dos horas, a una
distancia de 30.48 cm pero al corregir la distancia se duplica el tiempo de exposición.
Al unir los dos factores no se logró incrementar la rapidez de secado como se
esperaba, pues se secó en el mismo tiempo que con solamente el calor, aunque
ahora la cámara no estaba cerrada y no se alcanzaban temperaturas muy elevadas,
sin embargo se gastó el doble de energía. Hasta aquí en cuanto a los resultados de
exposición continua a ventilación y radiación
Respecto
a
los
resultados
de
experimentos
donde
se
alternaron
periódicamente ambos factores en lapsos de tiempo diferentes, al dejar actuar uno
de los factores de forma continua y alternar el otro cada 20 min., se logró un secado
más efectivo en ambos casos ( radiación continua, alternando ventilación y
ventilación continua, alternando radiación), el que inicia con radiación resultó ser más
eficaz, de modo que se repitió el experimento pero se redujo el tiempo de exposición
que fue cada 10 min., y empezando con radiación, aquí se logró el mejor resultado,
pues luego se volvió a reducir el tiempo de exposición al viento y resultó más
tardado, lo cual indica que no se da suficiente tiempo para que se caliente la tela con
el foco de 150 W, antes de ventilar para ayudar a retirar la humedad de la tela.
Es posible afirmar que tratándose de una capacidad superior de radiación
(calor), el tiempo de alternado con el viento puede ser inferior, esto es lo que pasa en
la naturaleza comúnmente, pero es prácticamente imposible de controlar.
77
Según las características de los aparatos utilizados en los experimentos
anteriores, se consume menos electricidad con una hora de planchado, pues en total
se gastan 250 W, en el caso de la secadora aunque empleamos menos tiempo en el
secado, la electricidad que consumimos es mayor, pues a pesar de que nos
tardemos media hora nos gastamos 600 W, así que al final de cuentas, pagamos un
precio mayor por nuestro recibo de electricidad y causamos daño a la naturaleza,
pues si todos gastamos energía eléctrica para secar ropa, en conjunto el gasto en
generar esa energía es muy significativo, más aún en lugares donde exista mayor
humedad en el ambiente y /o menor radiación solar.
Observando la siguiente tabla, podemos ver el gasto en energía eléctrica de
los aparatos que comúnmente usamos, mientras mayor sea el consumo, mayor será
el impacto a nuestro ambiente, pues para la generación de esta energía se requiere
de la extracción, transporte, almacenamiento, combustión, conversión y distribución
de combustible.
APARATO
POTENCIA EN WATTS
POTENCIA EN KILOWATTS
Lavadora de Ropa
2500
2.5
Secadora de Ropa
2500
2.5
Horno
2000
2.0
Plancha
250-1250
0.25 – 1.25
Secador de Pelo
350-800
0.35 – 0.80
Ventilador
50
0.05
Foco
100
0.10
Por ello al encender un foco o un electrodoméstico, se incurre en un costo
ambiental acumulativo del cual no somos conscientes y que a largo plazo deteriora
nuestra calidad de vida, disminuye las reservas energéticas, incrementa los índices
de contaminación y compromete enormemente el bienestar de nuestro futuro,
últimamente se ha tratado de concientizar a la población por el lado económico,
78
demostrando el ahorro que puede tener mensualmente con la cuenta de la
electricidad y el gas.
CÁLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
El contenido de humedad, base seca para la muestra en las pruebas fue como
se expresa Kg. humedad / Kg. sólido seco para un trozo de 100g de mezclilla es 85/
100 = 85%, no es totalmente saturada, es como queda después de exprimir de modo
normal
CÁLCULO DE CONSUMO ELÉCTRICO
Para calcular el pago del recibo solamente de la energía convencional que
utilizamos, podemos realizarlo de la siguiente manera.
COSTO MENSUAL
C. M. = POTENCIA (kW) x horas de uso al día x días de uso al mes x tarifa eléctrica
Por ejemplo, si utiliza una plancha común que consume 1,250 Watts (equivale a 1.25 kW)
por 2 horas diarias durante un mes (30 días) en la ciudad de Colima, el costo mensual de
energía eléctrica por este concepto será:
Costo Mensual = 1.25 kW x 2 h/día x 30 día/mes x 0.65 pesos/kWh
Costo Mensual = 48.75 pesos
Eso mismo podemos hacer para calcular con el uso de la pistola (secadora) o
una plancha de uso normal que utiliza más energía, o con el horno de microondas
que en algunas ocasiones utilizan las amas de casa para secar prendas de manera
urgente.
79
RECOMENDACIONES
Con la intención de mejorar la fiabilidad de los resultados, se hacen las
siguientes recomendaciones para corregir las limitaciones del experimento
•
Para reproducir estos experimentos se recomienda lavar primero la tela que
se vaya a utilizar antes de cortar la muestra, pues pierde peso al eliminar
colorante y almidón, de modo que una vez lavada y seca se puede cortar el
segmento de tela de los gramos que se requieran
•
Hacer un túnel de viento para lograr homogeneizar la salida de la ventilación,
dado que las lecturas de la velocidad disminuyen en el centro y se elevan a
los extremos del ventilador, de hecho en el centro justo enfrente del ventilador
no existe corriente alguna de aire.
•
Hacer las mediciones lo más exactas posibles, tratando de usar una balanza
con mayor precisión, esto es importante pues al tratarse de una muestra
pequeña es necesario detectar cualquier cambio en el peso de la muestra y
también se recomienda hacer las mediciones en el tiempo justo, sin dejar
pasar ni medio minuto.
Para ahorrar energía
•
Evite a toda costa usar máquinas secadoras de ropa; utilice el sol y el viento
además de ser recursos naturales renovables, no contaminan y son gratuitos.
80
GLOSARIO
81
Cálculo de la cantidad de calor
De acuerdo con la definición de calor específico, es evidente que la cantidad de
energía suministrada o extraída a una masa conocida de material para producirle un
cambio específico en su temperatura, puede obtenerse a partir de la siguiente
relación:
Q = ( m ) ( c ) ( T2 - T1 )
Calor
Es una forma de energía. Termodinámicamente se define calor como resultado de
una diferencia de temperatura de dos cuerpos. Toda transferencia de energía se
manifiesta en trabajo.
Calor específico
Para cualquier sustancia es la cantidad de energía en Btu (Unidad térmica británica)
necesaria para producir un cambio de temperatura de 1º F a 1lb de masa.
Calor latente
Es cuando la energía térmica origina un cambio de fase en las sustancias. Se le
llama calor latente de fusión cuando el cambio se lleva a cabo entre las fases sólido líquido en cualquier dirección. Y se le llama calor latente de vaporización cuando
ocurre en las fases líquido - gas.
Calor sensible
Se le llama a la energía térmica que cause un cambio en la temperatura de la
sustancia.
Conducción
Es la transferencia de calor que ocurre cuando la energía es transmitida por contacto
directo entre las moléculas de un cuerpo simple o entre las moléculas de dos o más
cuerpos con buen contacto térmico entre ambos.
82
Contenido de humedad en base húmeda.
El contenido de humedad de un sólido o solución generalmente se describe en
función del porcentaje en peso de humedad; a menos que se indique otra cosa, se
sobreentiende que está expresado en base húmeda, es decir, como ( Kg humedad /
Kg sólido húmedo) 100 = (Kg humedad / ( Kg sólido seco + Kg humedad ) ) 100 =
100 X / (1 + X ).
Contenido de humedad, base seca.
Se expresa como Kg humedad / Kg sólido seco
Convección
Transferencia de calor por desplazamiento de corrientes producidas por un cambio
de densidad, producto del calentamiento,
el fluido se expande aumentando su
volumen por unidad de masa y se vuelve más ligero, de tal modo que se genera un
movimiento de desplazo del más frío al más caliente.
Día Solar.
Tiempo transcurrido entre dos tránsitos del sol por el meridiano. Varía durante el año
y por consiguiente es neces ario definir el día solar medio. La causa es la variación de
la velocidad de rotación de la Tierra y de su movimiento en torno al Sol.
Energía térmica (Q)
Es una expresión de potencia, es decir razón de trabajo efectuado y es medida en
Btu por minuto o Btu por hora. Se divide en dos tipos o categorías, dependiendo si la
sustancia gana o pierde energía térmica.
Humedad en el equilibrio X*
Es el contenido de humedad de una sustancia que está en el equilibrio con una
presión parcial dada por el vapor.
83
Humedad libre.
Es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la humedad en el
equilibrio: X - X*. Solo puede evaporarse la humedad libre; el contenido de humedad
libre de un sólido depende de la concentración del vapor en el gas.
Humedad ligada.
Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de vapor
en el equilibrio menor que la del líquido puro a la misma temperatura.
Humedad no ligada.
Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de vapor
en el equilibrio igual a la del líquido puro a la misma temperatura.
Inmiscible
Incapaz de llegar a ser homogéneo: describían dos o más líquidos que no se
mezclarán junto para formar una sola sustancia homogénea
Luz.
Radiación electromagnética.
Luz visible.
Luz cuya longitud de onda queda entre los 360 y 700 nanómetros (mil millonésimas
de metro). (Entre 0.0003 y 0.0007 mm).
Radiación
La transferencia de calor ocurre en forma de movimiento ondulatorio, la energía pasa
de un cuerpo a otro sin intervención de materia. La energía radiante es absorbida y
transformada en energía interna. Todos los materiales reciben y ceden calor en
forma de energía radiante.
84
Radiación Infrarroja.
Radiación electromagnética de longitud de onda mayor que la visible, va desde 7,000
Ángstrom hasta 1 mm.
Sol.
La Estrella más cercana a la Tierra. Se trata de una enana amarilla de tipo espectral
G2V y magnitud absoluta 4.8
Sol Activo
Estado del Sol en que ciertos fenómenos solares se presentan en mayor número e
intensidad. Por ejemplo manchas solares, protuberancias y ráfagas.
Temperatura
Es una propiedad de la materia. Es una medida del nivel de presión térmica de un
cuerpo. Se ha demostrado que la temperatura es una función de la energía cinética
interna y como tal es un índice de la velocidad molecular promedio.
85
BIBLIOGRAFÍA
86
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Diccionario de la Naturaleza 1987. Madrid, ESPASA
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