Modelado, simulación y caracterización de un secador solar para estudiar la cinética de secado de productos agrícolas en Tabasco.

Abstract

El objetivo principal de este trabajo fue modelar, simular y caracterizar un secador solar tipo colector-cabina en convección forzada bajo condiciones ambientales del Estado, para estudiar la cinética de secado en capa delgada de productos agrícolas. Primero, se modeló y simuló el comportamiento térmico de dos colectores solares de placa suspendida en convección forzada con diferentes formas de la placa absorbedora y diferentes recubrimientos. Los colectores se analizaron mediante un balance de energía en la cubierta, las placas y el aire, obteniéndose un sistema de ecuaciones simultáneas que se simuló con un programa de computación en MATLAB. Se obtuvo una eficiencia total de 74.5 % y de 70.1 %, por lo que se seleccionó el colector de mayor eficiencia para el secador solar. Además, se estudió la cinética de secado en capa delgada del plátano cuadrado y del taro en condiciones controladas de temperatura a 40, 50, 60 y 70 °C. La velocidad de secado aumentó y el tiempo de secado disminuyó con el aumento de la temperatura. El plátano se secó entre 200 y 300 min y la malanga entre 300 y 550 min aproximadamente. La difusividad de humedad efectiva aumentó en un rango de 1.5425 a 4.3399 x 10-10 m2 s-1 para el taro y 3.799 5 a 6.332 5 x 10-10 m2 s-1 para el plátano. La energía de activación fue de 31 050 J mol-1 para el taro y 14 433.9 J mol-1 para el plátano. La razón de humedad se ajustó por regresión no lineal a cinco modelos de secado en capa delgada. Los modelos que describieron adecuadamente el proceso de secado del taro fueron Wang y Singh a 40 °C, Henderson y Pabis a 50 °C y Page a 60 y 70 °C. Los modelos que se ajustaron mejor al proceso de secado del plátano fueron Wang y Singh a 40 y 60 °C, y Page modificado a 50 y 70 °C. Posteriormente, se estudió el efecto de la velocidad del aire de secado sobre la cinética de secado en capa delgada del taro en el secador solar a 0.16, 0.24 y 0.32 m s-1. El modelo de Wang y Singh predijo mejor el proceso a 0.16 y 0.32 m s-1, y el de Henderson y Pabis a 0. 24 m s-1. La velocidad de secado aumentó y el tiempo de secado disminuyó al aumentar la velocidad del aire. Finalmente, se estudió la cinética de secado en capa delgada del mango verde a 0.32 m s-1 en el secador solar. El proceso de secado presentó un período de velocidad de secado decreciente con un periodo inicial de velocidad de secado creciente muy corto. El modelo de Page describió mejor la cinética de secado del mango.