Este apéndice presenta el procedimiento para evaluar el desempeño termodinámico de un secador solar, considerando dos parámetros fundamentales:
El caso de estudio corresponde al secado de 100 kg de
pimientos frescos con 80 % de humedad en base húmeda
(bh), hasta 5 % bh, en 3
días.
El secador cuenta con un colector solar de 15 m² de
área efectiva y un ventilador que mantiene un caudal de aire de
0.5 m³/s.
Las condiciones ambientales promedio son:
La eficiencia de secado del sistema se obtiene mediante la Ecuación (4.1) del texto principal:
\[\eta_d = \frac{W \, \Delta H_L}{I_d \, A_c}\]
donde:
| Símbolo | Descripción | Unidades |
|---|---|---|
| \(W\) | Masa de agua evaporada | kg |
| \(\Delta H_L\) | Calor latente de vaporización del agua | kJ/kg |
| \(I_d\) | Insolación total incidente sobre el colector | kJ/m²·día |
| \(A_c\) | Área efectiva del colector | m² |
\[W = 100 - 21.05 = 78.95 \, \text{kg}\]
\[I_d = 20{,}000 \times 3 = 60{,}000 \, \text{kJ/m²}\]
Sustituyendo en la ecuación:
\[\eta_d = \frac{78.95 \times 2320}{15 \times 60{,}000} = 0.204\]
\[\eta_d = 20.4\,\%\]
Interpretación:
Aproximadamente el 20 % de la energía solar captada se
convierte en energía útil de evaporación del agua contenida en el
producto.
Este parámetro es más útil para evaluar la evaporación real de humedad desde el producto dentro del secador solar.
Es una medida directa de qué tan eficientemente se utiliza la capacidad del aire calentado para absorber humedad.La eficiencia de captación se define como la razón entre la humedad “recogida” por el aire en la cámara de secado y la capacidad teórica del aire para absorber humedad.
De acuerdo con la Ecuación (4.4) del texto principal:
\[\eta_p = \frac{W}{V \, \rho \, t \, (h_{as} - h_i)}\]
donde:
| Símbolo | Descripción | Unidades |
|---|---|---|
| \(W\) | Agua evaporada | kg |
| \(V\) | Caudal volumétrico de aire | m³/s |
| ρ | Densidad del aire | kg/m³ |
| \(t\) | Tiempo total de secado | s |
| \(h_{as}\) | Humedad absoluta del aire a saturación adiabática | kg vapor/kg aire seco |
| \(h_i\) | Humedad absoluta del aire de entrada | kg vapor/kg aire seco |
Sustituyendo:
\[\eta_p = \frac{78.95}{0.5 \times 1.28 \times 259{,}200 \times (0.0186 - 0.014)} = 0.207\]
\[\eta_p = 20.7\,\%\]
| Parámetro | Valor | Significado |
|---|---|---|
| ηd = 20.4 % | Fracción de la energía solar convertida en energía útil de secado. | |
| ηp = 20.7 % | Fracción de la capacidad del aire caliente realmente usada para evaporar humedad. |
Estos valores son típicos de secadores solares de convección forzada, cuyo rango de eficiencia global se encuentra entre 20 % y 30 %.