anteproyecto industrial

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  • 7/26/2019 Anteproyecto Industrial

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    SECCIN 1: Contextualizacin de la Investigacin

    A) Situacin problica

    En el mundo se utilizan grandes cantidades de recursos energticos en lasoperaciones de secado para disminuir la humedad a una determinada sustancia o

    cuerpo, por medio de la evaporacin y eliminacin del agua contenida en la

    misma.

    El secado natural es la disminucin de humedad de los productos o materiales en

    condiciones naturales sin incluir ningn equipo de proceso, como por ejemplo

    secado al sol o al viento, secado artificial es el uso de equipos como ventiladores o

    calentadores los cuales usan generalmente fuentes de energa para generar su

    proceso.

    El secado artificial brinda algunos beneficios sobre el secado natural como son la

    calidad del producto deshidratado, la velocidad de secado, lo que influye tanto en

    la calidad como en el costo del producto! las condiciones sanitarias y nutritivas

    son mejores, al no estar el producto e"puesto a la accin directa del sol, la lluvia,

    el polvo y los insectos! las operaciones de deshidratacin son m#s sencillas, y se

    puede incluir un sistema de automatizacin y control del proceso. $as desventajas

    del secado artificial son el alto costo de la instalacin por la adquisicin de

    equipos y los costos de operacin ya que se requiere combustibles o energa

    elctrica para la operacin de equipos.

    $a energa solar es considerada una fuente inagotable de energa limpia, se puede

    aprovechar directamente mediante la transformacin en calor conocida como

    energa solar trmica y en energa elctrica como energa solar fotovoltaica. El

    desarrollo de la energa solar en Europa pasa por el apoyo institucional para las

    nuevas aplicaciones, desde la %omisin Europea se promueve programas y

    directivas de apoyo a la produccin de calor y fro con energa solar, &$pez,

    '(()*

    +egn &$inohr, '(()* en -mrica $atina, como en ningn otro lugar, la energa

    es inseparable de la poltica. El nacionalismo energtico, sumado a viejos

    conflictos territoriales y falta de inversin, genera dificultades para lo que debera

    ser el objetivo de largo plazo afianzar un mercado energtico comn. ay alianzas

    %uba, /enezuela! 0"ico en %entroamrica, en 0ercosur /enezuela pero an

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    falta mucho por hacer. $a energa solar pr#cticamente no se aprovecha, a pesar de

    que tiene mucho futuro, sobre todo en las regiones apartadas y alejadas de las

    redes.

    En el Ecuador la mayora de secadores a nivel industrial utilizan un proceso que

    quema algn tipo de combustible proveniente del petrleo en especial el 1$2 por

    su bajo costo y f#cil manejo, a nivel de secadores rurales los mismos son

    alimentados con el 1$2 de uso domstico los cuales en la actualidad cuentan con

    un subsidio y que ser# eliminado en poco tiempo debido a las polticas energticas

    que maneja el gobierno en donde prioriza el uso de la energa elctrica

    proveniente de las centrales hidroelctricas que se han implementado o est#n en

    construccin.

    3na alternativa para reducir el costo de operacin que a futuro tendr# este tipo de

    secadores es contar con una fuente adicional para calentar el aire que ingresa en la

    c#mara de secado de los diferentes productos, al utilizar una de las energas de

    fuente renovables se disminuir# el costo de operacin ya que no sera necesario el

    pago mensual para utilizar esta energa.

    +i no se corrige el problema del sistema de calentamiento de aire se corre el riesgode incrementar el costo del producto y disminuir la competitividad en el mercado,

    reducir la ganancia por el mayor costo del 1$2 sin subsidio, reducir la calidad del

    producto ya que se deber# prescindir de personal para reducir costos o hasta el

    cierre de la empresa.

    3na posible solucin para disminuir el consumo de combustible y el costo

    operacional de la produccin de plantas arom#ticas secas es la utilizacin de la

    energa solar en un sistema hbrido lo que reducir# el uso 1$2, reduciendo adem#s

    las emisiones contaminantes al medio ambiente.

    !) "eliitacin del problea # ob$eto

    El secador de plantas arom#ticas.

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    4%mo incide el +istema de %alentamiento de -ire para secar plantas arom#ticas

    en el costo de operacin de la Empresa -grochambo en el cantn %hambo durante

    el a5o '(678

    C) %b$etivo general # capo de accin de la investigacin

    %b$etivo general

    9ise5ar un +istema de %alentamiento de -ire mediante el uso de Energa +olar

    para el secado de plantas arom#ticas reduciendo el costo de operacin en la

    Empresa -grochambo del cantn %hambo en el a5o ' (67.

    %b$etivos espec&'icos

    -nalizar el proceso de calentamiento de aire utilizado en la actualidad para

    el secado de plantas arom#ticas

    %uantificar el consumo de 1$2 que se utiliza en el actual sistema de

    calentamiento de aire.

    2lantear un sistema de calentamiento de aire mediante el uso de energa

    solar.

    1enerar un an#lisis de costo beneficio en la implementacin de un sistema

    de calentamiento de aire con energa solar.

    El sistema de calentamiento de aire.

    ") (usti'icacin de la investigacin

    El secado de plantas arom#ticas es necesario para evitar su deterioro r#pido y

    comercializarlo en el mercado durante un mayor tiempo, a nivel nacional e

    internacional se ha priorizado el secado de diferentes plantas para asegurar la

    disponibilidad del producto durante todo el a5o, adem#s en los pases

    industrializados las personas prefieren el consumo de productos naturales entre los

    que se encuentran plantas, frutas y hierbas medicinales y arom#ticas, el secador

    actual utiliza el 1$2 para el calentamiento del aire que atraviesa el secador lo que

    provoca un alto costo en la operacin e impacto ambiental al quemar este

    combustible.

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    El uso de fuentes alternativas de energa reduce el impacto ambiental que produce

    los sistemas tradicionales y reduce el costo de combustible en la operacin del

    sistema. $a energa solar es una opcin que se puede utilizar para el calentamiento

    de aire.

    Este proyecto se considera factible ya que el propietario de la empresa tiene la

    apertura para que se tome datos y se genere el estudio necesario para el

    planteamiento del sistema de calentamiento mediante el uso de energa solar.

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    SECCIN II: arco terico preliinar e *iptesis de investigacin

    A) +undaentacin legal

    El gobierno ecuatoriano a travs de su poltica energtica ha impulsado el cambiodel consumo de energa de los hidrocarburos o derivados del petrleo por una

    energa que contamine menos como son las hidroelctricas, centrales elicas y de

    energa solar fotovoltaica.

    $a %onstitucin de la repblica menciona en diversos artculos lo siguiente

    Art, 1-,. :El Estado promover#, en el sector pblico y privado, el uso de

    tecnologas ambientalmente limpias y de energas alternativas no contaminantes y

    de bajo impacto. $a soberana energtica no se alcanzar# en detrimento de la

    soberana alimentaria, ni afectar# el derecho al agua;.

    Art, /10,.:El Estado promover# la eficiencia energtica, el desarrollo y uso de

    pr#cticas y tecnologas ambientalmente limpias y sanas, as como de energas

    renovables, diversificadas, de bajo impacto y que no pongan en riesgo la

    soberana alimentaria, el equilibrio ecolgico de los ecosistemas ni el derecho al

    agua;.

    9entro de los objetivos del 2lan 6?, adem#s se cumple el

    objetivo del buen vivir al utilizar energas renovables y prevencin de la

    contaminacin ambiental.

    !) Antecedentes de estudio

    En la investigacin +ecador solar indirecto con flujo de aire forzado para

    uacalera, quebrada de umahuaca, de los autores &%ondor 0., Echaz @.,

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    +aravia $., '(()*, se manifiesta como se construy un secador solar para

    diferentes productos mediante el uso de colectores con un superficie de 6(( m ', el

    mismo se puede utilizar en el da calentando el aire o en la noche ya que se

    aprovecha la baja humedad del aire pero con menor eficiencia energtica. El rango

    de temperaturas que alcanza el aire al atravesar por los colectores es de >( A% a )(

    A% y se utiliza un ventilador ya que se realiza mediante circulacin forzada, las

    bandejas se disponen en carros para facilitar el manejo del producto al ingreso y

    salida de la c#mara. +e logra resultados satisfactorios para eliminar

    apro"imadamente el B( C de humedad de 7(( g de producto, el banco de

    colectores puede variar la inclinacin para aprovechar de mejor manera la energa

    del sol. +e utiliza materiales de larga duracin para que se pueda mejorar la tasa

    de retorno de la inversin.

    En la investigacin +ecador solar hbrido, dise5o y construccin, de los autores

    &%ondor 0., Echaz @., 9uran 1., +aravia $., '((B* +e presenta un secador solar

    destinado a la produccin industrial de pimiento para pimentn, circulacin

    forzada de aire y calentamiento au"iliar mediante un quemador de le5a. 9ebido a

    los colectores de m#s alta eficiencia que se utilizan y la incorporacin de

    seguimiento diario de la altitud solar, se requiere menos de la mitad de #rea de

    coleccin que el secador fijo. +e ha observado que por encima de los ?( m la

    relacin entre el costo y el salto de temperatura obtenido resulta desfavorable. En

    el caso del banco de colectores rebatibles, la eficiencia trmica de los mismos se

    ve aumentada por la mayor radiacin incidente, por el uso de flujo de aire por

    arriba y por debajo del absorbedor y por el mejor aislamiento trmico. En cuanto

    al funcionamiento con el sistema hbrido se ha preferido continuar con la

    cone"in en serie entre este y el banco de colectores. Esta estrategia garantizar# el

    secado del producto en cantidades industriales en uno o dos das de sol,

    manteniendo el ritmo de produccin actual pero reduciendo la cantidad de

    biomasa debido a los mejores niveles de secado conseguidos durante el da con el

    sistema solar. En este sentido las mejoras introducidas permitir#n un ahorro

    energtico por un uso m#s eficiente de la energa de ambas fuentes de energa.

    $a diferencia con respecto a la investigacin que se plantea es que no se utilizar#n

    colectores solares para el calentamiento del aire, sino se utilizar# la concentracin

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    de la radiacin solar directo al intercambiador de calor en donde tambin se

    procede a quemar 1$2 form#ndose un sistema hbrido, adicional se contar# con

    un control de temperatura el cual segn la energa solar disponible permitir# un

    mayor o menor consumo de 1$2.

    C) +undaentacin terica

    3ropiedades '&sicas del aire *4edo

    El aire hmedo tiene varias propiedades las cuales vara de acuerdo a la

    temperatura como son calor especfico, viscosidad, conductividad trmica, las

    cuales se calculan en general en base a ecuaciones utilizando la temperatura media

    del aire &Dm*.

    3ropiedades psicotricas del aire

    En un proceso de secado es necesario modificar el fluido que producir# el secado

    del producto por lo general el aire hmedo llamado as ya que es la mezcla de

    varios gases con el vapor de agua, la mayora de estas propiedades se encuentran

    tabuladas segn la temperatura y dependen de la altura del lugar en donde se

    requiera el proceso, muchas de estas propiedades se enlistan a continuacin

    2resin total 2resin de saturacin umedad absoluta umedad relativa Demperatura de roco Demperatura de bulbo hmedo Entalpia /olumen especfico

    5ipos de Secado Solar

    :El secado solar depende de cmo el aire llega al producto a secar y la forma en la

    que la radiacin calienta el aire;, &-nnimo, +ecado +olar*.

    5ipos de circulacin

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    %uando el aire ingresa a la c#mara de secado debe contener menor humedad

    previo calentamiento, atraviesa el producto llev#ndose el contenido de humedad,

    para lo cual e"iste dos mtodos circulacin natural o circulacin forzada.

    Circulacin 'orzada: +e utiliza un ventilador para impulsar el aire hacia

    la c#mara de secado, este ventilador utiliza una energa convencional sea elctrica

    o por algn combustible. Este sistema permite controlar el proceso cuando se

    cuenta con un sistema de automatizacin. $a mayor desventaja de este sistema es

    la necesidad de energa elctrica para girar el ventilador.

    Circulacin por conveccin natural: El movimiento del aire hacia la

    c#mara de secado se genera nicamente por la diferencia de densidades, al no

    utilizar un equipo e"terior los tiempos de secado aumentan considerablemente.

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    Captadores de edia # alta teperatura

    +e requiere utilizar captadores solares de concentracin para lograr temperaturas

    mayores a los 6'7 A%, siendo posible alcanzar temperaturas incluso superiores a

    los ' ((( F%. $a concentracin de la radiacin solar depende de la temperatura

    que se desee alcanzar y puede realizarse de diversas formas.

    $as formas de concentracin solar m#s comunes segn indica &@ojas, '(6?* son

    las siguientes

    3tilizacin de una superficie reflectante que concentra mediante refle"in

    la radiacin solar directa sobre un receptor o absorbente.

    +igura 1,.%oncentracin solar mediante refle"in

    3tilizacin de lentes Gresnel o lentes conve"as que concentran mediante

    refraccin

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    +igura 7,.%oncentracin solar mediante refraccin.

    ") 8iptesis

    El uso de Energa +olar en el +istema de %alentamiento de -ire del secador de

    plantas arom#ticas reducir# el costo de operacin en la empresa -grochambo del

    cantn %hambo durante el a5o ' (67.

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    SECCIN III: etodolog&a # estructuracin de la pro#ecto de investigacin

    # desarrollo,

    A) 3aradiga o en'o9ue episteolgico,

    El paradigma cuantitativo tiene como finalidad asegurar la precisin o el rigor que

    tiene la ciencia, busca las causas reales de los fenmenos para poder e"plicarlos,

    controlarlos y predecirlos. +e basa en estadsticos, fenmenos observables

    susceptibles de medicin, an#lisis matem#ticos y control e"perimental.

    El paradigma cualitativo se utiliza para fenmenos que no pueden e"plicarse

    desde el punto de vista cuantitativo, busca la comprensin del fenmeno y

    profundiza en los diferentes hechos motivos de los hechos.

    En esta investigacin se utilizar# el paradigma cualitativo y cuantitativo para

    comprobar la hiptesis mediante la realizacin de encuestas, entrevistas y

    mediciones de los indicadores de cada una de las variables, adem#s sobre la base

    de este diagnstico se establecer#n conclusiones, descripciones de los resultados

    de la investigacin.

    !) Alcance de la Investigacin

    En esta investigacin el alcance se enmarcar# en el an#lisis de la reduccin del

    consumo de combustible 1$2 para el calentamiento del aire que sirve para secar

    las plantas arom#ticas en la empresa -grochambo en el cantn %hambo durante el

    a5o ' (67

    C) "eterinacin de variables

    $as variables que se utilizar#n en la siguiente investigacin son las siguientes

    Independiente:+istema de calentamiento de aire.

    "ependiente:%osto de operacin del proceso de secado.

    ") %peracionalizacin de ariables

    5abla 1, atriz de operacionalizacin de variables

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    ariable dependiente %osto de operacin en el proceso de secado

    Concepto Categor&a Indicadores;te

    5cnicasInstruento

    sEs la

    determinacindel costo delcombustible1$2 que seutiliza para

    calentar el aire.

    %onsumo 0asa g 0edicin %onteo

    %onsumo 0asa gEntrevist

    a%uestionario

    Evaluacineconmica

    %osto H %#lculo Ecuaciones

    Evaluacineconmica

    %osto HEntrevist

    a%uestionario

    ariable independiente +istema de calentamiento de aire

    Concepto Categor&a Indicadores;te

    5cnicas

    Instruento

    s

    Es el an#lisis delsistema de

    calentamiento de

    aire que utilizael secador.

    -bsorcinde la

    humedadumedad C 0edicin

    Dermmetrode bulbo

    Energaganada

    Demperatura A % 0edicin Dermocupla

    /elocidaddel aire

    Glujovolumtrico

    m?Is 0edicin Glujmetro

    %antidadde

    producto0asa g 0edicin =alanza

    %antidadde

    producto0asa g

    Entrevista

    %uestionario

    E) Sisteas de tareas por ob$etivos espec&'icos

    -nalizar el proceso de calentamiento de aire utilizado en la actualidad para el

    secado de plantas arom#ticas Jbservar el estado actual de los equipos que intervienen en el sistema de

    calentamiento de aire. Domar mediciones del aire que interviene en el proceso de secado antes y

    despus del calentamiento en el intercambiador, temperatura, porcentaje de

    humedad, flujo de aire. 0edir la temperatura del aire al ingreso y a la salida del secador de aire.

    9iagnosticar el consumo de 1$2 que se utiliza en el actual sistema de

    calentamiento de aire para el secado de plantas arom#ticas.

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    Entrevistar a los operadores de la planta para conocer los consumos de

    combustible, cantidad de producto y otros necesarios en el proceso de

    secado.

    Kdentificar en el sistema de secado el proceso de combustin y determinar

    las temperaturas que se alcanza en el intercambiador de calor.

    2lantear un sistema de calentamiento de aire mediante el uso de energa solar.

    Domar mediciones de la energa solar disponible en el lugar. %onsultar la bibliografa relevante al tipo de sistema solar para el

    calentamiento de aire. @ealizar los c#lculos correspondientes para el dise5o del sistema solar a

    implementar en el secador.

    1enerar un an#lisis de costo beneficio en la implementacin de un sistema de

    calentamiento de aire con energa solar. 2resupuestar los equipos, materiales y mano de obra necesarios para la

    construccin del sistema de calentamiento mediante energa solar. -nalizar la disminucin del consumo de combustible. %omparar el costo de inversin del equipo solar con la reduccin en el

    costo de operacin por disminucin del consumo de combustible.

    +) Establecer todos< tcnicas # procediientos de investigacin

    odalidad de investigacin

    +e realizar# una investigacin de campo ya que es necesario tomar mediciones

    tanto de la energa solar disponible en el lugar as como de algunas propiedades

    del aire en el proceso de secado.

    $a investigacin bibliogr#fica de te"tos que contengan estudios sobre sistemas de

    secado con la utilizacin de energa solar, tcnicas de construccin y mejoras

    desarrolladas en los diferentes prototipos o equipos construidos a nivel nacional einternacional.

    +e efecta la investigacin e"perimental al realizar pruebas del sistema de secado

    actual y del comportamiento del intercambiador de calor al reaccionar con la

    energa solar.

    2ara finalizar la investigacin se comprobar# si se trata de un proyecto factible al

    generar una nueva propuesta para el calentamiento de aire y verificar si

    econmicamente es un proceso que ofrece un mejor resultado econmico

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    comparando la inversin inicial y los costos de operacin al reducir el consumo de

    combustible 1$2.

    Nivel o tipo de investigacin

    +e realizar# una investigacin e"plicativa ya que es necesario conocer

    e"perimentalmente como acta la energa solar en el calentamiento del aire que

    ingresa al secador adem#s de calcular la cantidad de combustible que se

    disminuir# en el proceso de secado de plantas arom#ticas, es necesario conocer

    cmo reacciona el intercambiador de calor a la aplicacin de energa solar.

    3oblacin # uestra

    3oblacin

    En la empresa -grochambo se cuenta con personal tcnico y administrativo que

    desempe5a diferentes funciones, as como otros interventores que se indican a

    continuacin

    1erente propietario %ontadora Jperadores " ?

    2ortero

    %lientes

    2roveedores

    uestra

    En este caso la muestra a ser entrevistada es todo el personal que trabaja

    directamente en el proceso de secado de las plantas arom#ticas segn se indica a

    continuacin

    =erente . propietario: %onoce todos los procesos y costos a nivel

    general. Contadora:9ispone de informacin sobre la adquisicin mensual del

    combustible. %peradores x 0:Kntervienen directamente en el proceso de secado.

    todo de Investigacin

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    +e utilizar# el mtodo inductivo ya que se requiere investigar y analizar el aire que

    actualmente atraviesa el sistema de calentamiento previo al secador, se realizar#

    mediciones tanto del aire as como del consumo de combustible 1$2 que

    actualmente interviene en el proceso de secado.

    El mtodo deductivo se utilizar# ya que es necesario conocer a nivel general el

    fenmeno fsico que se presenta en el calentamiento del aire y secado del

    producto, para en base a la bibliografa general dise5ar un sistema especfico para

    este proceso.

    5cnicas e instruentos de la investigacin

    En el presente proyecto de investigacin se utilizar#n varias tcnicas que se

    adaptan a las variables que se desean medir y conocer con respecto al proceso de

    secado del producto.

    %bservacin: +e necesita observar el proceso de secado y en especial del

    calentamiento de aire que actualmente utiliza 1$2, identificar los diferentes

    equipos que intervienen en el proceso quemador, ventilador, intercambiador de

    calor.

    Entrevista:+e requiere conocer de los operadores como se encuentra el proceso,

    el estado actual de equipos, el mantenimiento efectuado, los problemas

    encontrados durante el proceso. 9el propietario y contadora se requiere conocer el

    histrico de compras de combustible para el proceso de secado de plantas

    arom#ticas.

    edicin: +e requiere medir algunas variables del proceso de calentamiento de

    aire como es el flujo de aire, la variacin de la temperatura, porcentaje de

    humedad. Dambin es necesario medir la cantidad de energa solar disponible en

    el lugar.

    C>lculo: %on las variables medidas es necesario realizar varios c#lculos para

    poder determinar el calor y relacionar con el consumo de combustible.

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    !) Cronograa

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    C) 3resupuesto

    ?e'erencias bibliogr>'icas

    -nnimo. &s.f.*. Secado Solar. @ecuperado el 6L de febrero de '(67, de

    -groMaste httpIIMMM.agroMaste.euIMp

    contentIuploadsI'(6?I('I+E%[email protected]

    %ondor 0., Echaz @., 9uran 1., +aravia $. &'((B*. +ecador solar hbrido.

    dise5o y construccin. Avances en Energas Renovables y Medio

    Ambiente, ?N>?.

    %ondor 0., Echaz @., +aravia $. &'(()*. +ecador solar indirecto con flujo de

    aire forzado para uacalera. Avances en Energas Renovables y Medio

    Ambiente, >N7>.

    $inohr, @. &'(()*. $a poltica energtica latinoamericana entre el Estado y el

    mercado.Nueva Sociedad, L(6(?.

    $pez, O. 0. &'(()*.Energa solar trmica.0adrid K9-E.

    @ojas, E. &'(6?*.Energa solar trmica.

    !ibliogra'&a

    -nnimo. &s.f.*. Paradigmas cuantitativo y cualitativo y metodologa de la

    investigacin. @ecuperado el '> de febrero de '(67, de edutea

    18

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    httpIIMMM.edutea.orgIgestorpIrec3pIfffL?(f(LB>fN'dLaLcL?bcfBf>?Lccf

    .pdf

    =rriz, $. &s.f.*. Secadores solares. @ecuperado el '6 de febrero de '(67, de

    cubasolar

    httpIIMMM.cubasolar.cuI=ibliotecaIEnergiaIEnergia()ID0$Iarticulo().h

    tm

    0ontero 2uertas, K. &'((7*.Modelo y construccin de un secadero solar hbrido

    para residuos biomsicos.=adajoz 3niversidad de E"tremadura.

    19