1

 

COLOMBIA: Promoción de Oportunidades de Mercado para Energías Limpias y Eficiencia Energética

Cooperación Técnica No Reembolsable ATN/ME-11056-CO

MANUAL DE CONSTRUCCIÓN Y USO

Secador solar de túnel tipo Hohenheim para almidón de sagú o achira (versión metálica)

Universidad de Los Andes

Departamento de Ingeniería Mecánica

Bogotá, abril de 2012

2

 

3

 

Tabla de contenido

1   Declaración de responsabilidad ..................................................................... 5  

2   Introducción ................................................................................................... 7  

3   Descripción general ....................................................................................... 9  

4   Materiales y herramientas ........................................................................... 11  

5   Proceso de manufactura y ensamble .......................................................... 13  

5.1   Manufactura de partes .......................................................................... 13  

5.2   Ensamble .............................................................................................. 15  

6   Instrucciones de uso y mantenimiento ........................................................ 19  

7   Planos .......................................................................................................... 21  

8   Fotografías de la fabricación y ensamble .................................................... 27  

4

 

5

 

1 Declaración de responsabilidad

En la preparación de este manual se han tomado todas las precauciones razonables. Sin embargo, ni el autor ni la Universidad de Los Andes asumirán responsabilidades por errores u omisiones en la información contenida aquí o por daños o perjuicios que resulten de su uso. Se cree que la información presentada es precisa pero no hay garantía total al respecto. Use esta información bajo su riesgo y responsabilidad.

Sus comentarios o inquietudes sobre este manual son de nuestro interés. Por favor comuníquelos a:

Prof. Orlando Porras oporras@uniandes.edu.co Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de los Andes Cra. 1 este No. 19A-40 Of. ML-441 Bogotá, Colombia

6

 

7

 

2 Introducción

La Cámara de Comercio de Bogotá -CCB suscribió el convenio ATN/ME-11056 con el Banco Interamericano de Desarrollo en su calidad de Administrador del Fondo Multilateral de Inversiones (BID-FOMIN), el cual tiene por objeto la Promoción de Oportunidades de Mercado en Energías Limpias y Eficiencia Energética, denominado OPEN.

La CCB designó a la Dirección de su filial Corporación Ambiental Empresarial-CAEM como Coordinadora Institucional del Proyecto para supervisar la ejecución de las actividades.

Como parte del componente de apoyo a iniciativas concretas, se contempla el desarrollo de soluciones tecnológicas en energías limpias. Esta iniciativa establece el desarrollo de un proyecto demostrativo en un PyME.

Como resultado del proyecto denominado Mejoramiento Tecnológico con Asistencia Solar en la Extracción del Almidón de Sagú, el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Los Andes desarrolló un modelo de secador solar de túnel tipo Hohenheim. El sistema fue puesto en funcionamiento en la vereda Guchipas del municipio de Pasca en el departamento de Cundinamarca. Este documento es un manual para su construcción y uso.

Aunque este equipo fue diseñado especialmente para el secado de almidón de sagú, podría usarse para secar muchos otros productos de la finca. Averigüe por la preparación requerida para el secado de otros productos ya que pueden ser necesarios tratamientos previos como blanqueado en agua hirviendo, corte en pedazos pequeños e incluso el uso algunas sustancias para evitar la descomposición del material.

Este secador tiene una estructura metálica. Existe un manual similar para un secador hecho mayormente con madera en caso que considere más apropiado ese material.

8

 

9

 

3 Descripción general

El secador solar de túnel tipo Hohenheim es un equipo para mejorar el proceso de secado de productos agropecuarios sin utilizar más energía que la radiación solar, disponible en todos los lugares del planeta (Figura 1).

Figura 1 Secador solar de túnel tipo Hohenheim

Este secador tiene un diseño sencillo, un costo de construcción bajo, un fácil uso y, sobre todo, una alta efectividad.

El nombre Hohenheim proviene de la universidad alemana ubicada en Stuttgart donde el secador fue concebido originalmente en su Departamento de Ingeniería Agrícola. Este secador ha sido adaptado, construido y utilizado en diversas partes del mundo con bastante éxito.

10

 El funcionamiento es simple: una superficie colectora metálica oscura (una teja) absorbe la radiación solar que cruza a través de la cubierta (el plástico de invernadero). La superficie colectora, que se calienta bastante1, hace aumentar la temperatura del aire que se encuentra sobre ella. El aire caliente se mueve naturalmente a través del túnel o pasaje que forma la cubierta con la plataforma del secador pasando sobre el producto y secándolo poco a poco. El aire húmedo sale por la chimenea ubicada en la parte posterior del secador mientras que el aire se renueva con aire ambiente que ingresa por la entrada frontal que se encuentra cerca a la superficie colectora. Este proceso se mantiene mientras que haya radiación solar. La combinación del movimiento del aire y su alta temperatura2 aceleran el proceso de secado de tal forma que es mucho más rápido que a cielo abierto o dentro de invernaderos con ventilación deficiente.

Este manual ilustra, paso a paso, la construcción y uso del secador solar con dimensiones generales de 0.85 m de ancho por 6 m de largo.

1 Puede llegar a temperaturas cercanas a 100ºC fácilmente.

2 El aire puede alcanzar temperaturas de 50ºC cuando la radiación solar es intensa.

2 El aire puede alcanzar temperaturas de 50ºC cuando la radiación solar es intensa.

11

 

4 Materiales y herramientas

Los materiales necesarios para construir el secador se presentan en la Tabla 1. Estos materiales se encuentran normalmente en las ferreterías y almacenes agrícolas en cualquier sitio de Colombia. El costo estimado de esta lista de materiales a febrero de 2012 es de $750,000.

Tabla 1 Lista de materiales

Cantidad   Descripción   Medida  1   Teja  de  zinc   2.14  m  X  0.85  m  16   Tee  de  1/2  pulg  PVC   -­‐  4   Tubo  PVC  1/2  pulg   3  m  1   Película  polietileno  (Agrolene  UV  Invernadero)   6  m  X  4  m  2   Perfil  L  acero  de  50  mm  de  lado  y  1/8  de  pulg  espesor   6  m  3   Tubo  rectangular  50  mm  X  25  mm  calibre  20   6  m  3   Platina  acero  1  pulg  ancho  espesor  1/8  pulg   6  m  1   Washprimer   1/4  gal  1   Pintura  negro  mate   1/4  gal  1   Pintóxido   1  gal  1   Anticorrosivo   1/4  gal  1   Esmalte  verde  oliva   1/4  gal  8   Tabla  pino  3.9  m  X  0.15  m  espesor  18.5  mm   -­‐  40   Tornillo  3/8  X  2  1/2  pulg   -­‐  1   Anjeo  plástico  fino   1  m2  1   Cinta  pegante   Rollo  

La siguiente es la lista de herramientas necesarias para realizar la manufactura del secador. Estas herramientas son básicas y fáciles de conseguir en cualquier lugar de Colombia.

1. Taladro manual (mandril 3/8”) 2. Brocas para metal (3/8”) 3. Destornilladores 4. Llaves fijas 5. Martillo 6. Segueta 7. Serrucho o sierra circular

12

 8. Equipo de soldadura eléctrica y electrodos 9. Dobladora de tubería

13

 

5 Proceso de manufactura y ensamble

5.1 Manufactura de partes

La manufactura del secador solar ha sido pensada para minimizar el trabajo y el desperdicio de materiales. Aquí están los pasos a seguir para preparar los elementos necesarios para el posterior ensamble:

1. Cortar ocho (8) segmentos de tubo rectangular de acero de 1.075 m de largo. Estos serán las patas de los marcos de la estructura (Figura 2).

2. Cortar cuatro (4) segmentos de tubo rectangular de acero de 0.85 m de largo. Estos serán los travesaños de los marcos de la estructura (Figura 2).

3. Cortar dos (2) segmentos de tubo rectangular de acero de 1.5 m de largo. Estos serán las partes curvas de la estructura de la chimenea (Figura 3).

4. Cortar seis (6) segmentos de perfil en L de acero de 2.0 m de largo. Estos serán los largueros del secador (Figura 4).

5. Cortar seis (6) segmentos de platina de 2.20 de largo. Estos serán las diagonales o riostras de la estructura (Figura 5).

6. Soldar los marcos con soldadura eléctrica como se indica en el plano al final de este manual en la sección 7 (Figura 2).

7. Taladrar con broca para metal de 3/8 de pulgada los agujeros de los marcos y los perfiles en L como se indica en los planos de la sección 0.

8. Curvar a 1 m de radio los dos tubos rectangulares de 1.5 m de longitud de la estructura de la chimenea como se indica en los planos de la sección 0 (Figura 3).

14

 Figura 2 Marco en forma de H armado mediante soldadura.

9. Soldar los tubos rectangulares de la estructura de la chimenea a un marco de la estructura que será el extremo de salida del secador (Figura 3). Ver planos en la sección 0 de este manual.

Figura 3 Perfiles curvos para la chimenea en el último marco.

10. Limpiar con pintóxido las partes metálicas y dejar secar. Luego pintar con anticorrosivo y dejar secar por ocho (8) horas. Finalmente pintar con esmalte y dejar secar. Esto es necesario para proteger la estructura del

15

 deterioro, especialmente la corrosión, que se produce cuando se expone el metal directamente a la intemperie.

11. Limpiar la teja de zinc por un lado con el washprimer y dejar secar. 12. Pintar la teja de zinc por el mismo lado con pintura negro mate. El negro

mate produce mejores resultados que el acabado brillante pues la radiación solar se absorbe mejor.

13. Cortar las tablas de madera a 80 cm de largo. Estas conformarán el tablado que soporta la placa colectora y el material en el secador (Figura 7).

14. Cortar los tubos de PVC a las siguientes longitudes: tres (3) cortes de 2 m, cuatro (4) cortes de 25 cm, seis (6) cortes de 20 cm y dos (2) cortes de 40 cm.

5.2 Ensamble

Para ensamblar el secador, deben realizarse los siguientes pasos en el orden indicado:

1. Disponer de un terreno de por los menos 2 m x 8 m nivelado, preferiblemente de tal forma que el largo quede orientado en la dirección norte-sur donde no haya obstáculos naturales, construcciones, etc. que puedan hacer sombra sobre el secador, especialmente en la parte delantera donde se encuentra la teja de zinc que servirá de superficie colectora.

2. Fijar con tornillos las platinas de 0.9 m a las patas de los marcos soldados como se observa en la parte inferior de la Figura 4 donde el travesaño da rigidez a la estructura.

3. Fijar con tornillos los perfiles L sobre los marcos (Figura 4). 4. Taladrar los agüeros de 3/8” en la parte superior lateral de las patas del

marco para sujetar las platinas diagonales. 5. Fijar con tornillos la parte superior de las platinas diagonales una vez están

conectados todos los marcos con los perfiles L (Figura 5). 6. Taladrar agujeros de 3/8” en la parte inferior de las patas del marco para

sujetar las platinas diagonales. Conviene hacer estos agujeros durante el ensamblaje del secador para evitar los problemas de ajuste asociados a pequeños errores en las dimensiones de los elementos metálicos o en la posición de los agujeros.

7. Fijar con tornillos la parte inferior de las platinas diagonales. 8. Los pasos 4 a 7 se repiten para el otro costado de la estructura para

terminar como se indica en la Figura 6. Obsérvese que las diagonales de un costado van cruzadas con respecto a las del otro costado.

16

 Figura 4 Posición de los perfiles en L sobre los marcos para atornillar.

Figura 5 Platinas diagonales para reforzar la estructura

17

 Figura 6 Estructura completamente armada. Las diagonales de un lado y otro del secador

van cruzadas.

9. Colocar las tablas de madera entre los largueros (perfiles L) formando un tablado tupido (Figura 7).

Figura 7 Tablado de madera colocado sobre la estructura metálica.

10. Sobre el tablado, en la parte opuesta a la chimenea colocar la teja con la parte pintada mirando hacia arriba (Figura 8).

11. Armar la estructura de soporte de la cubierta como se muestra en la Figura 8 con la tubería y los accesorios de PVC. Esta estructura permite variar la

18

 altura de la cubierta para mejorar la ventilación y/o controlar la temperatura del aire cuando el producto a secar es delicado.

Figura 8 Estructura en PVC para sostener la cubierta.

12. Colocar la película (plástico de invernadero) sobre la estructura de PVC. De un lado el plástico puede sujetarse pasándolo por debajo del tablado. Para el otro costado, que es el acceso al secador, se colocar un plomo al plástico para mantenerlo templado. Para esto puede usarse también un tubo de PVC de 2” de diámetro sobre el que se enrolla el plástico y luego anclarlo con ayuda de unos ganchos hechos de lámina metálica.

13. Armar la chimenea envolviendo la estructura metálica con plástico de invernadero para formar un ducto que da continuidad a la cubierta sobre el tablado. No deben quedar espacios abiertos o huecos.

14. Colocar el soporte para el producto sobre el tablado. Esto puede ser bandejas metálicas, lonas plásticas, etc.

15. Instalar anjeos plásticos a la entrada del secador y salida de la chimenea para evitar que insectos y pájaros puedan entrar y contaminen el producto.

19

 

6 Instrucciones de uso y mantenimiento

El uso del secador es simple. Sólo debe abrir la cubierta plástica del lado que no está fijo para colocar el almidón sobre el tablado en bandejas o lonas. Se recomienda depositar capas de máximo 5 cm de espesor. Luego debe cerrar la cubierta dejando todos los espacios completamente cerrados para que el aire se mueva solamente desde la entrada del secador, frente a la superficie colectora, hasta la salida de la chimenea.

El secador opera tanto en días soleados como en días de lluvia sin necesidad de preocuparse por mover el material del secador.

Este secador seca más rápidamente que el método a cielo abierto. Sin embargo su funcionamiento depende de la radiación solar disponible en el lugar durante el tiempo de secado. Por lo tanto debe inspeccionar el contenido de humedad del material a diario para establecer el tiempo justo de secado para un producto particular.

Se recomienda limpiar con un trapo húmedo, sin jabón, tanto la placa colectora como la cubierta cada quince días de tal forma que la efectividad del secador se mantenga. Debe inspeccionarse cada dos meses el estado de la pintura para corregir cualquier punto de corrosión que pudiera deteriorar la estructura metálica.

20

 

21

 

7 Planos

22

 

23

 

24

 

25

 

26

 

27

 

8 Fotografías de la fabricación y ensamble

Figura 9 Corte de los perfiles en L

Figura 10 Tubería rectangular cortada para hacer el marco

28

 Figura 11 Taladrado de agujeros en los perfiles en L.

Figura 12 Ensamble de la estructura metálica.

29

 Figura 13 Tablado sobre la estructura metálica.

Figura 14 Travesaños inferiores de los marcos metálicos.

30

 Figura 15 Arriostramiento de la estructura con las platinas diagonales.

Figura 16 Pintura negra sobre la teja de zinc.

31

 Figura 17 Colocación de la teja de zinc para que actúe como colector solar.

32

 Figura 18 Estructura para la cubierta en tubos y accesorios de PVC.