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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANA VICERRECTORADO ACADÉMICO
COORDINACIÓN GENERAL DE PREGADO COORDINACIÓN DE PASANTÍAS
INGENIERÍA EN INDUSTRIAS FORESTALES
PROPUESTA DE DISEÑO DE
UNA CAMARA DE SECADO UTILIZANDO ENERGIA
SOLAR
Tutor Industrial Autor
Prof. Asdrúbal Serrano Br. Rafael G. Segovia B. CI: 4.496.639 CI: 16.015.222
Tutor Académico
Prof. Álvaro Barrios
CI: 13.121.667
Trabajo presentado como requisito para optar al título de Tecnólogo en Industrias Forestales
Upata, Julio de 2012
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANA VICERRECTORADO ACADÉMICO
COORDINACIÓN GENERAL DE PREGADO COORDINACIÓN DE PASANTÍAS
INGENIERÍA EN INDUSTRIAS FORESTALES
PROPUESTA DE DISEÑO DE
UNA CAMARA DE SECADO UTILIZANDO ENERGIA
SOLAR
__________________ Tutor Industrial Autor Prof. Asdrúbal Serrano Br. Rafael G. Segovia B.
CI: 4.496.639 CI.-16.015.222
___________________ Tutor Académico
Prof. Álvaro Barrios CI: 13.121.667
Trabajo presentado como requisito para optar al título de Tecnólogo en Industrias Forestales
Upata, Julio de 2012
iii
DEDICATORIA
Hoy quiero dedicarle este triunfo A MI DIOS, ya que ha sido el pilar fundamental en mi
vida, de todo corazón por ser el arquitecto de mis días; a él le debo y agradezco todo lo
bueno de mi vida…
Especialmente A TI MADRE toda la vida estaré agradecido de ti, mil gracias por existir y
ser mi mejor amiga. TE AMO.
SEGOVIA RAFAEL
iv
AGRADECIMIENTOS
Primeramente gracias a DIOS por haberme permitido vivir, salir adelante y ser un
orgulloso profesional de este país.
A MIS PADRES Gerardo Segovia y Mirla de Segovia por ayudarme a salir adelante,
enseñándome siempre buenos modales, buenas costumbres y además regalarme todo su
amor, comprensión entendimiento y paciencia posible.
ESPECIALMENTE A TI MAMA hoy quiero agradecer este triunfo, ya que has sido el
pilar fundamental en mi vida y mi carrera. Mamá toda la vida estaré agradecido de ti mil
gracias.
A MIS HIJOS SHANTALD Y JEANPAUL porque cada día me dan más fuerzas para salir
adelante y regalarles un futuro grande, próspero, lleno de amor y felicidad.
A LUISAYRIS RIVAS porque gracias a ti de alguna manera soy quien soy y que en algún
momento de la vida me diste un gran motivo para seguir luchando (mis 2 bebes).
A MIS HERMANOS Are, Carlos, Alvarito y Luciano Tibari. Porque han contribuido en
motivarme y ayudarme para salir adelante.
A MI ABUELA RAMONA, por ser la persona que me dio las fuerzas desde mi infancia
para ser un hombre de bien “con mucho fundamento mijo” y por creer en mí.
A MIS TÍOS Jesús, Mary y Freddy (para mí siempre estarás vivo), a todos mis primos y
demás familiares gracias por el apoyo.
v
CON MUCHO CARIÑO A MIS ABUELOS PATERNOS y a mi abuelo Arístides Benítez,
donde quiera que estén es un ejemplo a seguir.
A los profesores Álvaro Barrios y Asdrúbal Serrano por haberme prestado todo su apoyo y
colaboración además de ser mis tutores en este trabajo.
A LOS PROFESORES Jacqueline Ortiz, Alvaro Barrios, Daniel Ruiz, Pasqualina Curcio,
Elio Sanoja, Carlos Gómez, por ser una guía fundamental desde el principio de mi carrera.
A DOÑA Cecí (la viejita del cafetín) que siempre como una madre se preocupó por cada
paso que di en la universidad y en mi vida, gracias por tus palabras y por el café de todos
los días.
A PATRICIA DE NAVARRO por ser parte de esta meta alcanzada, por tu ayuda, apoyo,
consejos y demás. Gracias a Dios por ponerte en mi camino como una madre.
A MIS COMPAÑEROS Olimar, Ronald, Aurelio, Oma, Emilio, Marchan y Lennis por su
compañía y amistad incondicional.
En fin, GRACIAS A TODOS MIS COMPAÑEROS, profesores, familiares y amigos que
de alguna u otra forma han contribuido en mi formación como persona y profesional,
dentro y fuera de la Universidad Nacional Experimental de Guayana (UNEG).
SEGOVIA RAFAEL
vi
CONTENIDO
Pág.
Lista de cuadros …………………………………………………………………………viii
Lista de figuras...................................................................................................................ix
Lista de plano……………………………………………………...…………….……..….xi
Introducción .......................................................................................................................12
I. Descripción del área de estudio.....................................................................................13
I.1 Descripción del proyecto de carrera Ingeniería en Industrias Forestales .......................13
I.2 Misión.............................................................................................................................13
I.3 Visión .............................................................................................................................14
I.4 Funciones........................................................................................................................14
II. Planteamiento problema ..............................................................................................15
II.1. Justificación .................................................................................................................16
III. Objetivos………………………………………………………………………………17
III.1. Objetivo General.........................................................................................................17
III.2. Objetivos Específicos .................................................................................................17
III.3 Limitaciones ...............................................................................................................18
IV. Marco referencial ........................................................................................................19
IV.1. Secado de Madera.......................................................................................................19
IV.2. Fenómeno de Transferencia de calor..........................................................................19
IV.3 Procesos de Secado de Madera....................................................................................22
IV.4. Los periodos del Secado .............................................................................................23
IV.5. Selección de la Madera...............................................................................................24
IV.6. Componentes básicos de la Secadora .........................................................................27
IV.7 Diseño de una secadora solar ......................................................................................30
V. METODOLOGIA .........................................................................................................34
V.1. Definición de los criterios para diseño de la cámara de secado solar ………….……34
V.1.1. Técnicas........................................................................................................34
vii
V.1.1.1 Procedimiento…………………………………………………………………… 35
V.1.2. Diseño de la cámara de secado……………………………………………………. 35
V.1.2.1. Estructura y cerramiento de la cámara de secado…….………………….……….35
V.2. Definición de las características de la carga……………….……………………...…..35
V.3. Sistema de calefacción………………………………………………………………..36
V.8. Planimetría……………………………………………………………………………37
VI. RESULTADO Y ANALISIS…………………………………………………………38
VI.1. Criterios para el diseño de la cámara…………………………………………….…..38
VI.2. Estructura y cerramientos……………………………………….…….……………..39
VI. 3. Características de la carga de madera …………………………..………………..…40
VI.4. Sistema de calefacción………………………………………………….……………41
VI.5. Sistema de ventilación ……………………………………………...……….………42
VI.7. Planimetría………………………………………………………….……….……….44
VI.6. Especificaciones generales de la cámara de secado...………………..………………47
VI.7. Ruta de construcción…………………………………...…………………….………64
VI.1. CONCLUSIONES ....................................................................................................68
VI.2. RECOMENDACIONES………………………………………………………..….70
VI.3. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................71
VI.4 ANEXOS .....................................................................................................................72
viii
Lista de cuadros
Cuadro Descripción Página
1 Diseño y determinación del paquete de madera 41
2 Determinación de la cantidad necesaria de ventiladores 42
3 Determinar el número de ventilas 43
4 Resumen de eespecificaciones de los componentes
y equipos de la cámara de secado 47
ix
Lista de figuras
Figura Descripción Página
1 Detalle de colocación de los vidrios del techo. Fuente 28
2 Vista superior de un techo ya instalado 28
3 Principio general de un secador solar para madera 30
4 Secadora solar con capacidad para 6 metros cúbicos 32
5 Uso de la fibra de vidrio como aislante entre los cerramientos 33
6 Se observa la misma pared de la FIGURA 5 pero una vez
Forrado con los cerramientos 33
7 Anclaje y bases 64
8 Bases de concreto fundaciones 64
9 Cimentación o losa 64
10 Levantamiento de columnas 64
11 Colocación de vigas principales 64
12 Detalles de la soldadura estructural y levantamiento de la
estructura lateral 64
13 Detalle de la soldadura y anclaje con tuercas 65
x
14 Refuerzos y detalle de soldadura 65
15 Detalle de soldadura en la estructura de las paredes 65
16 . Colocación de perfil en color rojo para anclaje del techo 65
17 Detalle de cómo van los ángulos que unen el techo y la estructura
por medio de tornillos 65
18 Unión interna de estructura del techo por medio de tornillos 65
19 Detalles del perfil 66
20 Estructura del techo ya montada 66
21 Colector solar montado 66
22 Instalación del deflector 66
23 Bases donde ira la carga de madera 66
24 Instalación de ventiladores 66
25 vista de los ventiladores una vez armada la cámara 67
26 Vista de los ventiladores atreves de vidrios transparentes 67
27 Cámara de secado completada en vista frontal 67
28 Cámara de secado en vista 3D lateral izquierda 67
29 Cámara de secado con todos sus elementos y lista para trabajar 67
xi
Lista de planos
Plano Descripción pagina
1 Vistas generales de la cámara de secado 49
2 Vista frontal de la cámara de secado 50
3 Vista de planta de la cámara de secado 51
4 Vista lateral izquierda. 52
5 Vista lateral derecha. 53
6 Vista de trasera 54
7 Vista de cimentación 55
8 Puertas materiales y detalles 56
9 Colector solar 57
9 Techo y uniones 58
10 Detalle del techo 59
11 Detalle material del techo 60
14 Vista de estructura en 3D 61
15 Vista lateral izquierda 3D 62
16 Vista frontal en 3D 63
INTRODUCCIÓN
Un factor clave para el funcionamiento de una cámara de secado es la capacidad de
poder medir sus resultados como los horarios de secado, esta información aporta datos
útiles para determinar si cumple con los objetivos establecidos. Al momento que un
estudiante conoce las partes de una cámara de secado y cómo funcionan, se encuentra
preparado para salir al campo laboral sin ningún problema en esta área tan importante en
nuestra rama de estudio que es la producción de elementos de madera y su conservación en
el tiempo.
El potencial forestal de la región Guayana ha permitido que las industrias de la
madera en la región tengan una buena disponibilidad de materia prima; sin embargo, existe
la carencia en el secado de la madera lo que influye en la calidad de los productos. Con la
fabricación de una cámara de secado a escala permitirá que los estudiantes realicen estudios
y poder demostrar a los empresarios madereros de la región la importancia de tener entre
sus maquinarias un secadero artificial.
La instalación de una cámara de secado en la sede Menca de Leoni en Upata estado
Bolívar, es una inquietud desde hace mucho tiempo, pero no se ha hecho realidad por falta
de estudios técnicos y económicos para su funcionamiento por lo que se presenta un
análisis de las posibilidades de instalar dicha cámara, en esta zona ya que es un punto
estratégico en materia de procesar la madera, partiendo de madera en rola hasta productos
semi-elaborados y elaborados.
Esta cámara es un aparato de uso práctico, no contaminante, económico, con
ampliaciones potenciales por los principios que lo sustentan en otros campos de la actividad
humana.
13
I. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
I.1 Descripción de la empresa:
La pasantía se realizó en la Universidad Nacional Experimental de Guayana
(UNEG), en el proyecto de carrera Ingeniería en Industrias Forestales. (UNEG, 2012).
En la Región Guayana se encuentran 37.485.297 hectáreas de bosque húmedo
tropical, de las cuales el Ministerio del Ambiente dedica en el Estado Bolívar 9.591.162
has. Para la producción industrial. (UNEG, 2012).
A fin de contribuir al aprovechamiento racional de los bosques y mejorar la calidad
de la Industria Forestal, en 1988 la Universidad Nacional Experimental de Guayana creó en
Upata (Estado Bolívar) la carrera de Ingeniería en Industrias Forestales. Esta tiene un
programa de seis semestres para la formación de Tecnólogos en Industrias Forestales y un
lapso adicional de cuatro semestres para el grado de Ingeniero en la misma especialidad.
(UNEG, 2012).
I.3 Visión:
Los planes de la Universidad de Guayana contemplan que esta carrera se convierta
en un centro de relevancia nacional e internacional para la región amazónica (Guyana,
Surinam, Guayana Francesa, Brasil, Bolivia, Perú, Ecuador, Colombia ) y países del Caribe.
(UNEG, 2012).
A fin de mejorar la calidad de la enseñanza, servir de referencia para modernizar la
industria de la madera en la Región y propiciar el desarrollo de oportunidades de trabajo
para los egresados de la carrera, se encuentra muy adelantado el proyecto de crear en Upata
el Centro Industrial Experimental de la Madera CIEM, que cuenta con apoyo del Gobierno
14
del Estado Bolívar, el Fondo Regional Guayana, la Corporación Venezolana de Guayana y
la Alcaldía del Municipio Piar. Este proyecto consta de Planta de Secado, Carpintería.
I.2 Misión:
Formar los recursos humanos necesarios para desarrollar y fortalecer la capacidad
tecnológica de las industrias forestales del país, particularmente en la Región Guayana.
(UNEG, 2012).
I.4 Las funciones:
Planificar y ejecutar los planes de inducción, formación, desarrollo y promoción del
estudiante egresado del bachillerato para convertirlo en un profesional capacitado como
Ingeniero en Industrias Forestales capaz de afrontar y resolver cualquier complicación en
el campo laboral. (UNEG, 2012).
15
II. EL PROBLEMA
II.1. Planteamiento del problema
La industria del secado en el país no es tomada en cuenta por la mayoría de los
empresarios madereros. Y en la región solo pocas empresas tienen secaderos industriales y
tecnológicamente modernos como son Massisa, Propulso y Proforca.
Si los pequeños y medianos empresarios se dedicarán a tener métodos de secado la
calidad de toda la producción en madera seria óptima. Entonces, es necesario que las
comunidades conozcan los métodos de secado, para la preservación de los productos de
madera en el tiempo.
La tecnología utilizada por algunas empresas en estos momentos es en muchos
casos improvisada, por no tener los conocimientos y la experiencia de los principios del
secado de madera. Además, el personal de la mayoría de las empresas no está preparado
para estar al frente de una cámara de secado y es allí donde se ven reflejados los defectos en
secado y el mal manejo de la cámara de algunas empresas. Es por ello, la urgente necesidad
de poder capacitar a los estudiantes de la carrera y de manera extensiva a los miembros de
la comunidad, en la operación de las cámaras de sacado existentes en la región.
La Universidad Nacional Experimental de Guayana (UNEG), en el Proyecto de
carrera Ingeniería en Industrias Forestales tiene la necesidad de una cámara de secado para
la capacitación de los estudiantes y estudios científicos dentro de la casa de estudios.
Con el estudio técnico y diseño de una cámara de secado con capacidad para 6 m3
en la sede los estudiantes y profesores no tendrán la necesidad de salir de la universidad
16
para realizar cualquier tipo de investigación en base a las necesidades de la industria
forestal del entorno, propiciándose así la transferencia de tecnología.
II.2 Justificación
El prototipo de cámara de secado se ve proyectado con la finalidad de secar madera,
para la comunidad, para los pequeños, medianos y grandes empresarios del producto
forestal y también es un gran aporte a la comunidad universitaria en el proyecto de carrera
Ingeniería en Industrias Forestales.
Con la información obtenida por prácticas y ensayos en la cámara de secado, se
juega un papel importante en la formación de los profesionales que serán egresados de
nuestra casa de estudio y esto será prioridad al momento de la toma de decisiones en un
futuro al saber que horario de secado utilizar y como debe comportarse la madera
dependiendo de su especie al momento de ser secada.
17
III.3 Objetivos
III.2.1 Objetivo General
Proponer el diseño de una cámara de secado utilizando energía solar
III.2.2 Objetivos Específicos
1. Definir los parámetros para el diseño de la cámara
2. Especificar capacidad de la cámara de secado
3. Seleccionar aspectos técnicos del prototipo
4. Diseñar la cámara de secado.
18
III.3 Limitaciones
Entre las limitaciones de la propuesta de diseño de una cámara de secado utilizando
energía solar, serian muchas las variantes como el tiempo en la costruccion de este
proyecto, el financiamiento de los entes gubernamentales o encargados de que este
proyecto se haga realidad, el estudio de precio unitario, la ubicación de los materiales
entre otras de las limitantes y a esto se le incluyen las limitantes técnicas del equipo ya
que la energía solar presenta ciertas limitantes como lo serian:
a. Los cambios climáticos son una gran limitación para este modelo de cámara de
secado ya que su fuente de energía es solar.
b. El lugar de construcción es una de las limitantes de gran importancia ya que debe ser
a campo abierto donde no existan lugares o tiempos de sombras como arboles,
edificaciones y hasta montañas los cuales puedan quitar horas de sol o de incidencia
solar a la cámara.
c. El horario de secado puede llegar a ser mayor que el de una cámara convencional la
cual llega a tener mayores temperaturas y constantes durante el dia y la noche, mientras
que en nuestro modelo solar.
19
IV. MARCO REFERENCIAL
IV.1 Secado de madera
El secado de la madera consiste en extraer toda la humedad posible de esta, para así
evitar que un producto se dañe por las propiedades higroscópicas lo que le permite
modificar su tamaño por medio del contenido de humedad del ambiente en que se encuentre
lo que genera la deformación de elementos de madera (Martínez, 1997).
IV.2 Fenómenos de transferencia de calor
IV.2.1Conducción
Es el mecanismo de transferencia de calor que se produce entre dos cuerpos en
contacto, en el que sólo están involucradas las colisiones a nivel molecular entre el cuerpo
con temperatura más alta y el cuerpo con la temperatura más baja. Este mecanismo de
transferencia de calor se produce usualmente en sólidos; sin embargo, también se produce
en líquidos a nivel de la capa límite del mismo (León, 2009).
IV.2.2. Convección
Es el mecanismo de transferencia de calor que además de involucrar las colisiones
intermoleculares entre los cuerpos, también incluye movimientos macromoleculares en el
seno de uno o los dos cuerpos que se transfieren calor. La convección se produce
únicamente en fluidos como el agua o el aire (León, 2009).
20
Existen dos formas de convección. La convección natural y la forzada. La
convección natural se da cuando una porción del cuerpo con temperatura baja se calienta
más que el resto del cuerpo. Al aumentar la temperatura de esta porción, su densidad
disminuye, produciéndose así, un gradiente de densidades dentro del cuerpo, provocando la
porción caliente y por ende, menos densa desplaza a la porción más fría y ésta última ocupa
el espacio dejado por la porción caliente. Esto induce corrientes dentro del fluido. La
convección forzada se da cuando se emplea energía para mover el fluido (León, 2009).
IV.2.3. Radiación
Es el mecanismo de transferencia de calor que se produce entre un cuerpo que al
estar muy caliente emite radiaciones electromagnéticas hacia otro cuerpo menos caliente. A
diferencia de la conducción y convección en la que se requiere de masa para que se
produzca la transferencia de calor, está en la radiación y puede producirse si existe vacío
entre ambos cuerpos. La radiación es un fenómeno que siempre está presente en cualquier
operación de transferencia de calor pero que se vuelve significativa a temperaturas muy
elevadas (León, 2009).
IV.2.4. Temperatura
(Martines, 1997) afirma que el calor es la fuente de la que las moléculas de agua en
la madera adquieren la energía cinética necesarias para la evaporación, la velocidad de esta
depende a su vez de la cantidad de energía suministrada por unidad de tiempo y de la
capacidad del medio (aire) para absorber la humedad liberada por la madera.
Cuando la madera es expuesta a la radiación directa del sol, la temperatura
superficial de las piezas de madera puede llegar a ser muy superior a la temperatura del aire
en circulación, por tal motivo dentro del secadero solar la distribución y velocidad del aire
son factores importantes y controlan los defectos del secado
21
IV.2.5. Humedad relativa
Según (Rodríguez; Ceron; González, 2003), definen la humedad relativa como la
relación entre presión parcial de vapor de agua presente en el aire y la presión de vapor
saturado a la misma temperatura, expresada en porcentaje. Se podría decir que la humedad
relativa del aire es la relación entre la cantidad de vapor de agua contenido en un volumen
determinado de aire y la mayor cantidad posible de vapor de agua que pueda hallarse en ese
volumen de aire a la misma temperatura y se puede expresar de la siguiente manera.
Donde:
HR: humedad Relativa
P: Presión de vapor
Po: Presión de vapor saturado
IV.2.6. Velocidad del aire:
Afirman (Rodríguez et al, 2003) que la velocidad del aire es uno de los elementos
de control de la velocidad de evaporación del agua durante el proceso de secado de la
madera. La ventilación o circulación del aire fresco a través de una pila de madera y la
expulsión de la humedad, son condiciones necesarias para asegurar la remoción del exceso
de humedad dentro de un horno y así mantener las condiciones de humedad relativa
deseadas.
Cuando la madera está muy húmeda (CH > 30%) la velocidad del aire es
fundamental ya que a mayor velocidad del aire, mayor será la tasa de evaporación y menor
22
El tiempo de secado y viceversa, si la velocidad del aire disminuye y se aumenta el
tiempo de secado. Por tal razón para asegurar el secado rápido y uniforme es indispensable
una circulación del aire fuerte y regular (Rodríguez et al, 2003).
IV.2.7. Humedad en la madera
Según (Fuentes; Sánchez; Osorio y Corona, 2003) cuando un árbol esta recién
cortado, su madera contiene una gran cantidad de agua, variando el contenido según la
época del año, la región de procedencia y la especie forestal de la que se trate. Las maderas
livianas contienen una mayor cantidad de agua que las pesadas. De igual manera la albura,
por estar formadas por células cuya función principal es la de conducción de agua, presenta
un contenido de humedad mayor que el duramen. Es decir el porcentaje de agua contenido
en los espacios huecos y en las paredes celulares de la madera es muy variable en el árbol
vivo.
IV.2.8. Punto de rocío
Es el estado de saturación del aire húmedo a una temperatura determinada, y este
proceso de condensación se da en el momento que el aire ya saturado tiene contacto con
una superficie a menor temperatura, y pasa de ser vapor de agua (estado gaseoso) a ser agua
(estado liquido) en un fenómeno que tiene por nombre sublimación (Celemín, 2010).
IV.3. Proceso de secado de madera
Las leyes que regulan el proceso de secado de la madera son de naturaleza diferente,
dependiendo de si el contenido de humedad está por encima o por debajo del punto de
saturación de las fibras (Salas y Moya; Córdoba, 2008).
Por encima de este punto, la velocidad del secado, bajo condiciones estables de
temperatura y humedad relativa del aire, permanece constante y el movimiento de agua
23
libre liquida es causado por fuerzas capilares durante la evaporación del agua libre no se
producen tensiones dentro de la madera y solamente se modifican la distribución del
contenido de humedad hacia el interior de la pieza (Salas et al, 2008).
Cuando el secado ha avanzado ya por debajo del punto de saturación de la fibra
(zona higroscópica), la permeabilidad de la estructura microscópica y submicroscopica de
la madera entra a jugar un papel importante en el proceso de remoción del agua (Salas et
al, 2008).
IV.4. Los períodos de secado
Según (Semaranat, 2010) afirma que al secar experimentalmente un sólido, suelen
obtenerse datos que relacionan el contenido de humedad al tiempo. Estos datos se
transportan después para la curva del contenido de humedad en base seca en función del
tiempo. Se observa que un sólido húmedo pierde humedad primero por evaporación en
Algunas de sus superficies con humedad libre, a lo que sigue un período de
evaporación desde una superficie con agua libre de área gradualmente decreciente.
Finalmente, se evapora el agua del interior del sólido. Al graficar la velocidad de
secado en función del contenido de humedad en base seca, se observa que el secado no es
un proceso continuo y uniforme cuando la operación de secado está en estado inestable, la
velocidad de secado aumenta paulatinamente y predomina la pérdida de humedad por
evaporación en las superficies con humedad libre. Una vez la operación de secado alcanza
el estado estable, la velocidad de secado se mantiene inicialmente constante (Semaranat,
2010).
Semaranat (2010) denomina esta fase como período de intensidad constante.
Durante este período, el secado se caracteriza por la evaporación de la superficie de agua
24
libre sobre la superficie del sólido. La velocidad de secado la determina la rapidez con que
se difunde el vapor de agua a través de la película de aire en la superficie del sólido
saliendo de ella y entrando en la masa principal de la corriente de aire. Una vez alcanzado
el contenido de humedad en base seca crítico, la velocidad de secado disminuye. El último
período suele designarse como de intensidad decreciente. En el caso más general este
período se divide en dos zonas:
1) zona de desecación no saturada,
2) zona en la cual rige la circulación interna del líquido.
En la primera zona, la disminución de la velocidad de secado se debe a una
disminución de la superficie humedecida del material. La superficie no está ya
completamente humedecida y porciones secas del sólido sobresalen en la película de aire,
reduciendo la intensidad de evaporación por unidad de superficie total.
Durante la segunda zona del período de intensidad decreciente, es la intensidad con
que circula interiormente el líquido la que decide la velocidad de secado; y en la desecación
hasta bajos contenidos de humedad, predomina este período en la determinación del tiempo
de secado. La circulación del líquido está regida por los mecanismos de difusión,
capilaridad y los gradientes de presión debido a la contracción. En el cual domine un solo
mecanismo durante todo el proceso. Inicialmente (Semaranat, 2010).
IV.5. Selección de la madera.
Según Martines (1997) y Rodríguez et al. (2003) la duración del secado de la
madera aserrada es exponencialmente proporcional a su espesor, por tal razón es
conveniente reaserrarla, antes del secado, a espesores cercanos a los requeridos durante su
posterior utilización. Asimismo, es conveniente eliminar toda irregularidad que afecte tanto
la duración como la calidad del secado.
25
IV.5.1. La clasificación
Antes de apilar definitivamente la madera debe ser seleccionada y agrupada según
los criterios que se presentan a continuación
IV.5.2. La especie
Salvo muy raras excepciones las cargas de secado deben ser de la misma especie de
esta manera se logra optimizar la duración y la calidad del proceso, por lo tanto lo primero
es la especie.
IV.5.3. La calidad
La calidad establece muchas veces las condiciones de seca do de una determinada
madera, los defectos estructurales, tales como la desviación del grano, nudo s y madera de
reacción tienen mucho que ver en los defectos del secado.
IV.5.4 La dimensiones
La selección por espesores es determinante ya que la duración del sacado varía en
forma exponencial con el espesor. En cambio de largo y ancho de una pieza de madera no
son determinantes en el comportamiento durante el secado. Más sin embargo se clasifica
para facilitar el apilado.
IV.5.5. Estado fitosanitario
Muchas maderas susceptibles al ataque de hongos e insectos sufren daños tan
severos en el estado verde, que no valen la pena secarlas, la única manera de poder
conservar estas maderas seria por medio de un tratamiento profiláctico de las rolas en el
26
bosque inmediatamente después de la tumba del árbol y un baño profiláctico de las tablas y
tablones (anti manchas combinada con insecticidas) a la salida de la sierra en el aserradero.
IV.5.6. Contenido de humedad inicial
La humedad inicial está dada por la época de corte y la acción del medio ambiente
sobre la madera. Contenidos de humedad inicial muy variables dificultan el secado y lo
prolongan innecesariamente. Lo más conveniente es seleccionar los lotes a secar, para que
sean lo más homogéneos posibles.
IV.5.7. Contenido de humedad final
El contenido de humedad final depende del uso que posteriormente se le vaya a dar
al producto, la selección de la madera antes de secar permite aplicar el programa de secado
más conveniente, de acuerdo con la humedad final deseada.
IV.5.8. Apilado
La homogeneidad del secado va a depender de la uniformidad del paso del aire a
través de la pila, por lo cual es esencial un correcto apilado.
IV.5.9. Listones separadores
Es conveniente que los separadores sean de una madera más densa con grano recto
y libre de defectos, los listones se deben obtener de madera previamente secada, para evitar
manchas y distorsiones de las piezas en secamientos.
27
IV.5.10. Tamaños de los separadores
La longitud de los separadores dependerá del ancho de la pila, en cambio, el ancho y
el espesor tienen que ver con el tipo de madera y su espesor, en las maderas latifoliadas se
usan listones entre 20 y 30 mm, para coníferos el ancho tiene un promedio de 50 mm y en
casos especiales llega a tener hasta 100 mm para maderas de baja dureza.
IV.6. Componentes básicos de la secadora (equipamiento)
El diseño de una secadora solar debe incluir al menos cuatro componentes: techo,
colector, ventiladores y ventilas. Cada uno de estos contribuye a asegurar un
funcionamiento adecuado y garantiza la eficiencia y la calidad en el secado (Salas et al,
2008).
IV.6.1. El techo
El techo de una secadora solar es un componente que requiere de gran atención, ya
que es precisamente a través de él que se capta la energía solar que calentará el aire interno
de la cámara, el cual es el responsable del secado de la madera.
Para su construcción se puede utilizar vidrio o láminas transparentes; dando
mejores resultados el vidrio. La energía solar pasa a través del vidrio utilizando la onda
corta y una vez que lo atraviesa la energía no puede escapar ya que se refleja en forma de
onda larga, la cual queda atrapada en la cámara y produce un efecto invernadero a lo
interno de la cámara (Salas et al, 2008). Se recomienda láminas de plástico o vidrio
transparente sabiendo que el vidrio será más duradero y de mayor rendimiento.
28
Imagen 1 Imagen 2
Imagen 1. Detalle de colocación de los vidrios del techo. Fuente.
Imagen 2. vista superior de un techo ya instalado instituto tecnológico de Costa
Rica. Fuente (Salas et al, 2008).
IV.6.2. El colector
El colector debe ubicarse entre el techo y la pila de madera. La función de este
componente es capturar la energía solar, la cual se transforma en calor y se transmite al
aire, lo que produce que este se caliente. Además, la presencia del colector impide que los
rayos del sol incidan directamente sobre la madera que se pretende secar, evitándole daños
a la superficie como las grietas y la decoloración (Salas et al, 2008).
Los colectores pueden construirse con láminas de zinc corrugadas o lisas, pero este
tipo de material por su espesor se enfría rápidamente en ausencia de los rayos solares.
Debido a esto es mejor utilizar una lámina de hierro pintada en color negro mate de al
menos 3 mm de espesor. El espesor de la lámina, combinado con su color negro mate,
permite aprovechar al máximo la energía solar capturada (Salas et al, 2008).
29
IV.6.3. Ventiladores
La energía solar capturada en el colector debe ponerse en movimiento a lo interno
de la secadora, a fin de que ese aire caliente circule entre la pila de madera que se va a
Secar. Ese movimiento debe ser propiciado por ventiladores que se colocan dentro de la
cámara de secado. El aire caliente que circula entre la pila de madera, absorbe la humedad
contenida en la madera y es por ello que se produce el secado (Salas et al, 2008).
El tamaño de las aspas y la capacidad del motor de los ventiladores, depende
básicamente de la cantidad de madera que se va a secar. Esto significa que tendrán que
instalarse la cantidad de ventiladores necesarios para que haya un movimiento uniforme de
la masa de aire interna, a través de la pila de madera (Salas et al, 2008)
IV.6.4. Ventilas
El aire caliente que circula a través de la pila de madera recoge la humedad que hay
contenida en la madera, esa humedad llega a saturar el aire caliente y eleva la humedad
relativa a lo interno de la secadora. Cuando esto ocurre, el secado se estanca y si esa
humedad no se saca de la secadora se corre el riesgo de que el proceso de secado se
detenga, e incluso, que la humedad retorne a la madera. Para evitar esto, el diseño de la
secadora debe contemplar la existencia de ventilas o ventanas que se ubiquen en la paredes
y que permitan aperturas controladas para que se dé intercambio entre la humedad
ambiental fuera de la cámara y la interna. Estas ventilas sólo se ab ren cuando la humedad
relativa interna de la cámara es más alta que la externa. (Salas et al, 2008).
30
IV.7. Diseño de una secadora solar según (Salas et al, 2008)
IV.7.1. Las secadoras solares
Las secadoras solares son cámaras que tienen la capacidad de almacenar el calor que
es generado por la incidencia de los rayos solares sobre un colector de temperatura. La idea
es que el calor que se genera sea útil en el proceso de secado de la madera. Las cámaras de
secado tienen dos partes fundamentales: la primera se ubica en la parte superior de la
cámara y es la responsable de que el aire se caliente; la segunda es el área de apilado de la
madera que se requiere secar.
Imagen 3. Principio general de un secador solar para madera. Fuente (Salas et al,
2008).
IV.7.2. Posición de la secadora
La posición de un secador solar depende de la incidencia de los rayos solares. Por
ello, en primera instancia deben orientarse de norte a sur, para el caso de Venezuela, pues el
país se ubica en el Hemisferio Norte. La caída o inclinación del techo, en el caso de
31
Venezuela, debe ser hacia el sur, de tal forma que se asegure la incidencia de los rayos
solares lo más perpendicularmente posible, a lo largo del año.
El grado de inclinación va a corresponder con la latitud del país. Para el caso de
Venezuela esa inclinación es de 8%. Esta inclinación permite que la variación en el ángulo
de incidencia de los rayos solares en las diferentes épocas del año, no afecte la eficiencia en
la captación de la energía sobre el techo y el colector de la secadora.
IV.7.3. Tamaño y capacidad del secador solar
Cuando se diseña y construye una secadora solar, hay que considerar que el tamaño
óptimo de la cámara está en función de la demanda de volumen de madera seca que
requiere determinada industria. La experiencia en Honduras indica que no es conveniente
construir secadoras con capacidades superiores a los 15 m³
Cuanto más grande sea la cámara menos eficiente es el secado. Otro aspecto a
considerar es el ancho de la secadora. El diseño debe garantizar una uniformidad en la
circulación de la masa de aire a través de la pila de madera que se pretende secar. Una
secadora que tenga 3.5 m de ancho y 3.5 m de largo con una altura máxima de 3 m permite
apilar una carga de madera de 6 m³.
Considerando claramente que es un prototipo para ensayos los cuales se realizaran a
una carga de madera de 6m3 aproximadamente y que es experimental se toma en cuenta que
debe realizarse un modelo pequeño como el que se presenta en esta oportunidad para poder
tomar datos de factibilidad y de eficiencia en los horarios de secado y en la calidad de la
madera que será producto del proceso de secado por medio de energía solar.
32
Imagen 4. Secadora solar con capacidad para 6 metros cúbicos en Instituto
Tecnológico de Costa Rica. Fuente (Salas et al, 2008).
V.7.4. Aislamiento del calor
Al diseñar y construir una secadora solar, es de fundamental importancia
evitar al máximo la pérdida de calor. Mantener la temperatura a lo interno de la
cámara, es vital para acelerar el proceso de secado y llevar la madera a
contenidos de humedad que no se logran con un secado al aire libre. El objetivo
del aislamiento del calor es lograr la máxima diferencia entre la temperatura
interna de la cámara y la temperatura ambiental. Para ello, la selección de
materiales para el techo y paredes es fundamental.
Es importante tomar en cuenta el material que se utilizara como aislante ya
que en el mercado existen varios tipos pero se recomienda que sea uno que
cumpla con los requerimientos técnicos de mantener la temperatura interna y su
durabilidad en el tiempo
33
Imagen 5 Imagen 6
Imagen 5. Uso de la fibra de vidrio como aislante entre los cerramientos.
Imagen 6. Se observa la misma pared de la imagen 10pero una vez forrado con los
cerramientos cámara Instituto Tecnológico de Costa Rica .Fuente (Salas et al,
2008).
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V. METODOLOGIA
Esta metodología está basada en procesos ordenados sujetos a criterios científicos y
técnicos para poder cumplir con los objetivos que se propone, para culminar con las
respuestas que presenta el objeto de estudio. En este caso, es presentar el diseño completo
de una cámara de secado utilizando energía solar que es el fin de este trabajo.
V.1. Definición de los criterios para el diseño de la cámara
a) Fase indagatoria: implica toda la revisión y consultas de información, proveniente
de la bibliografía existente y opinión de expertos en el area como (un Ing. Eléctrico, un
Físico puro y experto en Termodinámica y un Ing. En Industrias Forestales) para
consolidación de este trabajo.
b) Fase demostrativa: que representa el análisis de toda la información que se tiene,
para arribar a una propuesta final de secador solar.
c) Fase de conclusión es la culminación de la propuesta de diseño de un secador
solar de madera con energía verde.
V.1.1. Técnicas
El presente trabajo requiere la recopilación de información respecto a la existencia
de diferentes materiales en el mercado para optimizar dimensiones en el secador
35
V.1.1.1 Procedimiento
Se estructuró una secuencia ordenada con los procedimientos siguientes:
- Consulta bibliográfica sobre energía solar.
- Opinión de expertos, sobre temas de ingeniería, relacionadas con intercambio de calor,
radiación solar, entre otros
- Listado de materiales que sirven para la realización del diseño propuesto.
- Se hizo un diseño del secador solar de madera.
V.1.2. Diseño de la cámara de secado
Tomando en cuenta los criterios definidos para el diseño de la cámara fueron
definidos los siguientes aspectos.
V.1.2.1. Estructura y cerramiento de la cámara de secado
Fueron determinadas las dimensiones, capacidad útil y total y los materiales a ser
utilizados para la estructura como para los cerramientos de la cámara.
V.2. Definición de las características de la carga
En función de las especificaciones definidas y la capacidad de la cámara, fueron
establecidas las características de la carga y discriminando los siguientes aspectos.
La cantidad de separadores en el paquete
Tamaño y distancia entre separadores
36
Trabajara con un solo paquete de madera
Volumen total de la carga
V.3. Sistema de calefacción
V.3.1. Tipo solar
El techo de una cámara de secado de este tipo tiene que ser de algún material que
permita la entrada de la luz solar ya que es la fuente de energía que calentará el aire interno
de la cámara (Salas et al, 2008) y (León, 2009)
V.4. Sistema de ventilación
El tamaño de las aspas y la capacidad del motor de los ventiladores, depende
básicamente de la cantidad de madera que se va a secar. Tendrán que instalarse la cantidad
de ventiladores necesarios para que haya un movimiento uniforme de la masa de aire
interna, a través de la pila de madera (Salas et al, 2008)
V.5. Cantidad de ventiladores
Según la metodología usada por (Salas et al, 2008) para una cámara de este tipo y
tamaño deberían existir un mínimo de 2 ventiladores, para exista un flujo continuo de aire y
así acelerar el secado de la madera. Y que estos deben estar en la parte superior y tener la
mima velocidad y tamaño.
V.6. Ventilas
Se acordó seguir la misma metodología de (Salas et al, 2008) y (León, 2009) para el
tamaño optimo y el numero de ventilas que estarán en dicha cámara.
37
V.7. Sistema de control
Se llego a la conclusión que el sistema de control que tendrá esta cámara de secado
será suministrado por una empresa especializada aunque no es tan complejo se recomienda
que sea tecnológicamente actualizado en el mercado. Y siguiendo las especificaciones
técnicas de propuesta de este diseño.
V.8. Planimetría
Utilizando el diseño asistido por computadora (AUTOCAD), se generaron los planos
que se listan a continuación.
Vistas generales de la cámara de secado
Vista frontal de la cámara de secado
Vista de planta de la cámara de secado
Vista lateral izquierda.
Vista lateral derecha.
Vista de trasera
Vista de cimentación
Puertas materiales y detalles
Colector solar
Techo y uniones
Detalle del techo
Detalle material del techo
Vista de estructura en 3D
Vista lateral izquierda 3D
Vista frontal en 3D
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VI. RESULTADOS Y ANALISIS
Con el fin de cumplir con todos los objetivos planteados se generan los siguientes
resultados. La cámara de secado está diseñada siguiendo los criterios técnicos y de
producción arrojados por el estudio realizado en la Universidad Nacional Experimental de
Guayana en el proyecto de carrera Ingeniería en Industrias Forestales además por cada una
de las especificaciones de expertos y autores en cuanto a secado solar.
VI.1. Criterios para el diseño de la cámara
Criterios establecidos en el estudio técnico del proyecto de establecimiento de una
cámara de secado solar en la Universidad Nacional Experimental de Guayana en el
proyecto de carera Ingeniería en Industrias Forestales:
La capacidad máxima que debe tener la cámara es 6m3
La cámara de secado debe contar con el equipamiento necesario para el sistema de
calefacción, sistema de ventilación y sistema de control.
El paquete de madera deberá ser apilado con los mismos espesores en elementos y
separadores para garantizar evitar errores en el secado
La especie de madera a secar debe ser pino Caribe (Pinus caribaea var.
Hondurensis)
Se obtuvieron varios criterios por medio de consultas a expertos y autores de diferentes
bibliografías como:
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Buen aislamiento térmico en el caso de los cerramientos de la cámara y buena
conductividad térmica en el caso de los componentes de calefacción
Construcción hermética
Uso de materiales de construcción resistentes a la corrosión
El uso de puertas de fácil manejo y cierre perfecto
El volumen máximo para esta cámara es de 6m3
La sección transversal de los separadores será de 0,025m*0,025m
La distancia entre los separadores es de 0,60m
El alto y ancho de la carga será igual a un paquete dependiendo de los m3 que se
quieran secar.
VI.2. Estructura y cerramientos
En la construcción de esta cámara se utilizaran diversos tipos de materiales los
cuales se describen para cada uno de sus cerramientos:
Las paredes:
Serán construidas en paneles con estructuras de tubos de aluminio y las mismas
serán revestidas en ambos lados por laminas de aluminio esmaltado, ya que es
anticorrosivo, utilizando en el centro de las laminas fibra de vidrio como aíslate de calor
que se genera dentro de la cámara de secado.
40
El techo:
Se construirá por medio de una armadura de perfiles de aluminio esmaltado
anticorrosivo para evitar efectos climáticos y de algún extractivo de la madera que pueda
afectar el metal, estos perfiles tendrán 5cm de espesor donde se ensamblaran los vidrios que
captaran la energía solar, en medio de la estructura y los vidrios estará una goma para evitar
fracturas o hasta rompimientos de los cristales y debajo de esta estructura metálica y los
vidrios estar el colector que será una lamina metalica de color negra de 5mm de espesor,
que hará el efecto invernadero y donde se producirá el poder calorífico.
El piso:
La estructura de la cámara está construida sobre una losa corrida de 15cm de
espesor, con un área de 7m2 la cual contara con una malla metálica en medio del concreto
de 5cm*5cm, lo que la hará mucho más resistente.
Las puertas:
Las puertas construidas serán del tipo batiente, construidos con los mismos
materiales de las paredes, estarán soportadas a los extremos de la cámara por medio de un
mecanismo de bisagras y contara con un dispositivo de cierre fácil para que puedan ser
manipuladas sin esfuerzo.
VI. 3. Características de la carga de madera
La carga deberá ser de la misma especie de pino Caribe (Pinus caribaea var.
Hondurensis). Lo cual logra mejorar y optimizar el proceso de secado en la madera. La
madera deberá ser clasificada por mismo tamaño y espesor para garantizar que el secado
sea uniforme.
La cámara de secado tendrá que ser alimentada manualmente ya que es un prototipo
de pequeñas dimensiones y su peculiaridad de ser experimental así lo requiere
41
Como se muestra en el CUADRO 1, el volumen neto del paquete es de 6m3, y este
tiene una forma rectangular constituido por tablas de 3m*0,15m*0,030, acomodadas por
camadas y entre cada una de ellas existirá un separador, el paquete debe estar con un
arreglo uniforme y hay tomar en cuenta que existirán espacios vacios para la circulación de
aire durante el proceso de secado
Cuadro N.1 diseño y determinación del paquete de madera
DETERMINACIONES RESULTADOS
Tamaño y distancia entre los
separadores
2m*0,025m*0,025m
0,60m de distancia entre cada uno
Determinación del área del paquete y
Volumen total
El área del paquete será de 9m2.
Y el volumen será de 6m3
VI.4. Sistema de calefacción.
VI.4.1. Los vidrios:
Estos vidrios estarán ensamblados en la estructura de perfiles de aluminio esmaltado
anticorrosivo la cual forma el techo. Estos serán de 8mm
VI.4.2. El colector:
Será una lámina metálica de color negro mate de 5mm de espesor la cual estará
debajo de toda la estructura del techo y los vidrios en la que se genera el poder calorífico
de la cámara. Esta ira fijada a las paredes, La función de este componente es capturar la
energía solar, la cual se transforma en calor y se transmite al aire, lo que produce que este
42
se caliente. Además, la presencia del colector impide que los rayos del sol incidan
directamente sobre la madera que se pretende secar, evitándole daños a la superficie como
las grietas y la decoloración. El espesor de la lámina, combinado con su color negro mate,
permite aprovechar al máximo la energía solar capturada, ya que los elementos de color
negro tienen la propiedad de fijar calor en la superficie
VI.5.1. Numero de ventiladores:
La velocidad promedio del aire a través de la pila de madera que se seca debe estar
entre 1.0 y 2.0 m/s, (Benítez y Calderón, 1993). Si se tiene una velocidad más baja, el
secado no es eficiente y si la velocidad es más alta, se pueden causar daños severos a la
madera, como reventaduras e incluso grietas.
Para secadoras solares cuya área interna en la cámara sea de 3.5 m x 3.5 m, se
sugiere la instalación de dos ventiladores con aspas que tengan un diámetro de 50 cm, 1700
rpm, con motor de 0.33 Hp y para conectar en 110 ó 220 voltios, según voltaje disponible.
Es deseable que se pueda conseguir en el mercado motores que permitan doble giro para
dar movimiento de la masa de aire en ambos costados de la pila de madera. (Salas et al,
2008) y (León, 2009)
CUADRO N.2. Determinación de la cantidad necesaria de ventiladores
DETERMINACIONES RESULTADOS
Cantidad de aire requerida para mantener la velocidad de secado
De 1 a 2 m/seg
Numero de ventiladores 2 ventiladores
Ubicación de los ventiladores Delante de las ventilas en la parte interna de la cámara, es donde entra el aire a la cámara
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VI.6. Las ventilas:
Por el tamaño real de la cámara el numero de ventilas que se utilizaran en la cámara
de secado es de 2 de aire fresco o seco y 2 de salida del aire saturado de humedad.
Estas ventilas sólo se abren cuando la humedad relativa interna de la cámara es más
alta que la externa. Debido al movimiento del aire que producen los ventiladores y la
presión interna y externa a la cámara, una porción del aire caliente y cargado de humedad
sale y otra porción menos húmeda y más fría entra para sustituir el aire que sale (Salas et al,
2008) y (León, 2009)
CUADRO N.3. Determinar el número de ventilas
DETERMINANTES RESULTADOS
Área de ventila 0,50m*0,50m
Numero y ubicación de las ventilas en la
cámara
2 ventilas superiores donde estarán los
ventiladores (entrada de aire)
2 ventilas inferiores (salida de aire saturado)
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VI.7. Planimetría:
Vistas en general de la cámara de secado.
En este primer plano se observa la cámara en todas sus vistas (VER PLANO 1)
Vista frontal de la cámara de secado.
Es la vista frontal se puede observar las puertas de la cámara con sus
dimensión y las fundaciones en cabilla de la cimentación, también se pueden ver los
ventiladores y la estructura de la cámara de secado. (VER PLANO 2)
Vista de planta de la cámara de secado.
En la vista de planta observamos los la ubicación de los 2 ventiladores con
los que cuenta la cámara, se puede ver la estructura del techo con los cristales
translucidos y parte de la cimentación que sobresale de la cámara. (VER PLANO 3)
Vista lateral izquierda de la cámara de secado
Acá se puede ver la ubicación de las 2 ventilas interiores y las 2 superiores,
la terminación del techo y parte del encabillado de la cimentación (VER PLANO 4)
Vista lateral derecha de la cámara de secado
En la vista lateral derecha se observan más elementos que en la izquierda ya
que acá si podemos ver el techo con 6° de inclinación, los amarres que componen la
estructura del techo, la ubicación de los ventiladores, se logra ver la posición de las
ventilas que están del otro lado y también parte de la cimentación (VER PLANO 5)
45
Vistas de cimentación de la cámara de secado
En esta vista podemos observar 3 planos el A. que es la vista frontal de la
cimentación y sus medidas, el B. que es la vista de planta de la cimentación, y el C.
que es la vista 3D de la cimentación. (VER PLANO 6)
Puertas y detalles de los materiales
Acá podemos observar el plano de la puerta cos sus dimensiones a parte de
eso un esquema con los materiales la cantidad necesaria y su ubicación en la puerta
(VER PLANO 7)
Detalle del colector solar de la cámara de secado
En esta vista podemos observar varios planos entre ellos está el A. La lona
que está ubicada por debajo del colector solar, el B. Es la vista de planta del colector
solar o lamina negra con sus dimensiones, el C. Es la vista lateral del marco de tubo
de la lamina negra o colector, el D. Es una vista de perfil de este tubo del marco con
sus dimensiones, E. Es una vista 3D del colector solar de la cámara de secado y el F.
Es el detalle de la punta de la lona que sobre sale hasta la carga de madera. (VER
PLANO 8)
Vista de uniones y detalles del techo de la cámara de secado
Está compuesto por varios planos que presentan detalles de la estructura del
techo en el plano A. Veremos detalles de uniones centrales de la estructura del
techo, en el plano B. Detalles de uniones laterales de la estructura del techo en el C.
Detalles de unión de una de las esquinas y el D. Es la vista frontal del techo con sus
dimensiones (VER PLANO 9)
46
Vista de detalles de elementos de la estructura del techo de la cámara de secado
En este podemos encontrar A. Vista perfil del marco de la estructura del
techo con ranura para goma, B. Perfil central de estructura del techo, C. Perfil con la
goma, D. Goma anti-sismos para vidrios, E. Tubo Frontal y trasero de la estructura
del techo, F. Tubo laterales de la estructura del techo, G y H. Tubos centrales de la
estructura del techo con ranuras para ensamble. Vista frontal de amarre del techo
(tornillos), J. Perfil de amarre de la estructura del techo (VER PLANO 10)
Detalles de materiales del techo y ubicación de la cámara de secado
En este plano encontraremos detalles constructivos del techo como los
materiales la cantidad necesaria y la ubicación de cada uno. (VER PLANO 11)
Vista 3D de la estructura de la cámara de secado
En esta vista se observa la estructura de tubos soldados con el colector y la
estructura del techo y en la parte inferior la cimentación de manera que se puede ver
con mayor precisión los elementos que componen la cámara (VER PLANO 14)
Vista frontal 3D de la cámara de secado
Acá se ve culminada la cámara de secado con todos sus componentes, de
esta manera culmina la presentación de los planos de dicha cámara con todos los
elementos formando una herramienta para la extracción del contenido de humedad
en la madera de pino Caribe. (VER PLANO 15)
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VI.8. Especificaciones generales de la cámara de secado
CUADRO N.4 Resumen de Especificaciones de los componentes y equipos de la cámara
de secado.
COMPONENTES Y EQUIPOS DE LA
CAMARA DE SECADO
ESPECIFICACIONES
ESTRUCTURA DE LA CAMARA Paneles estructurales de 3m*3,5m*0,10m
elaborados con tubos de aluminio y
revestido con laminas de aluminio
esmaltado anticorrosivo, utilizando fibra de
vidrio como aislante de calor
Paredes
Techo
Estructura de perfiles de aluminio
esmaltado anticorrosivo de 5cm de espesor
en la totalidad del techo en la cual irán
ensamblados los paneles de vidrio.
Piso
Losa corrida de concreto con un área total
de 12.23m2, en una sola etapa de
3,5m*3,5m*0,15m.
Puertas
Puertas batientes de dimensiones
2,450m*1,620m*0,10m, elaboradas con
tubos de aluminio y revestidas con laminas
de aluminio esmaltado anticorrosivo,
utilizando fibra de vidrio como aislante de
calor.
SISTEMA DE CALEFACCION . Estos serán de 8mm de espesor y de
1,120m*0,656m, de acá se tomara la
energía de calefacción
Vidrios
Colector
Una lamina de metal de color negro con
5mm de espesor donde se genera el efecto
invernadero en un espacio entre los vidrios
48
y la lámina y por debajo una lona.
SISTEMA DE VENTILACION Del tipo axial, ventiladores con aspas que
tengan un diámetro de 45 cm, 1700 rpm,
con motor de 0.33 Hp y para conectar en
110 ó 220 voltios
Ventiladores
Ventilas
Ventilas con área de 0,30m*0,30m
SISTEMAS DE CONTROL
Las especificaciones técnicas estarán dadas
por la empresa encargada de suministrar el
equipo.
49
A. Vista lateral derecha, B. Vista frontal, C. Vista frontal 3D D. Vista de planta de cimentación,
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A. Detalles de plataforma para cimentación, B. Vista de planta de la cimentación, C. Vista 3D de la cimentación en detalle
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A. Vista planta del colector (lamina negra), B. Perfil del tubo, C. Vista 3D del colector
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A. Vista planta del techo, B. Detalles uniones centrales del techo, C. Detalles uniones de las esquinas del techo.
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A. Tubo tubo Frontal y trasero de la estructura del techo, B. Tubo laterales de la estructura del techo, C y D. Tubos
centrales de la estructura del techo con ranuras para ensamble, E. Vista frontal y Perfil de amarre de la estructura del
techo, F. Vista perfil del marco de la estructura del techo con ranura para goma, G. Perfil central de estructura del techo,
H Perfil con la goma, I. Goma anti-sismos para vidrios
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Utilizando una herramienta de diseño e ingeniería mecánica INVENTOR FUSION. Nos arroja una ruta de construcción.
IMAGEN N. 7 IMAGEN N. 8 IMAGEN N.9
IMAGEN N. 10 IMAGEN N. 11 IMAGEN N. 12
Imágenes: 7. Anclaje y bases, 8. Bases de concreto fundaciones, 9. Cimentación o losa, 10. Levantamiento de columnas,
11. Colocación de vigas principales, 12. Detalles de la soldadura estructural y levantamiento de la estructura lateral.
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IMAGEN N. 13 IMAGEN N. 14 IMAGEN N. 15
IMAGEN N. 16 IMAGEN N. 17 IMAGEN N. 18
Imágenes: 13. Detalle de la soldadura y anclaje con tuercas, 14. Refuerzos y detalle de soldadura, 15. Detalle de soldadura en la estructura de las paredes, 16. Colocación de perfil en color rojo para anclaje del techo, 17. Detalle de cómo van los angulos que
unen el techo y la estructura por medio de tornillos, 18. Unión interna de estructura del techo por medio de tornillos.
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IMAGEN N. 19 IMAGEN N. 20 IMAGEN N. 21
IMAGEN N. 22 IMAGEN N. 23 IMAGEN N. 24
Imágenes: 19. En color rojo se ve el perfil de anclaje, en amarillo el tubo del marco del techo y en azul la goma donde van los vidrios, 20. Estructura del techo ya montada con un solo vidrio en color amarillo, 21. Detalle del colector solar o lamina negra debajo de la estructura del techo ya montada, 22. En color rojo se ve el deflector de aire instalado, 23. Se muestra como en el piso
de la cámara estará una base donde reposara la carga de madera y una de las puertas, 24. Instalación de ventiladores.
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IMAGEN N. 25 IMAGEN N. 26 IMAGEN N. 27
IMAGEN N. 28 IMAGEN N. 29
Imágenes: 25. Instalación y vista de los ventiladores una vez armada la cámara, 26. Vista de ventiladores a través de los vidrios transparentes, 27. Cámara de secado completada en vista frontal, 28. Cámara de secado en vista 3D lateral izquierda, 29. Cámara
de secado con todos sus elementos y lista para trabajar.
68
Conclusiones
Analizando los resultados de esta investigación, se puede concluir que la energía
solar representa una alternativa eficiente para el secado de la madera con rapidez y
utilizando tecnología sencilla.
Es conveniente tener en cuenta para la construcción de una cámara de secado solar,
todos los factores que en esta investigación se consideraron, tales como: la
capacidad de carga, latitud geográfica del lugar por la incidencia del sol, índice de
insolación entre otros.
Al momento de elegir los materiales para la construcción del secadero hay que
tomar en cuenta aspectos fundamentales como que el techo sea de vidrio y no de
otro material más económico como plástico, y que la cámara debe tener debajo del
vidrio un colector que es de una lámina de metal de color negro (colector), y tan
importante como las anteriores es que debe tener material aislante para optimizar el
rendimiento de la cámara.
Cuando se construye un prototipo de cámara de secado solar hay que tomar en
cuenta la inclinación del techo para asi asegurar la mayor incidencia del sol y por
ende la cantidad de radiación solar, conociendo que es la fuente de energía la cual
alimentara dicha cámara. Y para nuestra ubicaion geográfica la inclinación del
techo serian 6 grados.
El uso de secadoras solares de madera es una tecnología de muy bajo costo, con
utilización de una energía renovable muy abundante en los países tropicales como
Venezuela, por lo que su implementación sería una alternativa de muy buena
utilidad en la industria forestal.
69
El proceso de secado de la madera juega un papel determinante en el desempeño,
calidad y costo de cualquier artículo fabricado con madera, por ello, se hace
necesario
Poner mayor atención al secado correcto y evaluar los métodos y técnicas
existentes, para poder aumentar el nivel tecnológico de nuestra industria maderera y
lograr productos altamente competitivos.
Un factor de mucho peso que se debe tomar en cuenta es el gasto energético
necesario para su funcionamiento, con una fuente de calor totalmente gratuita,
aunque existen las posibilidades de colocar otras fuentes de calor no tan costosas,
como generadores de calor para las horas nocturnas y haciéndola una cámara con
un sistema de calefacción mixta. Lo que nos daría temperaturas constantes de dia y
de noche y disminuiría el tiempo de secado.
70
Recomendacines
Como recomendación para disminuir los tiempos de secado la aplicación a
un modelo mixto pude ser colocando al lado de la cámara paneles solares y
que durante el dia estos tomen energía del sol y sea acumulada en baterías y
que en la noche sirvan para calentar resistencias a muy baja temperatura para
garantizar el calor toda la noche y la duración de las baterías.
Se debe tomar en cuenta que al momento de construir la cámara de secado se
deberá escoger un lugar despejado de arboles, edificios y hasta montañas
cercanas ya que podría impedir la incidencia del sol por varias horas lo que
nos haría el proceso mas lento y menos factible.
El uso de secadoras solares de madera es una tecnología de muy bajo costo,
con utilización de una energía renovable muy abundante en los países
tropicales como Venezuela, por lo que su implementación sería una
alternativa de muy buena utilidad en las industrias forestales.
Se recomienda usar polietileno reciclable de recipientes de aceite
automovilístico con pigmento negro para el colector solar esto con el fin de
preservar el ambiente y de estar disminuyendo los costos en la construcción
de la cámara de secado solar.
Es recomendable realizar el estudio de costo o análisis de precio unitario
Es importante la fabricación del prototipo para así poder estudiar su
factibilidad y eficacia en cuanto a la temperatura interna, los horarios de
secado, economía en comparación con otras cámaras de secado artificial
convencional.
71
Bibliografía
Celemín, A. (2010). Meteorología. Bogotá, Colombia
Fuentes, M; Sánchez, L; Osorio, J; Corona, I. (2003). Construcción y validación de un
secador solar para madera aserrada. Revista forestal Chapingo. Volumen 9,
numero2.Disponible en: http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/629/62913142010.pdf.
Consultado el 10/12/2011.
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forzada párala aplicación en proyectos de docencia, investigación y servicio de la facultad
de ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala. Tesis de maestría no
publicada. Universidad de San Carlos, Guatemala 2009.
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Viscarra, S. (1998). Guía para el Secado de Madera en Hornos. Santa Cruz, Bolivia.
72
VI. ANEXOS
ANEXO N.1 Catalogo de laminas de aluminio esmaltado en varias medidas
ANEXO N.2 Catalogo de ventiladores industriales por el diámetro y características
de uso. Importadora de artefactos industriales Zulia.
ANEXO N.3. Catalogo de laminas lisas negras de fabrica laminas, laminas de
Venezuela casa comercial
73
ANEXO N.1 catalogo de láminas de aluminio esmaltadas anticorrosivas y por calibre laminas de Venezuela casa comercial.
74
ANEXO N.2 Catalogo de ventiladores industriales por el diámetro y características
de uso. Importadora de artefactos industriales Zulia.
75
ANEXO N.3. Catalogo de laminas lisas negras de fabrica laminas, laminas de Venezuela casa comercial
