SIMULACIÓN MEDIANTE DIFERENCIAS FINITAS, DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR TRANSIENTE EN MÓDULO DE AIRE CALIENTE SOLAR UTILIZADO EN SECADORES AGRO-INDUSTRIALES

Abstract

The following document, characterizes the operation of an indirect solar dehydrator developed in the Energetic Innovation Center of the Universidad Técnica Federico Santa María, the characterization was made by using the finite difference method to simulate the three-dimensional heat transfer in transient state with border conditions associated to radiation and forced convection, which models the temperature distribution in the components of the tunnel where the air for the fruit drying process is heated. In the calculus memory, is presented the theoretical background, the phenomena's modelation and the numerical simulation of the partial differential equations derived from the study. This equations are approximated by the Explicit Euler scheme and the numerical results will be compared with experimental data that was collected in the Putaendo área in the 5th region. The máximum error in the air temperature simulation was equal to 5.14% which means a difference of 1.34 [°C] between measured temperature vs numerical result. Furthermore, the simulation results are extenden for cases where are not run in the laboratory. Were plotted characteristic curves that predicts the final air temperature given the environmental conditions. From the characteristic curve analysis, is concluded the the máximum air temperature rise is 15.08 °C if is exposed to an global irradiance of 1500 ⁄ and the wind speed is 2 [m/s]. In the other hand, the dryer reach it’s máximum efficency (62%) if the machine is exposed to a global irradiance of 500 ⁄ and the wind speed is 4.5 [m/s].El presente documento, caracteriza la operación de un secador solar indirecto de productos agrícolas desarrollado en el Centro de Innovación Energética de la Universidad Técnica Federico Santa María, mediante la simulación a través de diferencias finitas de la ecuación de transferencia de calor tridimensional en estado transitorio con condiciones de borde que incluyen radiación y convección forzada, que modela la distribución de temperaturas en los distintos componentes del túnel donde se calienta el aire que seca las frutas. En la memoria de cálculo se presenta el marco teórico, la modelación del fenómeno y la simulación numérica de las ecuaciones diferenciales parciales derivadas del estudio. Éstas ecuaciones se discretizan mediante el esquema Euler Explícito y los resultados numéricos serán comparados con mediciones experimentales realizadas en la zona de Putaendo en la V Región. Se encontró un error máximo en la comparación de la temperatura del aire en el ducto igual a 5.14% correspondiente a una diferencia igual a 1.34 [°C]. Además, se extienden los resultados de la simulación para el análisis de casos no registrados en el laboratorio y se generaron curvas características donde se predice la temperatura del aire luego de fluir en el secador, para condiciones ambientales dadas. Del análisis de las curvas características se concluye que el aumento máximo posible de la temperatura del aire es 15.08 [°C] si se expone a una irradiancia global horizontal igual a y una velocidad de 2 [m/s], por otro lado, el secador alcanza su eficiencia máxima correspondiente al 62 % si se expone una irradiancia global horizontal igual a ⁄ y a una velocidad igual a 4.5 Palabras clave: Simulación numérica. Transferencia de calor por radiación. Método de diferencias finitas. Esquema Euler Explícito. Ecuación de Fourier. Transferencia de calor transitoria. Transferencia de calor tridimensional.