Publication: DISEÑO Y DESARROLLO EXPERIMENTAL DE UN GENERADOR DE AIRE CALIENTE DE TIPO DUAL PARA EL DESHIDRATADO DE ALIMENTOS
Date
2021-07
Authors
HERNÁNDEZ RECABARREN, CHRISTIAN IGNACIO
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Abstract
El deshidratado de alimentos es una industria que crece a un ritmo acelerado en el mercado nacional, por lo que buscar nuevos procesos o mejorar técnicas que existan en la actualidad resulta muy atractivo económicamente para la comercialización de equipos que aumenten la eficiencia del proceso. En este contexto se diseña y fabrica un innovador prototipo generador de aire caliente de funcionamiento dual, capaz de operar en modalidad directa e indirecta, el cual utiliza la tecnología de combustión en medios porosos inertes (MPI), con el objetivo de generar aire caliente para los procesos de deshidratado de alimentos con una mejorada eficiencia térmica y menores emisiones contaminantes.
Se realiza un estudio que contempla el actual panorama de las tecnologías de deshidratación de alimentos, y el mercado existente de equipos generadores de aire caliente, donde fue posible concluir que la técnica de deshidratación por aire caliente es la más utilizada en la industria nacional para la producción a baja y alta escala. Las empresas emplean principalmente combustibles fósiles para la generación de aire caliente, donde los diseños existentes utilizan combustión de llama libre para producir energía térmica, la cual tiene una baja modulación de potencias y altas emisiones, por lo que se busca mejorar el proceso de combustión al interior del equipo por medio de un quemador de MPI y aumentar su eficiencia térmica.
Se realiza un análisis de los procesos de secado de alimentos que existen en la actualidad para industrias que tengan una baja producción, las que principalmente utilizan equipos con potencias bajo los 30 [kW] y caudales de aire de hasta 1,500 [m3/h]. Con esto es posible obtener temperaturas de operación que varían desde los 40 hasta los 80°C, que es el rango en el cual se deshidratan la mayoría de los alimentos sin tener una pérdida considerable de sus propiedades organolépticas. En base a lo anterior, el prototipo fabricado considera una potencia máxima de 20 [kW] con un caudal de aire variable de hasta 1100 [m3/h].
Se desarrollaron dos tipos de pruebas en el equipo, la primera busca estimar el tiempo de estabilización de las temperaturas internas del prototipo, y la segunda busca caracterizar su operación en función de la potencia, caudal de aire, salto y eficiencia térmica, adicionalmente se realiza el análisis de emisiones. También dentro de los límites de operabilidad del prototipo se incluye una temperatura critica de seguridad, la cual no debe superar los 400°C. Para las pruebas de estabilización se consideran cuatro puntos de operación que permiten tener un comportamiento global del prototipo, dando como resultado un tiempo promedio de 10 minutos en donde el equipo pasa de un estado trasiente a uno estacionario bajo una única configuración de potencia, lambda y caudal. Para las pruebas de caracterización se consideran seis puntos de operación a 9, 13 y 18 [kW] donde cada potencia operó con un lambda de 1.2 y 1.4, esto para las dos configuraciones en las que funciona el prototipo (directa e indirecta). Para la modalidad indirecta las potencias de 9 y 13 [kW] con un lambda de 1.2 obtuvieron las mejores eficiencias térmicas de hasta un 86% en un rango de operación de 350 a 950 [m3/h], y con un salto térmico que va desde 30 hasta 70°C. Estos parámetros operacionales obtenidos están dentro de los rangos en que actualmente se maneja la industria de generadores de aire caliente para aplicaciones de deshidratado a baja escala. Para la modalidad directa el prototipo alcanza bajas eficiencias térmicas las que van desde 40 a 82%, lo que se encuentra muy por debajo en relación con las eficiencias térmicas de los equipos que se comercializan actualmente bajo esta configuración. En relación con las emisiones éstas solo se desarrollan para el prototipo en modalidad indirecta, donde se utiliza la norma europea ISO 22967:2010 la cual establece los límites para el monóxido de carbono y óxidos de nitrógenos. Para ambos casos la mayoría de los puntos operacionales se encuentran bajo los limites normados. En términos técnicos, el prototipo cumple todas las normativas legales existentes para este tipo de diseños, por lo que fue certificado por la SEC. En relación con los costos de la aplicación, se tiene una inversión inicial de $4.020.000 y costos operacionales mensuales de $379.800 en su punto de máxima eficiencia.
Description
Keywords
MEDIO POROSO INERTE , DESHIDRATACIÓN DE ALIMENTO , GENERADOR DUAL