Este documento estudia la dinámica del secado solar en la ciudad de Riobamba, Ecuador. Analiza factores como la temperatura, humedad, radiación solar y presión atmosférica en Riobamba y los compara con datos de la ciudad costera de Guayaquil. También describe el diseño de un prototipo de secador solar y presenta resultados preliminares de simulaciones sobre la temperatura y eficiencia del secador en las dos ciudades.

1. DINÁMICA DEL SECADO SOLAR EN EL
ALTIPLANO ECUATORIANO.
ARQUÍMIDES HARO

2. INTRODUCCION
• La dinámica en el proceso de secado es uno de los
factores más importantes que se debe conocer para
mejorar su eficiencia, lo cual se asocia a la dinámica
atmosférica y características del producto,
particularmente de la parte superficial (Capa Límite
Atmosférica CLA).
• Con la finalidad de encontrar la relación entre el proceso
de secado y aquellos aspectos físicos-meteorológicos,
se ha desarrollado el presente trabajo, para lo cual se
prueba en diferentes condiciones.
• Para esto se usa el prototipo y modelo matemático
diseñado en el proyecto “Diseño de un secador solar
multiuso bajo condiciones físicas y meteorológicas de la
ciudad de Riobamba”.
• La aplicación se realiza con datos de la ciudad de
Riobamba (latitud Sur 1°40′6.94″ y longitud Oeste
78°39′2,50″, meseta a 2.754 metros de altura sobre el
nivel del mar) y se relacionan con datos a nivel del mar,
tomados de la ciudad de Guayaquil.(2° 12' 00' latitud Sur
y a 79° 53' 00' de longitud Oeste, con un promedio de
altitud de 4,60 metros sobre el nivel del mar).
Riobamba – Ecuador
Nevado Chimborazo

3. CARACTERISTICAS FÍSICAS , METEOROLÓGICAS Y MICROMETEOROLÓGICAS
• Ecuador por su posición geográfica, relieve y por ser una zona de convergencia de
corrientes marinas y aéreas, se caracteriza por tener condiciones meteorológicas
particulares, presentando características dinámicas de la atmosfera en general
complejas.
DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

4. y = 0,0118x + 13,2
R² = 0,045
T=13,61
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
TEMPERATURA(°C)
MESES
TEMPERATURA AMBIENTE RIOBAMBA 2007 - 2012
y = -0,0006x + 768,38
R² = 0,0129
P=768,36
768.00
768.10
768.20
768.30
768.40
768.50
768.60
768.70
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
PRESIÓN(mb)
MESES
PRESIÓN ATMOSFÉRICA RIOBAMBA 2007 - 2012
CONDICIONES ATMOSFÉRICAS
PARAMETRO PROMEDIO
Velocidad 2,25 m/s
Lluvia 0,0005 mm
Temperatura 13,20 °C
Radiación solar
216,16
W/m2
Presión 768,38 mb
Humedad 75,57 %

5. 0
50
100
150
200
250
300
Anual
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
W/m2 RADIACIÓN SOLAR
11
11.5
12
12.5
13
13.5
14
Anual
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
T(°C)
TEMPERATURA
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Anual
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
v(m/s)
VELOCIDAD
PROMEDIO ANUAL

6. 65
70
75
80
85
H(%) HUMEDAD
768.1
768.2
768.3
768.4
768.5
P(mB)
PRESIÓN

7. MICROMETEOROLOGÍA

8. Energy balance equation, in simplified form is:
RN = QH + QE + QG
• - RN Net radiation flux
• - QG Stored heat flux in the soil
• - QH sensible heat flux. The sensible heat represents: the heat that is
emitted from the surfaces to the air by conduction or convection (H),as
the heat flows by conduction to the ground (G).
• - QE Latent heat flux
• Starting from
QG = aQ*
• Means a = 0.1 for rural areas and a = 0.3 for urban areas (Doll D, Ching J.
K. S. y Kaneshire J).
• Where is αconstant, which we assume equal to 20 W/ m2. parameter “S”
is defined by:
• [Van Ulden, Hostlag, 1985]
BALANCE DE ENERGÍA SUPERFICIAL

9. DATOS MICROMETEOROLÓGICOS

10. COLECTOR SOLAR
• Por las ventajas teóricas, geométricas y prácticas, al ser el mas
usado se diseña un colector de placas planas, usando métodos de
balances de energía y comportamiento térmico (Duffie y Beckman).

11. • Balance Energético en colectores de placa plana
• τ: Transmitancia solar efectiva de la cubierta del colector
• α: Absorbancia de la placa
• Eficiencia y temperatura de salida

12. • Densidad ρ(kg / m3)
• Viscosidad dinámica µ(N.s/m2)
• Conductividad térmica Kv (W/m.K)
• Inclinación de colector solar
La ubicación del colector en nuestro caso
(hemisferio sur) debería estar hacia el norte con
una inclinación similar a la latitud

13. MODELO COLECTOR

14. 0
5
10
15
20
25
30
35
Riobamba Guayaquil
TEMPERATURA°C
CIUDAD
TEMPERATURA DE SALIDA SIMULADA EN EL
COLECTOR
900 W/m2
600 W/m2
300 W/m2
50
51
52
53
54
55
56
57
58
Riobamba Guayaquil
EFICIENCIA%
CIUDAD
EFICIENCIA SIMULADA EN EL COLECTOR
900 W/m2
600 W/m2
300 W/m2
RESULTADOS PRELIMINARES SIMULADOS
T=20 °C
Vc=1 m/s

15. 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Temperatura°C
Horas
INCREMENTO DE TEMPERATURA
Guayaquil
Riobamba

16. 0
5
10
15
20
25
30
35
40
7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Temperatura°C
Hora
TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DEL MODELO
Salida
Guayaquil
Entrada
Guayaquil
Salida
Riobamba
Entrada
Riobamba
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
TEMPERATURA°C
TEMPERATURA SIMULADA PARA COLECTOR DE 2 m DE LARGO
GUAYAQUIL
RIOBAMBA

17. 55.8
56
56.2
56.4
56.6
56.8
57
57.2
88.9 215.8 274.1 220.3 428.9 775.2 604.8 550.1 496.6 323.9 293.0
Eficiencia%
Radiación solar W/m2
EFICIENCIA RESPECTO A RADIACIÓN SOLAR USANDO
DATOS DE GUAYAQUIL
55
55.5
56
56.5
57
57.5
84.1 170.9 297.3 448.1 1076.7 1035.3 349.3 109.6 216.3 102.5 90.7
Eficiencia%
Radiación solar W/m2
EFICIENCIA RESPECTO A RADIACIÓN SOLAR USANDO DATOS DE RIOBAMBA

18. MODELO DE LA CÁMARA DE SECADO
Variables para la cámara de secado

19. ECUACIONES
• Intercambio de energía en la cámara
𝑚 𝑎𝑠. 𝑐𝑝 𝑝1
= ℎ 𝑎𝑝1. 𝐴 𝑝1 𝑇𝑎𝑠𝑒 − 𝑇𝑝1 + ℎ 𝑎𝑝2. 𝐴 𝑝2 𝑇𝑎𝑠𝑚𝑒𝑑 − 𝑇𝑝2 + ℎ 𝑎𝑝𝑖1. 𝑆 𝑝𝑖1 𝑇𝑎𝑠𝑒 − 𝑇𝑝𝑖1
+ ℎ 𝑎𝑝1. 𝑆 𝑝𝑖2 𝑇𝑎𝑠𝑒 − 𝑇𝑝𝑖2
Siendo 𝑚 𝑎𝑠: caudal másico de aire seco (kg/s); 𝑐𝑝 𝑎𝑠: calor específico del aire (J/kg °C);
𝑇𝑎𝑠,𝑒 y 𝑇𝑎𝑠,𝑠: temperatura del agente desecante (aire) (°C); 𝑇𝑎𝑠,𝑚𝑒𝑑: temperatura del
aire situado entre las dos bandejas del producto (°C); ℎ 𝑎,𝑝1. y ℎ 𝑎,𝑝2: coeficientes
convectiovos aire-producto para las bandejas (W/m2°C); 𝐴 𝑝1 y 𝐴 𝑝2: superficie de las
bandejas (m2); 𝑇𝑝1 y 𝑇𝑝2: temperatura del producto húmedo (°C); ℎ 𝑎,𝑖𝑝1: coeficiente
de transmisión de calor convectivo aire-pared traslucida (W/m2°C); 𝑆 𝑝𝑖1 : superficie de
una de las paredes traslucidas de la cámara (m2); 𝑇𝑝𝑖1: temperatura de la pared
interna translucida (°C); ℎ 𝑎,𝑝𝑖2: coeficiente de transmisión de calor convectivo aire-
pared opaca (W/m2°C); 𝑆 𝑝𝑖2: superficie de una de las paredes opacas de la cámara
(m2); 𝑇𝑝𝑖2: temperatura de la pared interna opaca (°C).

20. • Intercambio de energía en las bandejas
𝑚 𝑝1. 𝑐𝑝 𝑝1
𝑑𝑇𝑝1
𝑑𝑡
= ℎ 𝑎𝑝1. 𝐴 𝑝1 𝑇𝑎𝑠𝑒 − 𝑇𝑝1 − 𝑚 𝑚𝑠1. 𝐿 𝑣
𝑑𝑀1
𝑑𝑡
𝑚 𝑝2. 𝑐𝑝 𝑝2
𝑑𝑇𝑝2
𝑑𝑡
= ℎ 𝑎𝑝2. 𝐴 𝑝2 𝑇𝑎𝑠𝑚𝑒𝑑 − 𝑇𝑝2 − 𝑚 𝑚𝑠2. 𝐿 𝑣
𝑑𝑀2
𝑑𝑡
Con 𝑚 𝑝1 y 𝑚 𝑝2: masa del producto húmedo de las bandejas (kg); 𝑐𝑝 𝑝1 y 𝑐𝑝 𝑝2: calor específico del
producto (J/kg°C); 𝑚 𝑚𝑠1 y 𝑚 𝑚𝑠2: masa de la materia seca (kg); 𝑀1 y 𝑀2: contenido de humedad
en base seca (kg/kgdb); 𝐿 𝑣: calor latente de vaporización (J/kg).
• Intercambio de energía en las paredes
𝑚 𝑝𝑖1. 𝑐𝑝 𝑝𝑖1
𝑑𝑇𝑝𝑖1
𝑑𝑡
= 𝐾𝑝𝑖1. 𝑆 𝑝𝑖1 𝑇𝑝𝑒1 − 𝑇𝑝𝑖1
+ ℎ 𝑎𝑝𝑖1. 𝑆 𝑝𝑖1 𝑇𝑎𝑠𝑒 − 𝑇𝑝𝑖1 +ℎ 𝑚𝑒𝑑,𝑝𝑒1. 𝑆 𝑝𝑖1 𝑇𝑎 − 𝑇𝑝𝑒1 + ℎ 𝑟. 𝑆 𝑝𝑖1 𝑇𝑟 − 𝑇𝑝𝑒1 𝑚𝑠1
𝑚 𝑝𝑖2. 𝑐𝑝 𝑝𝑖2
𝑑𝑇𝑝𝑖2
𝑑𝑡
= 𝐾𝑝𝑖2. 𝑆 𝑝𝑖2 𝑇𝑝𝑒2 − 𝑇𝑝𝑖2 + ℎ 𝑎𝑝𝑖2. 𝑆 𝑝𝑖2 𝑇𝑎𝑠𝑒 − 𝑇𝑝𝑖2 +ℎ 𝑚𝑒𝑑,𝑝𝑒2. 𝑆 𝑝𝑖2 𝑇𝑎 − 𝑇𝑝𝑒2
Siendo 𝑚 𝑝𝑖1 𝑦 𝑚 𝑝𝑖2: masa de la pared traslucida y opaca (kg); 𝑐𝑝 𝑝𝑖1 y 𝑐𝑝 𝑝𝑖2: calor específico de
las paredes (J/kg°C); 𝑘 𝑝𝑖1. y 𝑘 𝑝𝑖2.: coeficiente por intercambio de conducción de la pared
(W/m2°C); 𝑇𝑝𝑒1 y 𝑇𝑝𝑒2: temperatura de las pareds exteriores (°C); ℎ 𝑚𝑒𝑑,𝑝𝑒1 y ℎ 𝑚𝑒𝑑,𝑝𝑒1:
coeficiente de transmisión de calor convectivo medio-pared exterior (W/m2°C); 𝑆 𝑝𝑖1 y 𝑆 𝑝𝑖2 :
superficie de las paredes (m2); 𝑇𝑎: temperatura ambiente (°C); ℎ 𝑟: coeficiente de intercambio por
radiación (W/m2°C); 𝑇𝑟 : temperatura media radiante del exterior (°C).

21. MODELO CÁMARA DE SECADO

22. DISEÑO DEL PROTOTIPO

23. SENSORES
Cantidad Sensor / Equipo
3 Transmisor de Humedad Relativa y Temperatura
2 Sondas de Temperatura LM35
2 Célula de Carga
2 Sensores de Velocidad de Aire
1 Ventilador Extractor
1 Compact Field Point 2020
1 Fuente Compact Rio
2 Módulo AI-100
1 Fuente de voltaje 24DC

24. RESULTADOS
0
5
10
15
20
25
30
35
40
7:01
7:41
8:21
9:01
9:41
10:21
11:01
11:41
12:21
13:01
13:41
14:21
15:01
15:41
16:21
17:01
17:41
18:21
Tewemperatura°C
Tiempo
TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DEL COLECTOR
Temperatura I
Temperatura O
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
7:01
7:31
8:01
8:31
9:01
9:31
10:01
10:31
11:01
11:31
12:01
12:31
13:01
13:31
14:01
14:31
15:01
15:31
16:01
16:31
17:01
17:31
18:01
18:31
Temperatura°C
Tiempo
INCREMENTO DE TEMPERATURA ENTRE LA
ENTRADA Y LA SALIDA DEL COLECTOR

25. 0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
7:01
7:21
7:41
8:01
8:21
8:41
9:01
9:21
9:41
10:01
10:21
10:41
11:01
11:21
11:41
12:01
12:21
12:41
13:01
13:21
13:41
14:01
14:21
14:41
15:01
15:21
15:41
16:01
16:21
16:41
17:01
17:21
17:41
18:01
18:21
18:41
AxisTitle
Axis Title
TEMPERATURA DE SALIDA CALCULADA CON EL MODELO Y MEDIDA
EN EL COLECTOR
Temperatura modelo
Temperatura O

26. 0
5
10
15
20
25
30
35
40
7:01
7:21
7:41
8:01
8:21
8:41
9:01
9:21
9:41
10:01
10:21
10:41
11:01
11:21
11:41
12:01
12:21
12:41
13:01
13:21
13:41
14:01
14:21
14:41
15:01
15:21
15:41
16:01
16:21
16:41
17:01
17:21
17:41
18:01
18:21
18:41
AxisTitle
Axis Title
TEMPERAQTURA DE ENTRADA Y SALIDA DE LA CAMARA DE SECADO
Temperatura IC
Temperatura OC

27. 0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Temperatura°C
Horas
TEMPERATURA MEDIDA EN EL PROTOTIPO Y CALCULADA EN EL
MODELO (MEDIA HORA)
Temperatura O
Temperatura MS

28. RATIO DE SECADO
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 2 4 6 8 10 12
%
Hora
SECADO MANZANILLA
Series1
HR=A*EXP(B*t)
A=0,0018T
2
-0,1858T+4,6467

29. CONCLUSIONES
• El gradiente de temperatura en el colector en la ciudad de
Riobamba es mayor que en Guayaquil debido al bajo valor
que asume el calor latente, por la disminución de la
presión.
• El incremento del largo del colector aumenta rápidamente
la temperatura de salida de la simulación en Riobamba, que
en Guayaquil, debido a los flujos térmicos superficiales son
mayores en esa posición.
• La eficiencia es menor en la ciudad de Riobamba respecto a
Guayaquil, debido a la disminución de la densidad.
• En general se observa que los efectos de la altura influyen
sobre el resultado de la temperatura y eficiencia.
• La comprensión de la dinámica permite planifica,
diagnosticar y controlar el secado