DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SECADOR SOLAR PARA

AGUAYMANTO A CONVECCIÓN FORZADA

INTRODUCCIÓN

Nuestro Perú es un país privilegiado con una enorme variedad de productos

naturales, los antiguos pobladores siempre se caracterizaron por desarrollar sus recursos
como la arquitectura, agricultura y ganadería. Desde éste punto de vista la agricultura
fue y seguirá siendo una de las riquezas más sobresalientes en su producción tales
tenemos los productos alimenticios como la papa, el maíz, el trigo, kiwicha, oca, maíz,
haba, etc., como fuente de alimentación y frutas como fresa, plátanos, yacón,
aguaymanto, aguagina, etc. Actualmente en nuestra sierra se ha estado exportando
diferentes alimentos que contienen alto valor nutritivo, es asì que el aguaymanto va
adquiriendo mayor importancia en su exportación.
El aguaymanto seco (tipo pasa) está teniendo bastante demanda y en el valle del
Cusco contamos con este fruto para lo cual estamos construyendo un prototipo para el
secado de aguaymanto en forma forzada para su producción y una vez secada
exportarla.
Se ha construido un secador forzado automatizado que cuenta con un sistema de control
que consta con tarjetas que almacenan datos para luego ser evaluados los cuales son
proporcionarnos por los sensores que serán programados por nosotros con el fin de
obtener resultados óptimos.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

La planta del aguaymanto fue descrita por primera vez por Linnaeus en 1753.
Este arbusto fue cultivado por mucho tiempo en los andes de América. Es una planta
herbácea erecta la cual tiene un pequeño fruto similar al tomate, pero diferencia de este
permanece encerrado en doradas hojas las cuales provienen de la serranía de nuestro
país.

El avance tecnológico permite construir secadores solares a convección natural y

convección forzada e incluso secadores solares automatizados las cuales aceleran el
proceso de sacado, a pesar del tiempo y de su costo en la construcción vale la pena
desarrollarlo.
En el viejo continente y en Norteamérica el consumo de frutos secos por tener
alto valor nutricional. En América del sur (Colombia, Ecuador y Chile) ya vienen
desarrollando la producción de aguaymanto para luego secarlo tipo pasa y exportarlo.
En el norte y centro del Perú se han ampliado los cultivos de aguaymanto y en la parte
sur de nuestro país se está empezando con la producción de este diminuto fruto de
acuerdo al apoyo del gobierno con sus empresas que apoyan a micro comercializadores
las cuales son SIERRA EXPORTADORA y AREX (Asociación Regional de
Exportadores de Lambayeque).
a) Problema general.
¿Qué tipo de secador solar se debe construir para el secado de aguaymanto?

b) Problema Específico.
¿Qué parámetros físicos se considerarán y que cantidad de producto a secar es necesario
para su rentabilidad?

2. OBJETIVO

a)Objetivo General

 Generar una base de datos y analizar el tipo de secado para el aguaymanto en el

secador solar automatizado, en la ciudad del Cusco.

b)Objetivo Específico

 Sistematizar la información que permita seleccionar el secador solar mas

adecuado para la deshidratación de aguaymanto.
 Diseño y construcción de un secador solar por convección forzada para la
deshidratación de aguaymanto.
 3. HIPÓTESIS
Con el sistema de adquisición de datos en el secador es posible determinar la forma de
secado solar automatizado para el aguaymanto.

4. JUSTIFICACIÓN

La finalidad de diseñar y construir un secador solar automatizado para

aguaymanto, en la ciudad del Cusco, es observar y analizar parámetros físicos que
intervienen en el secado.
En proyectos anteriores se han construido diferentes tipos de secadores solares
(naturales o forzados); así como algunos cuentan con sistemas de almacenamiento de
datos.
En el presente proyecto se generará una serie de adquisición de datos, que
permita clasificar la temperatura, humedad y velocidad en función del tiempo de secado.

5. METODOLOGÍA

a) BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN

Para desarrollar el proyecto será necesario conocer temas actualizados sobre:

 Temperatura, humedad absoluta – relativa, velocidad de secado.
 Radiación solar en el Perú y por ende en la ciudad del Cusco.
7. CRONOGRAMA

ACTIVIDA SEMANAS
D MESES  
  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Búsqueda de información                        
Programación para la
adquisición de datos                        
Instalación del secador solar
para aguayamanto                        
Calibración de los sensores                        
para el almacenamiento de
datos
Prueba del secador solar en
el almacenamiento de datos                        
APARTIR DE AQUÍ COMIENZA EL DESARROLLO DEL
PROYECTO

PRIMERO LA PARTE TEORICA

LUEGO EL DESARROLLO DEL PROYECTO
Y FINALMENTE LA CONCLUSION A LA QUE SE LLEGO
ABAJO DEL DEJO EJEMPLO DE TEORIA
 CAPÍTULO I:

MARCO TEÓRICO
INTRODUCCIÓN

El secado natural ha sido utilizado desde tiempos inmemorables para secar una
gran variedad de productos. Sin embargo, para la producción a escala industrial este
sistema presenta ciertas limitaciones (necesidades de grandes superficies, elevado coste de
mano de obra, dificultades en el control del proceso de secado, etc.). Con objeto de
aprovechar los beneficios de la fuente solar se han realizado numerosos intentos en los
últimos años para el desarrollo de secaderos solares en los diferentes productos.
Entre las ventajas que presenta el secado solar, la más destacada se basa en la ener-
gía que utiliza, es decir, una fuente no contaminante, renovable y que puede utilizarse a
escala local.
Entre las desventajas que presenta el secado solar está en la baja densidad energética de la
radiación solar, que dará lugar a la necesidad de superficies colectoras de gran tamaño.
Por otro lado, además de las ventajas conseguidas medioambientalmente, será necesario
tener en cuenta el costo y la rentabilidad de la instalación, condicionadas, en gran medida,
por las circunstancias geográficas que determinan la intensidad de la radiación incidente y
el número de horas de Sol.
Por tanto, la aplicación de un sistema de secado solar implica un proceso de estudio
e investigación adecuado a las características del producto y a la zona geográfica en
cuestión. Para mejorar el proceso, es habitual la utilización de colectores de aire,
considerándose actualmente ésta una aplicación potencialmente interesante para reducir el
consumo de combustibles fósiles en el secado de productos.
En este trabajo en primer lugar, se describen las características básicas de la
radiación solar. A continuación, se establecen los principales sistemas de secado solar, así
como se apunta la tipología elemental de captadores solares de aire, luego se implementará
los respectivos sensores que permitirán la evaluación respectiva. Por último, se establecen
los parámetros fundamentales, desde el punto de vista energético, para la optimización del
funcionamiento de los diferentes dispositivos de secado solar.

1.1. PRINCIPIOS DE LA RADIACIÓN SOLAR

1.1.2. RADIACIÓN SOLAR

Energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones

nucleares de fusión que llegan a la tierra a través del espacio en cuantos de
energía llamados Fotones que interactúan con la atmósfera y la superficie
terrestre. La intensidad de la Radiación Solar en el borde exterior de la
atmósfera, si se considera que la tierra está a su distancia promedio del sol, se
llama constante Solar y su valor medio es Ics = 1354 w/m 2, con un valor
máximo en el perihelio de 1395 w/m2 y un valor mínimo en el afelio de 1308
w/m2 (www.cere.energy.gov/solar/sh-basics.html)

1.2.2. RADIACIÓN SOLAR TERRESTRE.

CER-UNI (1991). La cantidad de radiación Solar que recibirá la

superficie terrestre depende de la posición relativa entre el Sol y la Tierra, la
composición y espesor de la atmósfera que debe recorrer la radiación y la
inclinación de la superficie sobre la cual se recibe la radiación.
Valera (1993). La Radiación Solar que incide sobre la superficie
terrestre, consta de 2 componentes: Radiación directa (RD) y la Radiación difusa
(Rd). La Radiación directa es la que incide directamente del Disco Solar y la
Radiación difusa es la Radiación Solar dispersada, que aparentemente procede la
bóveda celeste. A continuación, la figura mostrada nos muestra la dispersión de
la Energía que proviene del sol.
 Energìa solar Energìa reflejada
total por las nubes: 20 %
100%
Energìa
reflejada por
la atmòsfera:
6%
Adsorbida
por las nubes
19% Energìa
reflejada por
Llega a la superficie el suelo:
el 51% de la superficie solar 4%

Figura 1. Dispensación de la Energía total proveniente del Sol

Fuente: http://escueladevidasostenible.blogspot.pe/p/general.html

1.2.3. MEDICIÓN DE RADIACIÓN SOLAR (RADIOMETRÍA).

CER-UNI (1991). Se realiza siguiendo las normas dictadas por la

O.M.M. (Organización Meteorológica Mundial), con el uso de instrumentos
como:
El Heliógrafo que sirve para determinar el número de horas efectivas de
sol, sin llegar a determinar la intensidad de la Radiación. El Radiómetro permite
medir la intensidad de la Radiación Solar que incide sobre una superficie. Valera
 A (1993), indica que los radiómetros se dividen en Fotovoltaicos y Foto
térmicos.
1.2.4. POTENCIAL ENERGÉTICO DE LA RADIACIÓN SOLAR EN EL

PERÚ

En la actualidad la crisis energética a nivel mundial, la radiación solar se

constituye para el Perú en un gran potencial energético para atender una serie de
necesidades a nivel nacional. En febrero de este año nuestro país afrontó un
mayor índice de radiación solar, según advirtió el Servicio Nacional de
Meteorología e Hidrología del Perú (SENAMHI). Incluso, llegó a los 19
puntos en la escala de 20, en algunas zonas de nuestro país.

El punto máximo se da en zonas altas de Junín, Cerro de Pasco,

Arequipa, Puno, Tacna y Moquegua. “Por la misma característica de la
topografía, tenemos presente la cordillera que es alta. Lo que afronta es una capa
menor atmósfera o una capa menor de protección”, explicó Mitza Puza,
metereóloga del Senamhi.

Figura 2. Potencial Energético de Radiación Solar

Fuente: SENAMHI 2010
Tabla 1.PROMEDIO ANUAL DE LA IRRADIACIÓN SOLAR DIARIA EN EL PERÚ

IRRADIACIÓN SOLAR
ALTITUD
ORDEN LOCALIDAD DISTRITO PROVINCIA DEPARTAMENTO LATITUD PROMEDIO
LONGITUD (metros)
ANUAL(kWh/m²)
1 Iquitos Iquitos Maynas Loreto 73º 15 27 03º 44 47 125 3.73
2 El Cenepa El Cenepa Condorcanqui Amazonas 78º 09 36 04º 27 45 240 2.89
3 Requena Requena Requena Loreto 73º 50 51 05º 03 14 180 3.66
4 Hda. El Valor El Milagro Utcubamba Amazonas 78º 38 36 05º 39 33 421 4.49
5 Yurimaguas Yurimaguas Alto Amazonas Loreto 76º 06 17 05º 53 26 185 4.14
6 Juan Guerra Juan Guerra San Martín San Martín 76º 19 44 06º 34 46 330 3.95
7 Cajamarca Cajamarca Cajamarca Cajamarca 78º 30 58 07º 09 06 2640 4.47
8 Padre Abad Padre Abad Padre Abad Ucayali 75º 30 27 09º 01 58 270 4.02
9 Tingo María Rupa-Rupa Leoncio prado Huánuco 75º 59 41 09º 17 30 640 4.02
10 Huánuco Huánuco Huánuco Huánuco 76º 14 25 09º 55 27 1895 4.52
11 Humaya Leoncio Prado Huaura Lima 77º 00 00 11º 06 00 750 4.65
12 San Ramón San Ramón Chanchamayo Junín 75º 21 04 11º 07 05 800 3.98
13 Iberia Iberia Tahuamanú Madre de Dios 69º 32 24 11º 23 17 350 3.68
14 Huachac Huachac Chupaca Junín 75º 20 29 12º 00 60 3350 4.97
15 Santa Ana Santa Ana La Convención Cusco 72º 41 30 12º 51 37 920 4.01
16 Ayacucho Ayacucho Huamanga Ayacucho 74º 13 25 13º 09 26 2760 4.89
17 San Jeronimo San Jerónimo Cusco Cusco 71º 52 59 13º 32 24 3220 4.69
18 Abancay Abancay Abancay Apurimac 72º 52 30 13º 38 02 2376 4.75
19 Manrique Independencia Pisco Ica 76º 01 52 13º 41 18 200 4.52
20 Parcona Parcona Ica Ica 75º 42 04 14º 02 29 389 5.04
21 Ica Ica Ica Ica 75º 43 24 14º 03 60 390 4.89
22 Hda. Majoro Nazca Nazca Ica 74º 58 19 14º 50 20 410 5.02
23 Marcona Marcona Nazca Ica 75º 06 34 15º 12 34 620 4.94
24 Huaraya Moho Moho Puno 69º 28 14 15º 23 25 3890 5.16
25 Sibayo Sibayo Caylloma Arequipa 71º 27 16 15º 28 54 3847 4.94
26 Puno Puno Puno Puno 70º 01 38 15º 50 08 3875 5.19
27 Juli Juli Chucuito Puno 69º 27 26 16º 12 39 3852 5.05
28 Pampa de Majes Santa Isabel de Siguas Arequipa Arequipa 72º 11 42 16º 19 32 1440 5.61
29 Arequipa Arequipa Arequipa Arequipa 71º 31 60 16º 23 49 2350 5.31
30 Characato Characato Arequipa Arequipa 71º 28 55 16º 28 01 2451 5.32
31 Moquegua Moquegua Mariscal Nieto Moquegua 70º 55 58 17º 11 27 1412 5.36
32 Paucarani Pachia Tacna Tacna 69º 46 09 17º 30 42 4541 5.41
33 Calana Calana Tacna Tacna 70º 11 08 17º 56 17 675 4.99
Fuente: Ministerio de Energía y Minas - Atlas Minería y Energía en el Perú 2001
 1.2.5. TRANSMISIÓN, REFLEXIÓN Y ABSORCIÓN DE LA

RADIACIÓN EN COBERTORES.

Cuando los materiales o cuerpos son expuestos al sol parte de la

radiación incidente es reflejada, cierta cantidad es transmitida, a través del
cuerpo o material.

Energìa Solar Total

Ii Ir
Rayo Incidente Radiaciòn Reflejada

Radiaciòn Absorbida Ia

Radiaciòn transmitida

It
Figura 3. Energía Solar Total

Fuente https://fisica-basica/fenomeno-de-las-ondas/b-refraccion

Como la energía total debe conservarse, por este hecho tenemos que:

I i =I r +I t +I a
Ir I t I a
1= + +
I i Ii I i ……………………………..
………………………..(1.1)
Dónde: Ii : intensidad de la incidencia
Ir : intensidad reflejada
It : intensidad transmitida
Ia : intensidad absorbida
Las cuales definen los coeficientes de reflexión, absorción y transmisión, expresada por:

τ +ρ+α=1 ……………………………………….
……………………(1.2)

1.2.5.1. RADIACIÓN REFLEJADA

La energía radiante que incide o emana de una superficie especular puede

descomponerse en dos componentes de polarización una paralela y otra perpendicular al
plano de incidencia, establecida por las ecuaciones de Fresnel.

sen 2 ( θ 2−θ1 )
r¿=
sen 2 ( θ2 +θ 1 )

……………………………………………................(1.3)
tag 2 ( θ2 −ϑ1 )
r //=
tag 2 ( θ2 +θ1 )

………………………………………………(1.4)
Si la reflexión total es:
I 1
r= r = ( r ¿−r // )
Ii 2
………………………………………………(1.5)
Dónde: 1 y 2 son los ángulos de incidencia y de refracción figura (1.4) estos ángulos
están relacionados entre sí con los índices de refracción (n 1 y n2) de los dos medios, por
la ley de Snell.
 Ii Ir
θ1 θ r
senθ 2 n1 1 n1
=
senθ1 n 2 2 n2
θ2
It