Modelamiento matemático de un sistema de calentamiento de aire para secado de café para la empresa Penagos Hermanos

En el marco de su actividad investigativa, la empresa Penagos hermanos ha construido un prototipo para una secadora de café [1], el cual aprovecha los desechos orgánicos de la extracción del café o cisco como combustible a través de su quema en una cámara de combustión. La energía liberada por los h...

Full description

Autores:: Pinto Bareño, Juan David

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2021

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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description	En el marco de su actividad investigativa, la empresa Penagos hermanos ha construido un prototipo para una secadora de café [1], el cual aprovecha los desechos orgánicos de la extracción del café o cisco como combustible a través de su quema en una cámara de combustión. La energía liberada por los humos es aprovechada por un intercambiador de calor para calentar el flujo de aire proveniente del ventilador de secador; que se encarga de disminuir la humedad presente en los granos de café [2]. Para evaluar el desempeño del sistema del secador de café, se ha desarrollado un modelamiento matemático que permite analizar el comportamiento dinámico del dispositivo. El modelo matemático se desarrolló a partir de ecuaciones de balance de energía y masa, usando diagramas de bloques para la simulación se empleó la herramienta Simulink. El prototipo de secador que se usó como base para el presente estudio es académico y fue desarrollado en la tesis: (Manrique Waldo, 2018)”. Finalmente, los datos simulados fueron comparados con los datos experimentales para verificar la precisión del modelo.
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Para evaluar el desempeño del sistema del secador de café, se ha desarrollado un modelamiento matemático que permite analizar el comportamiento dinámico del dispositivo. El modelo matemático se desarrolló a partir de ecuaciones de balance de energía y masa, usando diagramas de bloques para la simulación se empleó la herramienta Simulink. El prototipo de secador que se usó como base para el presente estudio es académico y fue desarrollado en la tesis: (Manrique Waldo, 2018)”. Finalmente, los datos simulados fueron comparados con los datos experimentales para verificar la precisión del modelo.LISTA DE TABLAS.................................................................................................8 RESUMEn ...............................................................................................................9 ABSTRACT ........................................................................................................10 1 INTRODUCCION................................................................................................11 1.1 JUSTIFICACIÓN del problema ......................................................................12 2 OBJETIVO GENERAL.....................................................................................15 2.1 OBJETIVOS ESPECíFICOS.....................................................................15 2.2 METODOLOGIA.......................................................................................16 2.3 Estado del arte ...........................................................................................17 2.3.1 Modelamiento de la temperatura de los humos en la combustión.........17 2.3.2 modelamiento de secadores de café.....................................................17 2.4 MARCO teórico.........................................................................................18 2.4.1 INTERCAMBIADOR DE CALOR...........................................................19 2.4.3 COMBUSTIÓN...................................................................................23 2.4.5 COMBUSTIÓN real ......................................................................................24 2.4.6 COMBUSTIBLES...................................................................................25 2.4.7 RELACIÓN AIRE-COMBUSTIBLE........................................................25 3 desarrollo del Modelo matematico..............................................................27 3.1 BALANCES DE COMBUSTIÓN ............................................................27 3.1.1 Especies en base a su peso molecular..............................................27 3.1.2 División de la especie química del cisco entre el coeficiente del carbono 28 3.1.3 Especie en base al coeficiente del carbono .......................................28 6 3.2 BALANCE DE COMBUSTION TEORICA.................................................28 3.2.1 Resultado de las variables .................................................................29 3.2.2 Peso molecular del combustible.........................................................29 3.2.3 Masa de aire estequiométrica ............................................................29 3.2.4 Relación aire combustible en base seca ............................................29 3.3 BALANCE DE COMBUSTION REAL........................................................30 3.4 Perdidas....................................................................................................37 3.4.1 Pérdida por calor sensible en gases seco..........................................39 3.5 intercambiador de calor ............................................................................47 4. Simulación ................................................................................................53 3.6 simulacion de la Combustión estequiometrica..........................................54 4.2 simulacion de la Combustión real.................................................................54 4.3 Simulacion de los balances ..........................................................................55 4.4 SIMULACION del Balance de masa.............................................................56 4.5 SIMULACION del Balance de energía .........................................................57 4.6 INTERCAMBIADOR de calor .......................................................................58 4 Resultados ...................................................................................................59 4.1 Analisis de resultados...............................................................................59 5 conclusiones y recomendaciones ..............................................................62 bibliografía ...........................................................................................................64 anexos ..................................................................................................................66PregradoAs part of its research activity, the Penagos hermanos company has built a prototype for a coffee dryer [1], which uses organic waste from the extraction of coffee or cisco as fuel by burning it in a combustion chamber. The energy released by the fumes is used by a heat exchanger to heat an air flow that is responsible for reducing the humidity present in the coffee beans [2]. To evaluate the performance of the coffee dryer system, a mathematical modeling has been developed that allows the dynamic behavior of the device to be analyzed. Thus, the model obtained was built from the experimental data taken and the Simulink tool was used for its development. The prototype of the dryer that was used as the basis for the present study is academic and was developed in the thesis: “Manrique Waldo, R. (2018). Study of the combustion of Pelet from Cisco of coffee ” [1]. Finally, the simulated data were compared with the experimental data to verify the precision of the model.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Modelamiento matemático de un sistema de calentamiento de aire para secado de café para la empresa Penagos HermanosMathematical modeling of an air heating system for coffee drying for the company Penagos HermanosIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyHeat transferConvectionCoffee dryerHeat exchangerInsulationBiomassPrototype designMathematical modelsSimulation methodsIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaDiseño de prototiposModelos matemáticosMétodos de simulaciónCombustiónSecadora de caféIntercambiador de calorCiscoModelo dinámicoManrique Waldo, R. (2018). Estudio de la combustión de Pélet de Cisco de caféCenicafé, Beneficio del café ll: Secado del café pergamino, 2001A. Parra Coronado, G. Roa Mejía y C. Oliveros Tascón, SECAFÉ Parte l: Modelamiento y simulación matemática en el secado mecánico de café pergamino, vol. 12, Rev. Bras. Eng. Agrícola e Ambiental, 2008, pp. 415-427Cenicafé, Secado del café: Beneficio ecológico del café, 2002, p. 43A. Parra Coronado, G. Roa Mejía y C. Oliveros Tascón, SECAFÉ Parte l: Modelamiento y simulación matemática en el secado mecánico de café pergamino, vol. 12, Rev. Bras. Eng. Agrícola e Ambiental, 2008, pp. 415-427Rivera, Andrea del Pilar Fabra et al (2020). Modelo matemático de una cámara de combustión de una caldera pirotubular utilizando la herramienta matlab-simulinkNa Li, Ruwei Liu, Qulan Zhou, Tongmo Xu, Shi’en Hui (2007) A Mathematic Model with Total Differential Equations of combustion in thermobalance.GONZÁLEZ S., C.A.; SANZ U., J.R.; OLIVEROS T., C.E. Control de caudal y temperatura de aire en el secado mecánico de caféModelamiento y diseño de un secador estático de café pergamino (silo de café) desarrollado por (Lee Laverde & Delgado Agudelo, 2013)J. E. Pineda Esteves y C. R. Ramos Esquivel, Diseño de un sistema continuo de secado de maíz para la empresa agropecuaria campo verde, Callao, Perú, 2015R. J. Manrique Waldo, Estudio de Combustión de Pélet de Cisco de Café, Medellín, 2018K. Ogata, Ingeniería de control moderna, México: Pearson Education, 1998K. Ogata, Sistemas de control en tiempo discreto, México: Pearson Education, 1996Y. A. Cengel y A. J. Ghajar , Transferencia de calor y masa, México D.F.: McGrawHill, 2011Y. A. Cengel y J. M. Cimbala, Mecánica de fluidos: Fundamentos y aplicaciones, México D.F.: McGrawHill, 2012ÇENGEL, Y. A.; BOLES, M. A.: Thermodynamics: An Engineering Approach. Ed. McGraw-Hill: Boston, 7ta. ediciónWalter P. Kloster; Teoría de control moderno ARGENTINA: UNIVERSIDAD NACIONAL DEL MAR DEL PLATARIVERA, A.D.F.; JIMÉNEZ, F.M.R.; SANTAELLA, J.R.B.. et al., revista Matéria, v.25, n.3, 2020ALBA, J CAMILO, CALDERON J FERNANDO; IMPLEMENTACIÓN DE UNA ESTRATEGIA DE CONTROL PARA EL DOSIFICADO AUTOMÁTICO DE CISCO EN EL QUEMADOR DE UNA SECADORA DE CAFÉ ESTÁTICA,2020S. Van Loo y J. Koppejan, The Handbook of Biomass Combustion and Cofiring, First ed., London-Seterling, Virginia: EARTHSCAN, 2008ECN, «Phyllis: Datebase on composition of biomass and waste,» 2019. [En línea]. Available: https://phyllis.nl/. [Último acceso: 23 Octubre 2019].A. Friedl, E. Padouvas, H. Rotter y K. Varmuza, «Prediction of heating values of biomass fuel from elemental composition,» Analyttica Chimica Acta, vol. 544, pp. 191-198, 2005L. A. 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