re-ingenieria estructural de contenedor deshidratador solar
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UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA
VALPARAISO- CHILE
RE-INGENIERIA ESTRUCTURAL DE
CONTENEDOR DESHIDRATADOR SOLAR
TRABAJO DE TITULACION PARA OPTAR AL TITULO DE
INGENIERO CIVIL MECANICO
AUTOR:
PABLO IGNACIO MARTINEZ AHUMADA
PROFESOR GUIA: Mg.-Ing JAIME ESPINOZA SILVA
PROFESOR CORREFERENTE:
SR. RAFAEL MENA YANSENN
PROFESOR CORREFERENTE: Ing. RAFAEL MENA YANSSEN
VALPARAISO, 2018
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AGRADECIMIENTOS
En este trabajo quiero entregar mis agradecimientos, al Profesor Jaime Espinoza
Silva por hacernos formar parte a mí y a mi compañero de trabajo y amigo, Salomón
Gutiérrez, al Equipo de trabajo del Centro de Innovación Energética (CIE) de la
Universidad Técnica Federico Santa María, para trabajar en este proyecto, también
agradecer al Centro Hortofrutícola de Valparaíso,(Ceres) de la Pontificia Universidad
Católica de Valparaíso, con quienes en conjunto y después de algunos meses de trabajo,
logramos desarrollar y construir un nuevo modelo Contenedor Deshidratador Solar que
incorpora las mejoras de varios memoristas. Entre varios, agradecer el apoyo de Juan Vidal
quien se desempeño en la construcción del nuevo modelo y quien fue parte fundamental en
el desarrollo de los problemas de terreno. Agradecer también a los Ingenieros Mecánicos
que a través del tiempo desarrollaron sus trabajos de título y han sido referencia
fundamental en las tecnologías desarrolladas, entre ellos y en orden, Cristopher Prenzel,
Aldo Osorio, Nicolás Zambrano, José Astudillo, Salomón Gutiérrez y el Ingeniero Civil
Electrónico Jaime Orellana.
Agradecimientos al Departamento de Ingeniería Mecánica y sus profesores quienes,
a través de su formación, me han entregado los conocimientos necesarios en el área de la
Ingeniería, es decir, me han capacitado cognitiva y técnicamente para resolver variados
problemas que acontecen en el mundo laboral.
Mi agradecimiento y amor a Mamá, Papá, Hermanos, Abuelos que su apoyo lo
atesoro siempre en mi corazón, por alimentar mi amor por el aprendizaje, que me entrega
gran valoración y poder personal cada día.
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RESUMEN EJECUTIVO
Este trabajo se centra en la reingeniería realizada al Contenedor Deshidratador Solar (CDS)
desarrollado bajo la memoria de Aldo Osorio en el año 2015, uno de los innovadores
modelos de deshidratadores solares térmicos desarrollados por el CIE en la Universidad.
Estos tienen en común la tecnología de Techo Solar Activo (TSA) desarrollado por el Prof.
Jaime Espinoza S. el año 2012. Esta iniciativa de desarrollo surge a través de un proyecto
Conicyt del Centro Hortofrutícola de Valparaíso (CERES) de la Pontificia Universidad
Católica de Valparaíso (PUCV) con la colaboración del Centro de Innovación Energética
(CIE), de la USM. Esta propuesta buscó sistematizar la construcción del modelo usando
materiales de fácil acceso en el mercado actual y mejorando las funcionalidades y
capacidades del modelo anterior, con el fin de privilegiar agricultores locales.
El nuevo CDS incorpora cambios de materiales y dimensiones en su estructura, para reducir
costos y tiempos de fabricación. Permite una capacidad de unos 500 kg más que el prototipo
estudiado, es decir, de unos 1400 kg de materias primas, y con un factor de seguridad de 2.
Además realiza el control automático de operación y funciones de circulación regulando sus
procesos, en particular, las variaciones de temperatura y humedad.
Para obtener temperaturas estables en la cámara de secado día y noche, se agregaron
ventiladores de circulación, calefactores auxiliares y un acumulador inercial de calor.
Durante el día los ventiladores interiores homogeinizan la temperatura interior y facilitan la
carga del acumulador inercial con la temperatura interna de la cámara. Por otro lado en la
noche, los calefactores en conjunto con el acumulador cargado, mantienen una temperatura
que impide alcanzar valores de alta humedad y baja temperatura.
Los costos de materiales del CDS son de unos 7.400 USD, con un aumento de un 25%,
respecto al anterior, principalmente por los sistemas de control de humedad y temperatura,
y paneles de aislación, los cuales representan un 20%. La reingeniería estructural ha reducido
los costos de un 25% a un 8 % para este ítem, dejando de ser uno de los principales costos
que el CDS posee en la actualidad.
Para los nuevos diseños se propone cambio de materiales del TSA y pre armar estos equipos,
facilitando el transporte a distancia y la posibilidad de armado en el lugar de emplazamiento.
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ABSTRACT
Innovation on Solar Dehydrator models in UTFSM . These models have in common the
active solar roof technology (ASR) (Espinoza. J. 2012),and the model that was studied for reengineer
is the Solar Dehydrator Container( Osorio A. 2015). The study and reengineering was supported by
CONICYT Project of CERES the fruit and vegetables center from PUCV on colaboration of the
Energy Innovation Center(CIE) from the UTFSM. These improvements are intended to privilege
local farmers systematizing the construction of the model, using easy access materials in the current
market and improving the functionalities and capacities of the previous model.
The new CDS incorporates material and dimension changes in the base structure and the suction
damper-air receiver, in order to reduce costs and manufacturing times. The new model allows a
capacity of 1500 kg of raw materials to deshydrate, and a security factor of 2, in relation to the
previous. The new CDS performs automatic control of its ignition and circulation functions to
regulate its processes, in particular temperature and humidity variations.
In order to obtain stable temperatures in the drying chamber, circulation fans, auxiliary
heaters and an inertial heating accumulator were added. During the day the fans raise at least 10 °c
the indoor temperature, and the inertial accumulator is also charged with the internal temperature of
the chamber. At night, on the other hand, the heaters in conjunction with the charged accumulator,
regulate the low temperature to not reach critical points.
The costs of the CDS are about 4.8 million CLP, with an increase in the cost of 25% more
than the previous one. The conclusion for upcoming prototypes is the TSA material change study,
These represent a great commercial cost and look for an alternative, considerably decrease the total
cost of CDS. On the other hand, the preassembly, facilitates the remote sending and also the
possibility of assembling these equipment in any place, which represents an attempt that would
improve the quality of the services delivered significantly.
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INDICE
1. Estado del arte: Contenedores Deshidratadores Solares para Reingeniería. ...................... 7
1.1. Deshidratado, ¿qué es? y ¿para qué sirve? ..................................................................... 7
1.1.1. Como se efectúa el deshidratado solar. ................................................................. 7
1.1.2. ¿Como se realiza el deshidratado?........................................................................... 9
1.2. Techo Solar Activo (TSA). .............................................................................................. 10
1.3. El Contenedor Deshidratador Solar (CDS). ................................................................. 11
1.3.1. Sistemas de Calentamiento de aire. ....................................................................... 13
1.3.2. Cámara de Secado. .................................................................................................. 14
1.3.3. Succión de aire. ........................................................................................................ 15
1.3.4. Sistemas Eléctricos. ................................................................................................. 16
1.4. Materiales del CDS.......................................................................................................... 17
1.4.1. Componentes Estructurales.................................................................................... 17
1.4.2. Aislación y Cubierta. ............................................................................................... 17
1.5. Diseño, Construcción y Transporte del CDS. ............................................................... 18
2. Reingeniería del Container Deshidratador Solar. ................................................................ 19
2.1. Evaluación de componentes estructurales y resistencia para el CDS. ........................ 19
2.1.1. Estructura de Acero. ............................................................................................... 19
2.1.2. Aislación y Cubierta. ............................................................................................... 25
2.1.3. Dámper de Succión. ................................................................................................. 27
2.1.4. Puertas y otros. ........................................................................................................ 29
2.2. Evaluación de Materiales Opcionales. ........................................................................... 31
2.2.1. Damper de Succión de Aire .................................................................................... 31
2.2.2. Circulación de aire. ................................................................................................. 35
2.2.3. Sistema de Acumulación de calor inercial............................................................. 37
2.2.4. Dispositivos de control automático. ....................................................................... 39
2.2.5. Posicionamiento de materias primas. .................................................................... 41
2.3. Definición del nuevo CDS. .............................................................................................. 43
2.3.2. Estructura de Acero. ............................................................................................... 46
2.3.3. Instapaneles.............................................................................................................. 47
2.3.4. Cubierta.................................................................................................................... 49
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2.3.5. Damper de Succión. ................................................................................................. 49
2.3.6. Recirculación. .......................................................................................................... 51
2.3.7. Sistema de acumulación inercial de calor. ............................................................ 52
2.3.8. Terminaciones y accesos. ........................................................................................ 52
2.3.9. Capacidades y consumo. ......................................................................................... 53
2.3.10. Transporte................................................................................................................ 54
2.4. Análisis económico de la Reingeniería........................................................................... 55
2.4.1. Costos del nuevo modelo. ........................................................................................ 55
2.4.2. Análisis de los resultados. ....................................................................................... 59
2.5. Evaluación de preensamblaje del CDS para reducción costo de transporte. ............ 60
3. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 61
4. Referencias ............................................................................................................................... 63
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1. Estado del arte: Contenedores Deshidratadores Solares para
Reingeniería.
En este capítulo, se da a conocer el modelo dispuesto para realizar la reingeniería del
Contenedor Deshidratador Solar CDS, por lo cual primeramente se introduce al lector a los
conceptos básicos de Deshidratado Solar. También se explica el principio de Techo Solar
Activo TSA, ya que es a través de este principio de calentamiento de aire, que se llegó a los
modelos actuales de secadores solares. En esta primera parte se mostrará el modelo CDS en
detalle con sus características y procesos de construcción, para analizarlos críticamente y
luego incorporar nuevas mejoras en un nuevo modelo de CDS el cual será desarrollado mas
adelante en este texto.
1.1. Deshidratado, ¿qué es? y ¿para qué sirve?
La deshidratación consiste en retirar el contenido de agua o humedad, que contienen los
tejidos de un producto, con esto se busca que el producto quede con características de fácil
manejo, conservación y utilización. Según estudios la deshidratación ayuda a la conservación de
los alimentos, ya que muchas bacterias no pueden desarrollarse en condiciones de ausencia de
agua y por lo tanto esto evita que en los alimentos proliferen microorganismos y no se pudran.
Es posible deshidratar una gran variedad de frutas, de verduras, de carnes, de pescados etc., y así
lograr que puedan conservarse de manera natural por muchos meses.
1.1.1. Como se efectúa el deshidratado solar.
Existen muchos procesos para retirar la humedad de las materias primas. En
realidad, es posible emplear cualquier fuente energética para producir las condiciones
necesarias para la deshidratación. Entre muchas fuentes existentes en la
Agroindustria, la energía solar es ideal para esta tarea, ya que es a bajo costo y es
posible trabajar con ella en un rango de temperaturas muy adecuado para la
deshidratación y con un buen rendimiento.
La deshidratación por calor y también por energía solar, consiste básicamente
en posicionar el producto a deshidratar en un ambiente que favorezca la reducción
de la humedad interna de los productos.
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Los productos tienden a establecer una relación de equilibrio entre su humedad interna
y la del ambiente que les rodea. Si el ambiente es los suficientemente cálido y seco, el
producto tiende a perder su humedad interna hasta el punto en que no es posible recuperarla
totalmente, aunque se encuentre en un ambiente húmedo. Por tanto, las condiciones ideales
para lograr la deshidratación son una masa de aire que envuelva al producto con una
temperatura controlada dependiendo del producto y una humedad relativa baja para evitar la
proliferación de bacterias.
Imagen 1.0. 1-El aire en condiciones ambientales entra con una humedad relativa media en el
colector. El calor proporcionado por el sol calienta las planchas de acero del colector y hace que la
temperatura del aire en su interior suba y por ende le da la capacidad de contener más humedad.
Como no hay aporte externo de humedad, la humedad relativa baja. 2- El aire caliente y con baja
humedad relativa proveniente del colector solar, se impulsa hacia los productos para evaporar el
agua que contienen. El aire cálido y seco absorbe con facilidad la humedad que ha soltado el
producto y en el proceso aumenta su humedad relativa bajando su temperatura. Por último, el aire
aún cálido y más húmedo sale del deshidratador a la atmósfera. (Sitio Solar-Deshidratadores solares-
2018).
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1.1.2. ¿Cómo se realiza el deshidratado?
Para definir como se realiza la tarea de deshidratado debemos conocer los sistemas que
componen este proceso, es decir, las partes básicas para el funcionamiento de un
deshidratador solar.
Los deshidratadores solares cuentan todos con sistema esenciales para que su
funcionamiento sea eficaz. La forma y ubicación de cada uno de estos sistemas es distinta en
función del modelo en cuestión. En algunos modelos varios de los sistemas pueden estar
ubicados en un mismo sitio, ser lo mismo o no existir delimitaciones claras entre ellos. Los
sistemas fundamentales son:
Sistema de captación. Es el área que recibe la radiación solar y la transforma en calor,
con el cual se van a deshidratar los productos.
Sistema o cámara de secado. Donde se encuentra el o los productos a deshidratar.
Área de evacuación de la humedad. Lugar donde el aire cargado de humedad escapa a la
atmosfera.
Sistema de recirculación del aire. La recirculación de aire en torno al producto a
deshidratar es muy importante, ya que evacua la humedad ya extraída manteniendo un
ambiente seco, lo que acelera la deshidratación. Atendiendo a la técnica que se emplee
para mover el aire existen dos sistemas:
➢ Circulación natural por convección: Se trata del movimiento natural de
ascensión del aire caliente. El aire al calentarse disminuye su densidad y tiende
a ascender sobre el medio más denso. Este fenómeno es llamado convección.
En los deshidratadores solares se utilizan este movimiento natural del aire para
hacerlo pasar por donde se encuentra el producto a deshidratar y
posteriormente sacarlo del sistema. La salida del aire crea una depresión que
provoca que el aire fresco del exterior entre en el sistema y sea de nuevo
calentado reciclando el proceso. Mientras exista aporte de calor solar la
circulación por convección se mantiene. Esta técnica es adecuada para
pequeños sistemas de deshidratación natural. La ventaja es que no tiene
ningún costo y la desventaja que en deshidratadores de estructuras complejas
la fuerza del movimiento del aire puede resultar insuficiente para alcanzar un
nivel de renovación del ambiente adecuado.
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➢ Circulación forzada: Empleando medios eléctricos como un extractor o un
ventilador se puede forzar el movimiento del aire. Este sistema es adecuado
para sistemas más grandes y complejos. Tiene el inconveniente de que
requiere un aporte externo de energía, aunque si se emplean paneles
fotovoltaicos, toda la energía del sistema podría provenir del sol.
1.2. Techo Solar Activo (TSA).
El desarrollo del Techo Solar Activo nace de la necesidad de precalentar el aire para su
utilización en procesos industriales o domésticos. Este principio consiste en aumentar la
temperatura del aire circulante a través del aprovechamiento de la radiación solar diaria. El TSA
opera con paneles aislados acanalados de color negro donde en sus superficies, estos aumentan
la energía interna y temperatura a través de la radiación solar que incide directamente sobre su
superficie. (PRENZEL, 2014) La energía absorbida es transferida mediante convección forzada
al fluido(aire), es decir, con la ayuda de un ventilador que lo impulsa hacia las cámaras de secado.
El aire con la ayuda de este equipo circula uniformemente a través de la superficie colectora. Los
techos activos se construyen en base a dos partes: una superficie traslúcida, en este caso, una
plancha de policarbonato alveolar delgada que cumple esta función, también el techo se compone
de una superficie absorbente de la radiación, para lo cual se utiliza un panel aislante compuesto
por una plancha trapezoidal de acero de color negro en la parte superior, un aislante de
poliuretano de alta densidad en el interior y por abajo posee una plancha de acero lisa para cerrar.
Este conjunto se conoce como Instapanel o Purpanel según las empresas fabricantes entre otros
nombres.
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Imagen 1.1: En la imagen se muestra el funcionamiento del Techo Solar Activo (TSA). El aire temperatura
ambiente es el fluido que ingresa por el surco formado entre el panel aislado y el policarbonato alveolar,
el panel realiza el intercambio con el fluido y con esto aumenta la temperatura en el fluido para su
posterior utilización en otro proceso (ESPINOZA, 2016).
Para que el aire incremente su temperatura a través del techo activó, la radiación incide sobre
la plancha de policarbonato la cual posee una transmisividad de un 76%-80% que luego incide
en la superficie metálica negra del panel aislante la cual incrementa considerablemente su
temperatura generando así un efecto invernadero entre el policarbonato y el panel. El panel
cuenta con un aislante térmico de poliuretano el cual reduce las pérdidas de calor por la parte
posterior del panel aislado. Entre el panel y el policarbonato se conforma una cámara por donde
el fluido circula y mediante la convección forzada realizada por un ventilador, el fluido
incrementa su temperatura por la interacción con la superficie negra. La velocidad de circulación
del aire debe ser de 2 a 4 [m/s] y es baja debido a que altas velocidades reducen el aumento de
temperatura del aire. La gran importancia de este sistema es el bajo costo de precalentamiento
de aire, lo cual permite jugar con esta tecnología y aplicarla en muchas otras funcionalidades,
como también contribuir en gran medida al desarrollo de futuros deshidratadores.
1.3. El Contenedor Deshidratador Solar (CDS).
Una de las aplicaciones donde el Techo Solar Activo ha sido de gran importancia es el CDS,
el cual no posee colectores indirectos de fluido y ha sido creado para sustentar las necesidades
del agricultor de la zona en el ámbito de los frutos deshidratados. La observación y estudio se
centra en las mejoras realizadas a este modelo.
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Este equipo se ha creado para volúmenes medianamente grandes de un 1200 kg de fruta., y tiene
la función de extraer el agua a un gran porcentaje para generar como producto el fruto seco el
cual se empaca y comercializa. Este equipo consta de un Techo Solar Activo, es decir, sin
colectores de aire caliente indirectos, sino que dispuestos en sus paredes y techo. Además, consta
de una cámara de secado donde se envía el aire caliente para secar los frutos a través de un
ventilador. La recepción del aire se realiza a través bocatomas de hojalata en el final de los ductos
formados por el TSA, estos dirigen el aire caliente al ventilador para luego impulsarlo hacia el
interior.
En términos de diseño el CDS, ha sido una adaptación de los deshidratadores más pequeños
con la tecnología de TSA y ha sido construido con el fin de aumentar la capacidad de producto
cubriendo las necesidades de productores minoristas. Este equipo tiene encendido automático
para sus funciones y posee luces y un calefactor eléctrico para evitar la caída de temperatura en
horas de la noche.
Imagen 1.2: Modelo en Solid Work 3D de la vista Isométrica Frontal del Deshidratador, donde
se aprecian sus bandejas con materias primas para el posterior secado (OSORIO, 2015).
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Imagen 1.3: Modelo en Solid Work en 3d de la vista isométrica trasera donde se aprecia la
cámara de succión (OSORIO, 2015).
Las características y capacidades generales son:
● El área del colector solar (techo activo) es de 3 secciones de 10 [ m2] cada
una.
● Capacidad máxima de 60 bandejas enlozadas de 800x800 (mm2)
● Dimensiones cámara de secado: ancho 2,1 [m], alto 2,2 [m], largo 5,3
[m].
● Peso estimado: módulo deshidratador solar 950 [kg].
● Consumo eléctrico ventilador 340 [Watt].
● Consumo eléctrico red domiciliaria 220 [V] 50 [Hz].
1.3.1. Sistemas de Calentamiento de aire.
Entre las características más importantes, este deshidratador posee el Techo Solar Activo
(TSA), el cual permite incrementar la temperatura del aire circulante hacia el interior. Este
aire seco es fundamental ya que permite secar una diversidad de productos. Los paneles se
exponen a radiación solar directa para aumentar la temperatura interior en un intervalo
aproximado de entre 10-30 grados Celsius por sobre la temperatura ambiente.
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Imagen 1.4. Sistema de calentamiento de aire: El aire ingresa a la cámara debido a la
succión del ventilador, este aire viene precalentado por la labor del Techo activo (OSORIO,
2015).
También en este modelo se utiliza un calefactor auxiliar el cual ayuda al brusco cambio de
temperaturas que ocurre habitualmente en horas de madrugada y/o en horas de la noche.
1.3.2. Cámara de Secado.
En esta cámara se realiza el proceso de secado y está aislada térmicamente para mantener
constantes las condiciones interiores de temperatura y evitar variaciones significativas
perjudiciales para las materias primas dispuestas en su interior. Esta cámara elimina el aire
húmedo acumulado por peso en la parte inferior a través de una plancha de celosía ubicada
en la parte baja de las puertas, la cual evita que el aire en el interior llegue al punto de rocío
sobre los productos, esto evita la proliferación de hongos en las frutas y hortalizas.
Imagen 1.5: Cámara de secado, vista exterior y vista interior (OSORIO, 2015).
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Dentro de la cámara se dispone de un sistema de rieles en el cual se posicionan bandejas
donde se deposita el producto para ser secado y además estos rieles deben facilitar el retiro
del producto de forma simple. También existen carros donde posicionar otro tipo de frutos
como las nueces y las almendras, es por esto que es de importancia el fácil retiro de las
bandejas. En su interior esta cámara consta de iluminación para evaluar la etapa de secado
en que se encuentra cada fruta u hortaliza.
Imagen 1.6: Bandejas dispuestas en cámara de secado, Solid Work 3D (OSORIO, 2015).
1.3.3. Succión de aire.
El sistema de succión del CDS consiste en un ventilador de 220 [V] de bajo consumo,
alrededor de los 450 [W] el cual toma aire del techo activo a velocidad de 3-5 [m/s] , para
luego impulsarlo hacia el interior y deshidratar los productos, para mover la masa de aire
necesaria para el secado, el equipo ventilador posee caudales máximos entre los 5.000 y
6.000 [m3/h].
El sistema de succión de aire está diseñado para soportar temperaturas entre los 60°-65°
Celsius y también su caudal está calculado para soportar las pérdidas de carga generadas por
la resistencia al paso del aire entre bandejas, paso productos y colectores. El equipo
ventilador es axial y trabaja a una presión permisible de 100 [Pa], el cual dirige el aire hacia
el interior con la ayuda de un sistema de tuberías o ductos, que reciben el aire proveniente
del techo activo y luego este, pasa a través del ventilador y se envía al interior de la cámara
de secado.
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Imagen 1.7. Disposición del sistema de succión de aire donde el ventilador capta aire
precalentado del techo activo con la ayuda de las bocatomas de succión- Solid Work 3D
(OSORIO, 2015).
1.3.4. Sistemas Eléctricos.
El CDS posee encendido y apagado automático para sus funciones y cuenta con
ventiladores y calefactores en su interior, también posee interruptores, luces para la
iluminación interior y también un panel de control para sus funciones.Resumiendo:
● Equipo Ventilador.
● Calefactor Eléctrico.
● Sistema de Protección eléctrico.
● Interruptor automático.
● Enchufes Internos.
● Iluminación Interna.
● Sistema de encendido y apagado automático (Timer).
● Enchufes externos de fácil conexión y resistentes al agua.
● Panel de control.
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1.4. Materiales del CDS
1.4.1. Componentes Estructurales.
La estructura base para el deshidratador ha sido construida de Metalcon, este material
es utilizado en aplicaciones constructivas como tabiques divisorios y construcción de cielos.
La ventaja de este material es su resistencia a la corrosión, su bajo peso y que además posee
una alta disponibilidad comercial. La variedad de perfiles permitio generar ensambles que
conforman vigas, las cuales formaran la estructura base del deshidratador.
Imagen 1.9. Estructura del DS1, hecha en base a perfiles compuestos de acero Metalcon
Fuente Foto:Aldo Osorio
Las puertas del equipo están compuestas de un marco de aluminio y una lámina de
acero galvanizado como celosía para permitir la evacuación del aire de la cámara de secado
y además ser livianas para facilitar su manipulación. El conjunto incorpora un sistema de
cierre de porta candados y picaportes para evitar su fácil acceso y proteger el producto.
1.4.2. Aislación y Cubierta.
Para que la cámara de secado quede aislada térmicamente del exterior, esta es revestida
con paneles aislados. Estos paneles son acanalados para el techo y las paredes laterales para
formar los ductos de succión del aire caliente del TSA, en cambio, en el piso y las paredes
interiores se utilizan paneles rectos.
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Los Instapaneles utilizados están conformados de un núcleo de poliuretano de alta
densidad el cual se recubre con dos planchas metálicas simétricas (espesor:0.4 [mm]) en el
caso de piso e interiores y acanalados la plancha exterior en el caso de las paredes y techo.
Imagen 1.14. Instalación de Instapaneles en DS1. Piso, techo y laterales.Fuente: Aldo
Osorio.
1.5. Diseño, Construcción y Transporte del CDS.
El diseño del CDS desarrolla varias características, es unimodular, es decir que todo se
realiza en el mismo equipo, sin colectores indirectos para la captación. Esta diseñado para
soportar las cargas solicitadas y además disponer de un gran volumen útil para materias primas.
Este diseño es resistente a ambientes hostiles debido a su fuerte estructura y por lo tanto entrega
facilidades para el transporte, en el caso de lugares cercanos, puede transportarse y levantarse a
través de una Grúa horquilla y en otros casos en barco o en forma de container en la parte trasera
de un camión.
Imagen 1.8. Deshidratador montado para despacho a San Esteban. Fuente: Aldo Osorio.
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2. Reingeniería del Container Deshidratador Solar.
LA EVALUACION
La primera parte donde se enfoca la reingeniería es en disminuir los costos a través de cambios
en los materiales de construcción, realizando ajustes en las especificaciones, evitando siempre
disminuir la calidad y resistencia de los elementos a las solicitaciones del equipo. La segunda parte
del proceso se centra en la optimización de los sistemas utilizados para el secado de fruta, como la
impulsión de aire a través del ventilador, la recepción del fluido proveniente del techo solar activo,
así como también los sistemas inerciales de acumulación de calor y los sistemas de control del
equipo.
2.1. Evaluación de componentes estructurales y resistencia para el CDS.
En esta primera parte se busca mejorar las opciones de componentes estructurales del CDS,
por ejemplo, la estructura de acero, la estructura del damper de succión y también analizar la
cubierta que este posee. Se aplican cambios a cada uno de estos componentes, con el fin de
mejorar las características y ergonomía del conjunto y que a la vez soporte de manera correcta
las cargas solicitadas. Con esto se busca reducir los costos globales manteniendo los
requerimientos y mejorando la funcionalidad.
2.1.1. Estructura de Acero.
En los modelos anteriores se usó el Metalcon como alternativa para construir la
estructura de acero del deshidratador, si bien esto contribuía a que la estructura tuviera un
bajo peso, los costos asociados al Metalcom son muy elevados ya que su formato es pequeño
y para obtener las dimensiones deseadas para cada perfil, sería necesario utilizar varias barras
de Metalcom para conformarlos. En el modelo anterior, para entregar la estabilidad necesaria
a la estructura era necesario realizar esta labor que por cierto ocupaba mucho tiempo de
construcción.
En otro de los modelos construidos, se utilizaron perfiles cuadrados de acero de
alrededor de diez centímetros de lado, los cuales son bastante grandes y elevan
considerablemente el peso de la estructura, la ventaja de estos es la gran estabilidad que
entregan y facilidad de construcción en relación al Metalcon, es decir, sin tener la necesidad
de conformar perfiles compuestos para sustentar la resistencia requerida por la estructura. La
desventaja es que estos perfiles de elevadas dimensiones es que como se menciona
anteriormente son demasiado robustos y por ende costosos.
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A través de lo anterior la discusión en la práctica se centró en atacar todos estos puntos
de manera equilibrada, por lo que se buscó un perfil de acero simple para la construcción,
que no requiera el uso de varios perfiles para su composición, que sea de bajo costo, que no
posea un peso elevado pero que finalmente pueda soportar las cargas a las cuales se encuentra
sometido CDS.
El área de los perfiles fue reducida en un 84% y su disminución hizo que la alternativa
fueran perfiles cuadrados de 40x40x3 [mm] para conformar la estructura de acero. Para el
piso, paredes y techo se utilizaron vigas de perfil cuadrado 40x40x3[mm], y para utilizar
montacargas, en la parte inferior, se dispusieron cuatro perfiles rectangulares de dimensiones
150x50x2 [mm], de modo que la pluma de la grúa horquilla ingresa en el perfil rectangular
de las barras y así levanta el CDS para su transporte. Estos perfiles se encuentran espaciados
uno de otro a una distancia de 880 [mm]. Es importante destacar que, desde el punto de vista
estructural, los perfiles rectangulares para el transporte en la parte inferior hacen que el CDS
aumente su peso, pero a la vez sea mucho más estable ante diferentes cargas.
Imagen2.1. Estructura de acero CDS, en construcción.
También otro ajuste de gran importancia fue cambiar las dimensiones generales de la
estructura ya que debían adaptarse al ancho de los paneles aislados, el cual viene dado de
fábrica. Al no hacer esta consideración, se requiere modificar los paneles para su instalación,
es decir, se deben cortar a lo largo y esto ofrece poca precisión en el cortado ya que no se
tienen a disposición elementos de corte que presenten la precisión necesaria para esta tarea,
lo que traería problemas de ajuste en la instalación.
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ANALISIS ESTRUCTURAL
Luego de la serie de cambios realizados, se realizó un estudio de la resistencia del
enrejado de acero, pues será el esqueleto del CDS, dara soporte a todas las estructuras
presentes en el equipo y a el se enlazará la grúa para realizar los transportes.
Mediante esta modelación realizada en el Software Autodesk Inventor 2019 de la situación
de carga a la cual la estructura está sometida, se verifico que las suposiciones estructurales
son acertadas. El factor de seguridad para los diferentes casos es cercano a 2 por lo cual la
disminución de las dimensiones de los perfiles es acertada, es decir, es estable para las cargas
solicitadas. A continuación, una descripción de lo realizado.
MODELACION
El análisis consiste en la generación de una malla la cual es propuesta por el software,
debido a que las secciones de los perfiles metálicos comerciales no son infinitesimalmente
compatibles. Es por ello que los elementos finitos difieren en volumen entre sí, entregando
mayores detalles en la sección en cuya geometría, existen curvaturas producto del forjado de
perfiles. Una de las consideraciones al modelo estructural, fue no incluir soldaduras como
elemento de sujeción y restringir los perfiles como elemento sólido, debido a la irregularidad
de las ranuras generadas por ellos (complicaciones de parte del software leer los datos), es
por esto que los esfuerzos generados por el software están calculados en base a secciones
transversales menores a las experimentales, lo que se traduce a una reducción de los
esfuerzos obtenidos y un aumento en el factor de seguridad crítico.
La determinación de la malla permite obtener la tensión máxima en base al teorema de Von
Misses, cuya magnitud es proporcional a la energía de distorsión. La utilidad de la teoría en
estos casos funciona como excelente indicador de un buen diseño para materiales dúctiles
dentro del contexto de las teorías de fallo y se rije por las siguientes ecuaciones respecto a
vigas:
22
Teoría de esfuerzos principales de Von Mises.
Ecuación 1: Tensiones principales en base a tensores de tensión dentro de los planos
componentes de la estructura a analizar.
De las ecuaciones anteriormente mostradas se reduce a que la tensión de Von Mises se
obtiene mediante la siguiente relación
Ecuación 2: Esfuerzo máximo de Von Mises reducido.
Imagen 2.2 Vista en detalle de Malla isométrica CDS-2 (GUTIERREZ, 2018).
SITUACIONES DE CARGA
Existen dos situaciones de carga a la cual se expone el deshidratador CDS, teniendo como caso
más desfavorable desde el punto de vista de esfuerzos de trabajo, la situación de elevación
desde la base donde los apoyos son 2 perfiles rectangulares ubicados en el centro del
deshidratador, cuyas dimensiones son 150X50 mm2 para cada uno. La segunda solicitación de
trabajo es cuando la totalidad de la base está apoyada en el piso y corresponde a la situación
de operación mientras el proceso de deshidratado se encuentra en curso.
23
ELEVACION:
La situación más desfavorable ocurre cuando existen únicamente dos apoyos en la
estructura metálica principal de acero al carbono, aplicando una presión de 429 [kgf]
(junto al propio peso de la estructura) correspondientes al peso total de los Instapaneles
en presencia además de las planchas de policarbonato alveolar en la cara superior del
esqueleto. La simulación no considera el factor de estabilidad aplicado por los
Instapaneles, debido a que más del 90% de su composición volumétrica, lo compone
una espuma de poliestireno de baja densidad, considerándolo despreciable para efectos
de la simulación de estabilidad.
➢ Factor de seguridad crítico. El factor de seguridad asociado a las cargas
presentes en la situación analizada corresponde a 3,33.
Imagen MoImagen 2.3. Modelación 1.Coeficiente de seguridad máximo CDS-2.
Situación A. (GUTIERREZ, 2018)
➢ Es necesario mencionar que este factor fue calculado en base al esfuerzo de
fluencia máximo del acero al carbono, según la biblioteca de contenidos del
software (350 [MPa]). Para implementar el modelo en Chile, es necesario
regirse por los esfuerzos de fluencia máximos de perfiles de acero estructural
comercial (ASTM-500) cuya resistencia a la fluencia es del orden de los 232
[MPa]. Esto nos condiciona a trabajar bajo esos estándares de operación
obteniendo como nuevo factor de seguridad crítico, un valor de 2,21.
24
OPERACION
La situación de solicitaciones de esfuerzo bajo la cual el contenedor está operando la
mayor cantidad de tiempo, corresponde a la situación en que la base de perfiles
150x50, se encuentran en total contacto en su cara más alejada de la cámara de secado,
generando 4 apoyos que soportan tanto la carga de frutas, como el peso del DS2. La
máxima carga soportada para deshidratar corresponde a 1800 [kg] de fruta, soportados
en el centro de la cámara de secado, generando una distribución de presión como
muestran las siguientes simulaciones. Se consideró, además, al igual que en la
situación más desfavorable, el peso de los Instapaneles aplicado sobre la superficie del
techo como parte de las solicitaciones más importantes.
➢ Factor de seguridad Crítico: El factor de seguridad asociado a las cargas
presentes en la situación analizada, corresponde a 3,44. Es necesario
mencionar que este factor fue calculado en base al esfuerzo de fluencia
máximo del acero al carbono, según la biblioteca de contenidos del software
(350 [MPa]). Para implementar el modelo en Chile, es necesario regirse por
los esfuerzos de fluencia máximos de perfiles de acero estructural comercial
(ASTM-500) cuya resistencia a la fluencia es del orden de los 232 [MPa]. Esto
nos condiciona a trabajar bajo esos estándares de operación obteniendo como
nuevo factor de seguridad crítico, un valor de 2,28.
Imagen 2.4. Modelación 1: Coeficiente de seguridad critico DS2. Situación B
(GUTIERREZ, 2018).
Para efectos visuales y mayor compresión, dentro de la modelación de ambas
situaciones, se consideró proyectar sobre la gráfica, tanto la situación al aplicar
esfuerzos sobre la estructura (simbología según colores) como la situación
previa a la aplicación de esfuerzos (líneas grises). El estado final luego de
aplicar las cargas sobre la estructura ha sido exagerado con el objetivo de
visualizar el comportamiento de las deflexiones a escala milimétrica,
25
generando curvas pronunciadas y exageradas de acuerdo al comportamiento
estático de las vigas.
2.1.2. Aislación y Cubierta.
Se usarán los mismos modelos anteriores de Instapanel con diferencias en el color de
la cubierta interna de algunos y también algunas modificaciones en las dimensiones
generales a pedido, para facilitar la construcción y ensamblaje. En modelos anteriores se
utilizó la capa interna del panel de color blanco, por cuestiones de apariencia y limpieza en
el interior del deshidratador. Ahora en este nuevo modelo, será del mismo color blanco para
las paredes laterales, pero en el caso de la pared donde estará posicionado el ventilador, esta
será de color negro.
Imagen 2.5. Paneles aislados exteriores instalados.
En el caso de las paredes laterales y techo se utilizarán acanalados para conformar el TSA y
para el piso y paredes interiores paneles rectos. La disposición de los paneles y sus
respectivos detalles, esta explicita en los planos adjuntos.
26
Imagen 2.6. Instalación de paneles aislados.
Para sellar el Instapanel y constituir la cubierta del deshidratador, se utilizará al igual
que en modelos anteriores el policarbonato alveolar de 4 [mm] de espesor, el cual es una
plancha traslúcida hecha de pequeñas cámaras de aire o alvéolos, que transmiten un 80 % de
la luz natural que pasa a través de ellos.
Imagen 2.7. Instalación de paneles aislados.
Si se desea bajar los costos globales del deshidratador, la mayor influencia se encuentra
en este ítem actualmente, ya que los paneles aislados poseen un elevado costo, por lo cual
estudiar mas en detalle su transmisividad y sus propiedades, ayudaría a encontrar una
alternativa baja en costo y que cumpla con los requerimientos de aislación que tiene el equipo
y no nos limite en nuestro dimensionamiento.
27
2.1.3. Dámper de Succión.
En modelos anteriores la cámara de succión fue construida en base a ductos de acero-
hojalata los cuales llevaban el aire hacia el interior del deshidratador, estos ductos se juntaban
con dos cilindros concéntricos del mismo material, los cuales formaban una cámara al centro.
En estos cilindros se encontraría posicionado el ventilador, succionando el aire calentado por
el techo activo e impulsándolo hacia el interior.
Este sistema ofrece facilidades en la rapidez de construcción, debido a que estos
componentes son enviados a pedido desde su punto de venta y solo requieren la instalación
respectiva para su aplicación. Por otra parte, estos componentes suelen ser costosos, ya que
se deben cotizar y encargar previamente y eso aumenta los tiempos de espera.
Imagen 2.8. Damper de Succión fijado al esqueleto del DS2. Fuente: Pablo Martinez.
Para disminuir el precio de la construcción de ductos se optó por diseñar una estructura
de acero forrada herméticamente con planchas de acero de bajo espesor, la cual posee dos
campanas de admisión de aire con puerta respectivamente. Esta estructura realiza la misma
función que los ductos, pero entrega facilidad de construcción y rapidez en la compra de
materiales, sin necesidad de comprar piezas en Hojalaterías. Para su construcción se
utilizarán perfiles de acero de dimensiones 20x20x1.5 [mm] para la estructura y forrada con
planchas de hojalata de espesor 0.8[mm].
28
Imagen2.9. Modelación 3D Damper de succión de aire.. Fuente Pablo Martinez.
Imagen 2.10. Esqueleto Damper de Succión. Fuente: Juan Vidal.
Este Damper también alberga los componentes eléctricos del CDS como fuentes de
poder y dispositivos de control. Para aislar estos componentes se usan planchas de Aislapol
posicionadas en los espacios entre los perfiles de acero y las planchas de acero que separan
los compartimientos de esta y que recubren herméticamente la estructura del Damper.
Además, el Aislapol también fue utilizado para recubrir el Actuador lineal de las
temperaturas presentes en la cámara de succión, estas temperaturas pueden llegar a rondar
los 70° Celsius y este material protegerá el actuador de estas temperaturas, así como los otros
componentes electrónicos.
29
En este rediseño no fue necesario la incorporación de un análisis de elementos finitos, ya que
las cargas son despreciables, pues esta fijada al piso y solo soporta algunos componentes
despreciables en peso en relación a la estructura.
Imagen 2.11. Aislación de Aislapol del Damper de Succión del CDS.
2.1.4. Puertas.
PUERTAS Y ACCESOS
Primero desde atrás hacia la parte frontal, tenemos la cámara de succión, la cual debe estar
aislada del exterior para evitar que se disipe energía útil y evitar que sus componentes tengan
contacto con agentes ambientales que promuevan su deterioro. El Damper de succión tiene
un acceso trasero el cual permite la manipulación de los componentes electrónicos y también
realizar el mantenimiento de manera adecuada a los componentes.
El cerrado del Damper se compone de dos puertas donde una de ellas da acceso al ventilador
o actuadores, y la otra es la que da acceso desde el exterior, aislando todos los
compartimientos de la cámara. La que cierra el acceso al ventilador está hecha de Instapanel
con terminaciones en acero y atornillada al esqueleto de la cámara de succión. La segunda
puerta, la de acceso trasero también es de Instapanel y dándole terminaciones con ángulos
de acero para otorgar rigidez, pomeles y portacandado. Estas opciones son simples y poseen
la aislación necesaria para los componentes.
30
Imagen 2.12. En blanco la puerta para acceso al ventilador atornillada al marco del
Damper de succión y debajo, los componentes electrónicos del damper. Fuente: Pablo
Martinez
Imagen 2.13. Puerta trasera DS2. Limita el acceso trasero con un portacandado y esta
confeccionada de Instapaneles rectos y ángulos doblados. Fuente: Pablo Martinez.
La puerta frontal del deshidratador se conforma por una estructura de acero de perfiles
rectangulares y forrada con una plancha de acero de bajo espesor. También la puerta posee
dos cerrojos, uno que va conectado al piso y el otro que cierra y une ambas puertas para
cerrar el deshidratador. Estas puertas son de gran importancia en la reducción de humedad
interior y es por esto que la plancha a encargar es con oblongas o celosías para que la
humedad escape a través de ella.
31
Imagen 2.14. Puerta Frontal Deshidratador con cerrojos. Dos planchas con perforación de
tipo oblongas para disminución de la humedad relativa al interior. Fuente: Pablo Martinez.
Para controlar la humedad, esta plancha posee ranuras llamadas oblongas en toda su
mitad inferior, lo que permite que escape el aire con mayor densidad en la parte inferior del
contenedor y así regular la humedad de este.
.
2.2. Evaluación de Materiales Opcionales.
Evaluar los materiales de construcción en cada una de las áreas del deshidratador es de lo
más importante para la reducción costos, ya que debemos buscar entre nuestras fuentes para
encontrar los materiales más convenientes del mercado que permitan desarrollar las
funcionalidades del Equipo. Para esto se evaluaron algunas alternativas para desarrollar los
sistemas y se eligió la mejor opción en base a costos de materiales, tiempos de espera etc. En
este capítulo se verá un recorrido por los sistemas del CDS y que materiales fueron utilizados
para desarrollar sus funcionalidades.
2.2.1. Damper de Succión de Aire
La cámara de succión es uno de los componentes de principal importancia en el
deshidratador, ya que es sistema que realiza el ingreso de aire desde el exterior hacia el
interior del equipo. Su funcionamiento está previamente definido en el modelo anterior, y
consta de tres ductos de hojalata tipo campanas, que conducen el aire hacia el ventilador,
32
además, posee una admisión de aire manual, lo que significa que un operario debe abrir y
cerrar las puertas laterales de la cámara a ciertas horas del día, con el fin de regular desde
que lado del techo activo ingresa el aire con mayor temperatura para utilización.
Imagen 2.15. Damper de Succión. Modelo 3D Autodesk Inventor de disposición de
componentes y estructuras. Diseño: Pablo Martinez.
En la imagen anterior se muestra el nuevo Damper de Succión y sus componentes. Las
puertas de admisión de aire son fijadas con un Cilindro-pistón ó Actuador lineal, el cual, abre
las puertas laterales de la cámara alternadamente de acuerdo al lugar con mayor temperatura
en el TSA. Este sistema es accionado por un dispositivo PLC, que controla las funciones del
Damper y utiliza la lectura de dos sensores de temperatura, en cada una de las caras laterales
de la admisión de aire, y uno de humedad en el interior del contenedor que regulan según la
apertura de puertas del damper de mañana y tarde donde exista una mayor temperatura.
Esta alternativa resulto de la necesidad de encontrar piezas de fácil acceso en el
mercado, con el fin de a futuro, sistematizar la producción de estos modelos. La solución
anterior a este problema requería piezas de repuesto de otros componentes, que además de
estar modificadas para su utilización en esta aplicación, dificultaban la producción en serie
de esta propuesta.
33
Imagen 2.16. Puertas selectoras de flujo, funcionamiento (VILLALON, 2018).
Algunas de estas piezas para la apertura de puertas fueron, por ejemplo, partes de
bicicleta, cadenas y elementos accionados por un motor. El motor cotizado era el motor de
un limpiaparabrisas, el cual, ayudaría a accionar otros elementos para la apertura de puertas.
No obstante, al momento de cotizar estos elementos, resultaron ser bastante costoso y
difíciles de conseguir en serie lo cual dificulta la construcción y aumenta los tiempos de
espera.
Estas alternativas no fueron aceptadas ya que carecían de simpleza y postergaron
mucho el término de la cámara de succión. De acuerdo a lo anterior, se encontró un modelo
de Cilindro-pistón apto para las funciones y con gran simpleza, ya que solo necesita ser
energizado para funcionar, además que es un elemento estándar de fácil acceso en el mercado
por lo tanto su elección solo se basó en el costo que por cierto estaba dentro de los márgenes
permisibles.
34
Imagen 2.17. Sistema de apertura de puertas “A”, con piñón de bicicleta cortado,
cadenas, resortes y un rotor de limpia parabrisas para realizar la rotación y la respectiva
apertura alternada de puertas. Diseño: Pablo Martinez.
En la imagen anterior se muestra la vista superior del funcionamiento del sistema de
apertura de puertas de admisión de aire, donde el piñón de bicicleta cortado a la mitad guía
la cadena que, conectada a cada una de las puertas, abre alternadamente cada una de ellas
con la ayuda del giro que otorga el motor del limpiaparabrisas, es decir, mantiene una cerrada
y la otra abierta y cambia de posición al ángulo mostrado en la figura. Si bien este sistema
cumple los requerimientos, se hace muy difícil conseguir las piezas para su configuración en
el caso de una producción en serie como se menciona anteriormente.
Imagen 2.18. Sistema de apertura de puertas con Actuador lineal y barra solidaria.
Diseño: Pablo Martinez.
35
En la imagen anterior se muestra la vista superior del funcionamiento del actuador
lineal, el cual unido a una de las puertas de admisión, ejerce movimiento sobre esta para
abrirla. Para que ambas puertas funcionen abiertas-cerrada alternadamente, estas se unen
mediante una barra curva fijada en sus extremos a cada una de las puertas, la cual permite
realizar este movimiento solidario. El actuador lineal funciona con energía eléctrica y
accionado mediante un dispositivo PLC, que controla su carrera. Este sistema PLC-Actuador
es el encargado de realizar la labor y lo hace de forma mucho más fácil en comparación al
sistema anterior, razón por la cual se optó por implementar este mecanismo.
Imagen 2.19. Actuador lineal Matusy con espuma aislante y cinta para temperatura. Fuente: Pablo
Martinez.
2.2.2. Circulación de aire.
Para la Circulación de aire en este modelo se han usado dos tipos de ventiladores, el
ventilador axial ubicado en el Damper de succión y la nueva incorporación, los ventiladores
auxiliares de turbulencia, los cuales estarán en el interior de la cámara de secado y harán que
el aire administrado por el ventilador, presente fluctuaciones en su curso para que cubra
mayor área útil en la cámara de secado y así los productos se sequen de manera más uniforme
y no exista un gradiente de temperaturas significativos. También se perforará el Instapanel
del Techo y laterales cerca de la puerta principal del Deshidratador con el fin de recircular
el aire caliente que esta dentro a temperatura mayor que el exterior con el fin mantener las
condiciones interiores de temperatura.(Imagen 2.20 Recirculación)
36
Imagen 2.21. Flujo de Aire interior CDS.
Imagen 2.22. Ventiladores Auxiliares.
Imagen 2.21. Ventiladores Auxiliares.
37
2.2.3. Sistema de Acumulación de calor inercial.
Durante las noches el problema del deshidratador son las bajas de temperatura, estas
hacen que aumente la humedad en el interior, lo cual es muy dañino para los productos a
deshidratar, es por esto que se ha creado un sistema de acumulación inercial de calor, que
tiene la función de mantener estas temperaturas en horas de la mañana para evitar este
aumento en la humedad y el deterioro de las materias primas.
El sistema consiste en un serpentín de tubos de PVC fijado mediante abrazaderas a las
paredes laterales internas del deshidratador y también en la pared donde se encuentra el
ventilador. Estos tubos dispuestos en serpentín se llenan con agua, con la función de
acumular parte del calor entregado por el ventilador durante el día, para luego, cuando las
temperaturas disminuyan, este entregue el calor necesario para mantener las condiciones
estables y evitar las alzas de humedad.
Imagen 2.22. Acumulador inercial de calor. Serpentín de tubos de PVC con abrazaderas y
agua para suministro de calor nocturno. Fuente: Pablo Martinez.
Considerando el agua como el método de acumulación inercial de calor más económico
y eficiente posible, podemos determinar la cantidad de energía necesaria según lo siguiente:
Tomando en cuenta la relación que se busca entre la cantidad de calor que puede absorber el
agua y la disponible al interior del módulo de deshidratado, podemos ejemplificarlo como
sigue.
∆𝐻 = 𝐸 = 𝑄 = 𝑚 ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇𝑡2
𝑡1
∆𝐻 ≈ 𝑚𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝐶𝑝 𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ ∆𝑇
38
Definiendo:
𝛿𝑎𝑖𝑟𝑒 = 1,2254 𝑘𝑔 𝑚3⁄
Además, se sabe que el interior de la cámara de secado considera un volumen aproximado
de 20 𝑚3, podemos describir entonces que al interior de la cámara de secado encontramos
24,508 𝑘𝑔 de aire, el cual debe someterse a un aumento de temperatura, considerando los
puntos críticos durante las horas de ausencia de sol. Cabe destacar, que, para mejorar la
operación en periodo crítico, el ventilador principal no estará en operación y no ingresará
aire al interior de la cámara.
Imagen 2.23. Serpentín de PVC, válvula para llenado del serpentín. Fuente: Pablo Martinez.
Según datos obtenidos experimentalmente en el módulo de deshidratador compacto,
durante las horas más críticas, la temperatura, en ayuda de los ventiladores al interior de la
cámara de secado, debe ser aumentada en aproximadamente 10 °C para mantener la
condición inercial de deshidratación, por lo tanto, obtener la energía calórica necesaria para
alcanzar la condición propuesta, de describe:
𝑄 = ∆𝐻 ≈ 24,508 𝑘𝑔 ∗ 1,0035 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐾⁄ ∗ 10 𝐾
𝑄 = 246 𝑘𝐽 ≈ 250 𝑘𝐽
De similar forma podremos obtener la cantidad de agua necesaria para alcanzar las
condiciones esperadas dentro del deshidratador durante las horas de conflicto durante la
noche (ZAMBRANO, 2016).
250 𝑘𝐽 = 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 𝐶𝑝 𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ ∆𝑇
250 𝑘𝐽 = 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 4,190 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐾⁄ ∗ 10𝐾
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ≈ 5,96 𝑘𝑔 → 6 𝐿𝑡 = 0,006 𝑚3
Para adecuar lo anterior, se propone utilizar tubos comerciales, flexibles de polietileno
39
Según las especificaciones podemos determinar entonces.
𝐴 = 𝜋𝑟2 = 𝜋 ∗ 0,0162
4= 0,00020096 𝑚2
Imagen 2.24. Serpentín de PVC, válvula para llenado del serpentín (VILLALON, 2018).
Considerando el volumen de agua necesaria en contraste con el área real del tubo flexible,
se ha determinado una longitud de 30 [m] de serpentín por unidad de tiempo que el aire se
mantiene dentro de la cámara, por lo tanto, se considerará una longitud total de 100 [m] para
generar el calor necesario y lograr un ambiente propicio durante las horas de noche
(ZAMBRANO, 2016).
2.2.4. Dispositivos de control automático.
Esta categoría surge de la necesidad de controlar los procesos de manera autónoma, sin
operarios, es decir, que el Dámper de Succión que antes era accionado manualmente por un
operario, ahora este controlado por un PLC, en conjunto con sensores de temperatura y
humedad en el interior, y una fuente alimentación para hacer posible esta labor
(ORELLANA, 2018). Estos dispositivos además se encargan del accionamiento de los
ventiladores en el interior del DS2.
Algunos de estos accesorios son los siguientes:
• PLC (Control Lógico Programable).
• Modulo adaptador de Temperatura
• Sensores PT100 ambientales.
• Sensor de Humedad Relativa.
40
• Fuentes de Poder.
• Míni Reles.
• Automáticos.
• Dimmer.
• Interruptores y Enchufes.
• Luces de Iluminación.
El esquema de funcionamiento en relación a la operación del CDS en conjunto con
estos controladores se muestra a continuación:
41
Imagen 2.25. Dispositivos de Control Automático, PLC, Fuentes de poder, relés
(ORELLANA, 2018).
2.2.5. Posicionamiento de materias primas.
Para este modelo fue de vital importancia la discusión de ¿Qué bandejas utilizar?,
¿Dónde posicionarlas?, es por esto que se analizó primeramente utilizar el sistema de
bandejas del modelo anterior, que ofrecía utilizar las paredes del deshidratador para
posicionar rieles, los cuales permitirán el deslizamiento de bandejas en todo el largo del
deshidratador. El problema de esta opción era que, para acomodar las bandejas en el interior,
se debía construir al igual que en modelos anteriores, una división interior que permitiera
colocar los rieles al centro, esto conllevaba un mayor gasto en materiales de construcción y
no permitía utilizar de manera óptima los espacios disponibles ya que para ponerlo en
práctica, se debía construir una estructura de acero robusta que estaría posicionada en el
interior del deshidratador.
Luego de esta primera etapa de evaluación, la discusión se centró en la utilización de
carros con ruedas con el fin de no utilizar las paredes del deshidratador para el
posicionamiento de bandejas, pero en esta alternativa la construcción de carros elevaba
significativamente el presupuesto para este punto, y debido al elevado número de carros que
debían construirse se desechó la propuesta. En una primera etapa de construcción se usaron
rieles para posicionar las bandejas encima de estos, los cuales llegaban en dirección del largo
del DS2. Finalmente se sacaron estos rieles y se usó todo el interior útil del deshidratador a
excepción de las zonas más cercanas al ventilador, de alrededor de un metro
aproximadamente para el posicionamiento de bandejas con materias primas.
42
Imagen 2.26. Bandeja IQ Baja posicionada sobre rieles porta bandejas, en el modelo final
estos fueron retirados para un mayor posicionamiento de estas. Fuente: Pablo Martinez.
Para la elección de las bandejas no fue lo primordial el dónde posicionarlas, sino que
su costo unitario, es por esto que una vez seleccionadas las bandejas, se debía ingeniar la
solución para su posicionamiento. También se evaluó la alternativa de utilizar mallas
inoxidables para posicionar los frutos y bandejas de acero tratado térmicamente al igual que
en el modelo anterior, donde estas dos opciones resultan bastante costosas. Por esto, la
elección seleccionada fue bandejas de plástico, las cuales pueden ser apiladas una sobre otra
permitiendo optimizar los espacios a disposición, son livianas y su reposición no es tan
costosa en comparación a las de acero u otro material.
43
Imagen 2.27. Ingreso de Materias primas (VILLALON, 2018).
La elección y el quitar las divisiones interiores del modelo anterior, hace que este
nuevo modelo pueda almacenar alrededor de 60 m2 de superficie para frutos en total, dejando
el centro libre para que el aire fluya a través de todas las caras de los frutos y también para
que sea mayor la influencia de los ventiladores auxiliares. En el modelo anterior no ocurría
esto ya que en el centro estaba la división interior y las bandejas utilizadas eran mas grandes
que las actuales y el contenedor tenia una capacidad total de 60 bandejas que incluyen una
superficie de 38,4 m2 para el posicionamiento de materias primas, lo cual era mucho menor.
2.3. Definición del nuevo CDS.
¿EN QUE CONSISTE EL CDS?
El CDS es un equipo que se ha desarrollado para el secado o deshidratado industrial de frutas
y verduras, para lo cual posee diversos sistemas y/o partes que aseguran su funcionalidad. El
CDS está diseñado para una capacidad aproximada de 1200 kg de producto sin tratar logrando
una excelente calidad en el producto final. El CDS utiliza tecnologías de energía solar térmica y,
además es controlado por un control automático PLC para sus funciones.
44
Imagen 2.28. Contenedor Deshidratador Solar.
¿COMO TRABAJA EL CDS?
El CDS posee tres paredes dobles que consisten en planchas de policarbonato alveolar
transparente en el lado exterior, en tanto en el interior se instalan planchas de zinc acanaladas de
color negro y con aislación en su interior (Instapanel). Al incidir el sol en cualquiera de las tres
paredes, éstas calentarán el aire que se ubica entre ambas paredes por efecto invernadero. El aire
caliente de las paredes es succionado por un ventilador principal, ubicado en la parte trasera del
equipo que lo envía al interior de la cámara de secado, donde se encuentran las bandejas con el
producto. Con la ayuda de ventiladores auxiliares de turbulencia, ubicados en el techo de la pared
interior, se homogeneiza la distribución de aire en su interior. El CDS debe ubicarse de tal modo
que la pared trasera, donde se ubica el ventilador principal, esté orientada al Norte. De este modo
en la mañana el sol calentará la pared oriente y superior, en tanto en la tarde calentará la pared
poniente y superior. Es por ello que el CDS utiliza un sistema de control automático que, según
la temperatura de la pared, selecciona la pared de ingreso del aire. En la mañana ingresa el aire
por la pared oriente y superior. En la tarde por la pared superior y pared poniente.
El sistema de control además automatiza la puesta en marcha y detención del CDS.
DURANTE HORAS DE LA NOCHE.
Durante la noche la temperatura disminuye abruptamente y en la madrugada, aumenta
notoriamente la humedad en el interior, lo cual puede ser perjudicial para los frutos incidiendo
en la aparición de hongos. Para evitar esta disminución en la temperatura y aumento de humedad,
el CDS cuenta con un acumulador inercial de calor que consiste en un serpentín de tubos plásticos
45
con agua en interior, que almacena parte del calor interior del deshidratador entregándolo al
producto durante horas de la noche. Es por ello, que los ventiladores interiores deben mantenerse
en funcionamiento. El CDS posee en las puertas delanteras principales ranuras en la parte
inferior, a objeto que salga el aire húmedo del equipo. El CDS dispone de un calefactor eléctrico,
que se enciende cada vez que la baja temperatura o la alta humedad pongan en riesgo la
producción.
¿DONDE SE POSICIONAN LAS MATERIAS PRIMAS?
El DS2 utiliza bandejas plásticas para el posicionamiento de los frutos en el interior. Su
diseño es ranurado y facilita el paso de aire hacia el producto, posee facilidad de limpieza y bajo
costo en relación con bandejas inoxidables o de acero esmaltado. Estas bandejas se apoyan en el
piso del deshidratador y se apilan unas encima de otras y en hileras para completar la capacidad
del interior.
Imagen 2.29.Vista Cámara de Secado CDS (VILLALON, 2018).
COMPONENTES Y SISTEMAS DEL CDS.
2.3.1. Cámara de secado de frutos.
La Cámara de secado es el lugar donde se posicionan los productos a secar. Está
conformada por una estructura enrejada de acero, cuyas paredes, piso y techo están
constituidas por paneles aislados Instapanel, los cuales aíslan los productos de las
condiciones exteriores. En la cámara se secan los productos con aire caliente, el cual proviene
de las paredes exteriores. Este es succionado al interior por la acción del ventilador principal
46
y junto con la ayuda de los ventiladores auxiliares de turbulencia se logra una distribución
de aire más homogénea para el secado.
Imagen 2.30.Vista Cámara de Secado CDS (VILLALON, 2018).
2.3.2. Estructura de Acero.
La estructura de acero del deshidratador se constituye básicamente de 4 paredes las
cuales se unen a través de soldadura para conformar un paralelepípedo el cual posee un
enrejado simple de barras de acero verticales. Cada una de las 4 paredes tiene pequeñas
diferencias en la cantidad de barras verticales y la separación entre ellas, con el fin de
disponer de manera correcta todos los elementos a posicionar en el deshidratador.
Para el caso de las paredes laterales se consideró posicionar barras verticales a diferente
separación en la parte trasera fijar el Damper de succión. También las barras servirán de
soporte para el acumulador inercial de calor en el interior del Deshidratador y las puertas
frontales que dan al exterior de este.
En el caso del techo la estructura no requiere un adicionamiento de barras como en el caso
de la pared lateral ya que sobre este se posicionarán solo los paneles aislados.
47
Imagen 2.31. Estructura de acero DS2 (VILLALON, 2018).
Para el piso del deshidratador se realizó un enrejado más complejo con el fin de reforzar este
para dar estabilidad al insta panel interior del piso con el fin de facilitar el acceso y no dañar
estas superficies implicadas, también se adicionaron en la parte inferior cuatro barras de
dimensiones mayores con el fin de dar soporte inferior al deshidratador y facilitar el
transporte vía grúa horquilla.
2.3.3. Instapaneles.
Debido a la funcionalidad que posee el equipo, se divide el deshidratador en dos cámaras
las cuales deben estar aisladas tanto del exterior como entre ellas, una de estas cámaras es la
cámara de secado mencionada anteriormente, en donde se posicionan los productos para su
posterior secado, por otra parte, tenemos la cámara de succión donde se recibe el aire caliente
proveniente del techo solar activo instalado en el exterior. Estos dos compartimientos del
equipo son aislados del exterior a través de paneles aislados Instapanel con forma acanalada
mostrados anteriormente en la sección de materiales, esto con el fin de implementar la
tecnología de techo solar activo en el exterior del equipo. Estos paneles acanalados se
posicionan en el deshidratador en las paredes laterales y techo donde a través techo solar
activo realiza la succión del aire para ingresarlo a las cámaras interiores y además se aíslan
todas las cámaras de las condiciones exteriores de temperatura y humedad.
48
Imagen 2.32. Panel de separación y ventilador en CDS (VILLALON, 2018).
Para aislar el interior, particularmente el piso, se utilizan paneles aislados rectos los
cuales mediante el refuerzo de las barras de acero de su estructura permiten el acceso al
contenedor. También es importante la aislación entre la cámara de succión y la cámara de
secado, razón por la cual estas se dividen a través de un panel aislado recto al igual que el
del piso, el cual permite el posicionamiento del ventilador. En la cámara de succión existen
temperaturas elevadas y es por esto que para la protección de los componentes que no toleran
altas temperaturas se utilizan láminas de aislapol de unos 40[mm] para aislar los
compartimientos expuestos a estas condiciones, los componentes implicados son los
electrónicos y el actuador lineal que activa el sistema de admisión de aire.
Imagen 2.33. Panel Exterior, TSA, Recirculación (VILLALON, 2018).
Para la parte posterior del deshidratador se posicionan paneles rectos que sellan el
deshidratador del exterior, en la práctica quedó un espacio vacío entre la cámara y el
Instapanel posterior el cual debía ser aislado, este espacio se recubrió al igual que los otros
compartimientos con Aislapol, cabe destacar que en próximos modelos este espacio debe ser
eliminado utilizando solo el Instapanel.
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Para espacios vacíos pequeños, junturas y holguras que requieran de aislación se utilizó
resinas, siliconas blancas y transparentes dado el caso para aislar estos lugares, por otra parte,
para sustentar las superficies sin aislación que deja el Instapanel en el exterior, estas se
recubrieron con espuma expansiva la cual realiza la labor.
2.3.4. Cubierta.
Para la cubierta del Deshidratador se utilizan planchas de policarbonato alveolar, está
cubierta permite la captación de aire hacia el interior como también permite que los rayos
UV pasen a través de su superficie y calienten en el aire que se dirige al interior a través del
ducto formado entre estas planchas de policarbonato y el panel aislado acanalado
posicionado en las paredes laterales y techo.
Imagen 2.34. Cubierta de policarbonato alveolar fijada con pernos auto perforantes al
instapanel. Fuente: Pablo Martinez.
Estas planchas de policarbonato también al igual que los paneles acanalados se
posicionan sobre las paredes laterales y techo ya que como se ha mencionado en reiteradas
ocasiones, estas conforman el techo solar activo.
2.3.5. Damper de Succión.
El Damper de succión es el encargado de la captación e impulsión de aire caliente, es
decir, envía el aire hacia la cámara de secado, donde se deshidratarán los productos. También
es la que permite el posicionamiento de los componentes y electrónicos del deshidratador.
Su funcionamiento se basa principalmente en un ventilador axial el cual provoca la succión
necesaria para atraer el aire caliente proveniente del TSA, este aire ingresa a la cámara a
través de agujeros cuadrados en los paneles aislados para luego pasar a través del ventilador
y ser enviado al lugar donde se realiza el trabajo de secado.
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Imagen 2.35. Actuador lineal con barra solidaria en Damper de succión (VILLALON, 2018).
Imagen 2.36. Puertas Selectoras de Flujo Damper CDS (VILLALON, 2018).
Para controlar el ingreso del aire al ventilador, es necesario principalmente que el aire
esté a una buena temperatura, razón por la cual se hace necesario alternar el ingreso del aire
de manera tal que el aire ingresado sea el de la cara lateral del deshidratador con mayor
temperatura, esta indicación la realizan los sensores de temperatura dispuestas en cada
campana lateral del Damper, donde decidirán automáticamente qué puerta debe admitir el
paso de aire. Esto es consecuencia de la posición del sol durante el día. Para el caso de la
cara superior esta admite aire sin control alguno. Este sistema con actuador controla la
apertura y clausura de una sola puerta, y a través de la unión solidaria de ambas puertas, se
permite el control alternado de ambas, es decir, al abrir una, cerrará la otra y viceversa.
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2.3.6. Recirculación.
Para que la temperatura del interior de la cámara de secado vaya en aumento hasta cierto
punto o bien se mantenga constante en el CDS, se disponen de agujeros en el cielo del
deshidratador los que permiten que el aire caliente del interior no salga inmediatamente al
ambiente sino que reingrese a la admisión de aire en la pared exterior aumentando la
temperatura unos 10 a 15° C.
Imagen 2.37. Puertas del CDS y Salida de aire húmedo (VILLALON, 2018).
Imagen 2.38. Circulación de aire en el CDS (VILLALON, 2018).
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En la puerta principal del deshidratador existe un sistema inercial de extracción de aire que
consiste en agujeros oblongas en toda el área de la mitad inferior de esta, los cuales ayudan
a disminuir la humedad, dejando escapar el aire más frio por estas ranuras.
2.3.7. Sistema de acumulación inercial de calor.
Este sistema consiste en un serpentín de tubos plásticos adheridos a las paredes interiores
del CDS los que se encuentran con agua. Esta se calienta durante el día con las condiciones
interiores de la cámara y luego durante la noche intercambia calor con el ambiente para que
las temperaturas interiores no desciendan pudiendo afectar el producto. En el caso que
desciendan en exceso las temperaturas o haya un aumento de la humedad, se enciende el
calefactor auxiliar para evitar las perdidas de materias primas por agentes del ambiente.
Imagen 2.39. Modelación 3D Sistema de Inercia térmica (VILLALON, 2018).
2.3.8. Terminaciones y accesos.
Para las terminaciones del equipo, se usarán planchas de acero Hojalata de 0,8 mm de
espesor. Estas terminaciones son las siguientes:
● Esquineros: Para las esquinas del deshidratador, se utilizarán esquineros de
hojalata doblados, los cuales ayudarán a cubrir espacios vacíos, dar
estabilidad y también estética al deshidratador.
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● Puerta trasera: En la puerta trasera también se usarán terminaciones de
hojalata en conjunto con ángulos galvanizados para lograr la forma deseada
de la puerta y cubrir las partes de instapanel que no tienen recubrimiento.
● Puerta delantera: En los bordes de la puerta se posicionarán hojalatas para
dar terminación a la parte delantera, cubrir el instapanel y además servirá
de posicionamiento de la malla de mosquitos que impedirá el paso de estos
en la admisión de aire del techo activo.
2.3.9. Capacidades y consumo.
➢ Capacidad
Las capacidades productivas del equipo para algunos frutos se muestran a
continuación en conjunto con sus tiempos de secado por cantidad de frutos.
➢ Consumos eléctricos.
También el consumo eléctrico del equipo queda definido en la siguiente tabla.
Consumo electrico Corriente [A] Potencia[kW]
Ventilador Extractor 1,15 0,253
Ventiladores Recirculacion 0,4 0,088
Calefactor Electrico 9,1 2,002
Luces 1,9 0,418
Fuente de poder 220Vac/24Vdc 1,6 0,352
Total 14,15 3,113
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2.3.10. Transporte.
El CDS tiene en su parte inferior perfiles para posicionar la pluma de la Grúa horquilla
de manera que pueda levantarse y posicionarse en el medio de transporte necesario para
envíos regionales y o internacionales.
Imagen 2.40. Levantando el CDS, San esteban. Fuente: Tomas Caceres (CERES).
Imagen 2.41. CDS dispuesto para transporte. Fuente: Daniel Canto.
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2.4. Análisis económico de la Reingeniería.
2.4.1. Costos del nuevo modelo.
El valor total de la propuesta de diseño mecánico para la reingeniería, es decir la
construcción de todas estas mejoras antes mencionadas en el capítulo 3, queda resumida a
continuación en la siguiente tabla, donde se indican los recursos destinados a cada uno de
los ítems del deshidratador y el Desglose correspondiente, también se adjunta en los anexos,
el listado de materiales con sus respectivos costos.
Los costos del nuevo CDS quedan en alrededor de 4.8 millones de pesos chilenos sin incluir
IVA. El nuevo modelo es más costoso después de la reingeniería, pero posee nuevas
funcionalidades y funciona y opera de manera efectiva en el secado de frutos.
Para más conclusiones se muestra la distribución de porcentajes para cada ítem del CDS, la
cual se aprecia en el siguiente gráfico.
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La tabla anterior indica el desglose de costos del CDS, y el grafico, la distribución
porcentual de costos para cada uno de los ítems o sistemas que lo componen. A través del
grafico se puede apreciar claramente donde está destinado la mayor parte de los recursos
destinando un 21 % a la mano de obra, un 18% en la instrumentación, donde se hace
referencia a todos los equipos e instrumentos eléctricos, un 17% a los paneles aislados y 9
% a las bandejas para posicionamiento de materias primas.
La tabla de comparación de los costos en ambos modelos, su diferencia y también la
distribución porcentual cada uno de sus sistemas, en resumen, se muestra a continuación.
El modelo anterior tiene un costo de alrededor de 3,9 millones de pesos chilenos y sin IVA,
pero no posee los mismos sistemas que el nuevo, posee menor capacidad, es más pesado y
también no tiene puertas selectoras ni dispositivos de control automático como el nuevo
modelo.
Estructura de acero 341.632$ 945.661$ 604.029$
Instapaneles $ 868.024 791.179$ -76.845$
Policarbonato alveolar $ 186.318 164.220$ -22.098$
Puertas y Quincalleria $ 141.903 161.855$ 19.952$
Acumulador inercial de calor $ 122.810 -$ -122.810$
Hojalateria/Terminaciones $ 259.380 371.125$ 111.745$
Electricos: 1.305.476$ 175.669$ -1.129.807$
Sujeciones aislantes e insumos 513.300$ 359.037$ -154.263$
Bandejas $ 512.116 553.600$ 41.484$
Transporte $ 300.000 257.576$ -42.424$
Mano de obra $ 1.200.000 833.000$ -367.000$
-1.138.037$
Reduccion
4.612.922$
COSTOS CDS1
5.750.958$ TOTAL + IVA
ITEM COSTOS CDS2
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Las diferencias en el costo global de ambos modelos, radica en las intervenciones
realizadas, el costo de este nuevo modelo ha aumentado un 25 % en relación al anterior y es
porque sus funcionalidades han sido mejoradas, el equipo ha recibido programación
electrónica, la cual permite su autonomía, sus dimensiones y peso se ha reducido y se ha
estudiado más en detalle sus sistemas de succión y secado lo cual ha hecho imprescindible
más instrumentos eléctricos para cumplir de manera más efectiva y eficiente con sus
funciones.
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Las mejoras en el nuevo CDS están centradas en las siguientes áreas:
- Cambios Estructurales
- Control automático
- Instrumentación.
- Control y regulación de la humedad.
- Posicionamiento de materias primas.
Los cambios estructurales han representado una disminución en los costos ya que se
ha disminuido el peso de la estructura, se han ajustado sus perfiles de manera que el factor
de seguridad que estos presentan ante posibles fallas no es menor a 2, lo cual indica que
estructuralmente soporta muy bien sus solicitaciones con estos nuevos ajustes. En el caso del
Damper de succión de aire, es decir, la recepción del fluido que realiza el trabajo de secado
se ha construido una nueva estructura para esta cámara de succión, que no requiere de piezas
prefabricadas sino solo el uso de perfiles de acero. Lo anterior representa una disminución
de un 75% respecto a los costos en acero del modelo anterior y también una reducción de un
30% en hojalatería.
En el caso de los componentes eléctricos hubo gran diferencia respecto del modelo
anterior pues en este modelo el control automático y los elementos de control de humedad y
temperatura, elevaron los costos considerablemente, ya que se hizo imprescindible el uso de
elementos de costo elevado, para lograr la autonomía y las condiciones necesarias para que
el CDS opere en condiciones sin problemas. Respecto a la humedad interior se han mejorado
los sistemas de circulación de aire y humedad incluyendo sensores, ventiladores auxiliares y
calefactores para las condiciones nocturnas. Otros componentes son el actuador lineal
(cilindro pistón) y lo necesario para automatización del equipo. El aumento porcentual que
presentan los componentes eléctricos es alrededor de seis veces el CDS anterior y en este
modelo representara una gran influencia dentro de los costos globales de esta propuesta de
diseño mecánico.
Para el posicionamiento de materias primas se ha aumentado el espacio útil el modelo
anterior tenía, quitando las divisiones interiores y también cambiado las bandejas por
plásticas, ya que es posible obtener 150 por el precio de 20 de las metálicas galvanizadas
utilizadas en el modelo anterior. Lo anterior ofrece un aumento en la capacidad de
producción de frutos y una disminución en los costos de este ítem de un 70%. Por último, el
costo del deshidratador indicado es un 25% más que el modelo anterior, pero a esto viene
59
sumado una serie de mejoras en las funcionalidades, aumento de la capacidad y mejoras en
la calidad del producto entregado.
2.4.2. Análisis de los resultados.
Este nuevo equipo ha crecido científicamente con esta propuesta ya que ha mejorado
sus características para el secado, es automático y sus partes son de fácil construcción, tiene
un manual de fabricación y también es muy efectivo y entrega excelente calidad en las
materias primas trabajadas. También, posee bajos costos de operación y de inversión lo cual
es muy atractivo para el mercado actual de frutos deshidratados, especialmente Pymes y
medianas empresas.
A través de los resultados y el análisis de costos se llega a la conclusión que el valor
de la propuesta de diseño mecánico está altamente influenciado por el costo de los paneles
aislados y de los componentes eléctricos llegando a 4.8 millones de CLP sin IVA en relación
a los 3.8 millones del modelo anterior que en gran parte pertenece también a su aislación
permaneciendo invariable este ítem entre estos modelos.
En este equipo se han modificado las dimensiones estructurales, manteniendo la
ergonomía del conjunto y facilitando la construcción de este, pero desde este punto dejan de
ser significativos las reducciones de dimensiones estructurales ya que no representarían gran
influencia en los costos totales. Por otra parte, si se trabaja en el preensamble del conjunto,
este entregaría reducciones en los costos de transporte y podría significar gran ahorro en
envíos a través de cualquier medio.
El aumento del valor de los componentes eléctricos, programación e instrumentación
ha significado un gran aumento en el valor total. El desarrollo de la automatización del
equipo y el mejoramiento de sus funciones de manera autónoma hace que sin duda se
necesiten recursos extra para de mano de obra y compra de componentes eléctricos, pero
presenta grandes beneficios en el ámbito del control y destacar que a un bajo costo de
operación de alrededor de 4 kW/hora lo que se traduce en un bajo costo eléctrico para el
usuario de estos equipos comparándolo con otros equipos de procesamiento semi-industrial.
El continuo desarrollo de estos componentes eléctricos y su forma de uso es clave en el
desarrollo de próximos modelos de CDS.
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2.5. Evaluación de preensamblaje del CDS-2 para reducción costo de transporte.
Estos CDS con un volumen total de alrededor de unos veinte metros cúbicos armados
para su funcionamiento y un peso de alrededor de 2 toneladas, los convierte equipos de
grandes dimensiones y es por esta razón que los envíos de estos equipos son bastante
costosos.
Dentro de los transportes mediante los cuales podríamos enviar un container
deshidratador CDS, existen varias posibilidades, la primera es para envíos regionales en un
camión que tenga las capacidades necesarias para su envió, otra opción sería para envíos
internacionales o a través de distancias muy largas donde las formas de envió serian la vía
marítima y aérea. Si pensamos en la reducción del costo de transporte para estos envíos, sería
factible enviar varios contenedores prediseñados en vez de uno, es decir, reduciendo su
volumen útil, ya que todos estos tipos de transporte en el caso de los internacionales aplican
sus cobros en referencia al peso y al volumen útil necesario para el transporte. Ya cubrimos
el tema del peso, pero no así el volumen, ¿Cuál es la factibilidad de disminuir el volumen
útil de estos equipos?, el pre- armado.
La factibilidad del pre-armado también tiene que ver con la comodidad de que la
persona que reciba el equipo, pueda ensamblarlo fácilmente para su uso posterior, sin tener
que recurrir a grandes esfuerzos para poner en funcionamiento. Y es por esto que esto no se
ha desarrollado en este trabajo.
Por otra parte, se puede enviar este deshidratador prearmado enviando por separado
paredes de TSA con las conexiones del acumulador inercial, el damper de succión con
componentes, puertas, accesorios y la hojalatería para ensamble, construyendo un paquete
de menores dimensiones que el modelo armado de alrededor de unos 13 metros cúbicos
reduciendo los costos, pero con mano de obra local para armar y supervisión.
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3. CONCLUSIONES
A través de este trabajo se ha construido un nuevo modelo de secador CDS, el cual
incorpora una serie de mejoras en referencia a los modelos anteriores. Algunas de estas
mejoras son la disminución del peso de la estructura base y sus dimensiones generales,
facilidad en construcción, mejoras en la recirculación e inercia térmica de los sistemas de
secado, control de sus procesos de forma automática con ayuda de la lectura de sensores de
humedad y temperatura y PLC que regulan y mantienen las condiciones interiores óptimas
para el deshidratado. También cabe destacar un aumento de su capacidad para materias
primas en un 30% aproximadamente debido al mejoramiento del espacio útil en el interior
del CDS y también que este posee un bajo consumo eléctrico, lo que implica bajos costos de
operación para un equipo de calidad semi-industrial como este.
La reingeniería ha analizado críticamente el primer modelo, aplicando los cambios
señalados anteriormente, realizando análisis estructurales modelados computacionalmente
con los Software necesarios para determinar si los cambios se ajustan a los requerimientos
físicos a los cuales se somete el equipo. Asimismo, cálculos en los sistemas de recirculación
de aire a inerciales y cálculo del consumo eléctrico una vez instalado los componentes
electrónicos. También en terreno este deshidratador ha mostrado con el tiempo entregar gran
calidad en sus productos finales por lo tanto la reingeniería cumple con los objetivos
mejorando calidad de los productos y la funcionalidad del equipo.
Esta recopilación de datos y reingeniería también incluye un manual de fabricación
y listado de materiales de este equipo buscando con esto, entregar facilidad de construcción
y servir de ejemplo a la sistematización de la producción de equipos como este.
Los costos del equipo han aumentado en un 25% aproximadamente respecto al
modelo anterior, debido a la considerable mejora de sus funciones y se espera que sus costos
puedan disminuir en gran medida, si continua el estudio de sus características. Este estudio
debe ser centrado principalmente a la aislación de los componentes, la cual presenta los
costos más elevados en la construcción y que permanece invariante entre un modelo y otro.
El invertir esfuerzos en materiales que ofrezcan la misma aislación por un precio mucho
menor que el de los paneles aislados, sin duda es la clave para disminuir considerablemente
el costo global del equipo. También el estudio del preensamble es de interés ya que podría
62
significar disminuciones en costos de transporte y también extender los horizontes de
recepción de este tipo de equipos secadores. Por último, también debe hacerse énfasis en
mejorar los procesos de secado, en especial en la regulación de los sistemas de inercia en
horas de la noche, de modo que en ninguna circunstancia puedan existir riesgo de perdida
de materias primas en nuevos modelos y también que los sistemas de control automático
ayuden con esta labor.
Como opinión personal y basada en la experiencia acumulada, los problemas de este
nuevo modelo fueron en relación a los sistemas de inercia, los cuales podrían asistirse con
energía eléctrica para cumplir con mayor eficacia su función, de modo de incluir quemadores
o calefactores en horas nocturnas accionados electrónicamente o un serpentín con
circulación de fluido interior donde se caliente el fluido interior para entregar mayor energía
al interior de la cámara se secado de frutos . Por último, la apertura de puertas selectoras de
flujo en la parte trasera, esta regulada por un actuador lineal, cilindro pistón, que si bien
cumple su función es muy lento en la practica y puede ser sustituido por un selector con
mayor rapidez y eficacia que el actual.
Finalmente, para concluir, se busca que las mejoras y el estudio de estas tecnologías
a futuro, ofrecerán grandes posibilidades para el secado de frutos, ofreciendo orientación
para crear procesos eficaces y eficientes en futuros modelos a desarrollar y sirviendo como
base teórica de estos modelos para esta área de trabajo.
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4. Referencias
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