Sistema automático de secado de granos de café accionado con energía solar

Abstract

El principal objetivo de la tesis es diseñar una secadora de granos de café especial que sea capaz de conseguir una humedad final de 11% y trabajar a una temperatura de secado no mayor a 35°C. Además, funcionará empleando energías renovables, ya que se ubicará en un lugar donde no existe una red eléctrica. Primero, se plantea la problemática y se detallan las tecnologías actuales de secado de granos, como los secadores en bandejas, rotatorios, etc. Se explican los tipos de tecnologías renovables, tanto la fotovoltaica como la eólica. Además, se detalla las formas de generar calor para calentar el aire. Luego, se plantean los requerimientos mecánicos, eléctricos y de control del sistema para alcanzar el objetivo principal. Para satisfacerlos se detallan las funciones a realizar, se proponen 3 conceptos de solución mediante la matriz morfológica y se elige la más óptima a través de una evaluación técnica/económica. Después, se diseña el sistema mecatrónico teniendo en cuenta los cálculos necesarios (termodinámicos y electrónicos) para el dimensionamiento del sistema. Para ello, se estima el tiempo de secado de manera analítica utilizando las ecuaciones propuestas por Robert E. Treybal y papers acerca del secado de granos según SECAFÉ (revista agrícola brasilera). Además, se calcula la cantidad de paneles solares, baterías y reguladores, detallándose las partes del sistema especificándose tanto su función como su fabricación. También se seleccionan los componentes mecánicos, electrónicos y de control que satisfagan el diseño propuesto. Posteriormente, se presenta la integración que existe entre los sistemas mecánico-electrónico y eléctrico-electrónico-control. Asimismo, se observa la lógica y estrategia de control empleada en el sistema las cuales garantizan que el aire no exceda los 35°C. Finalmente, se desarrolla una evaluación económica para analizar la rentabilidad del diseño. Se estima que sea rentable desde el primer año, esto en comparación al uso de las tecnologías actuales para secar café en dicha zona. En conclusión, empleando un monitoreo constante de la temperatura y humedad relativa y debido a la estrategia de control se logra calcular un tiempo de secado aproximado de 8 horas. De esta manera, se obtiene un café especial al 11% de humedad cuya temperatura no sobrepase de los 35°C y con un secado homogéneo.