1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
2. Tesis de Posgrado
3. Morelos
4. Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
5. Tesis CENIDET
6. Tesis de Maestría
7. Tesis de Maestría en Ingeniería Mecánica

Title:	Energía solar térmica para el Secado de Alfarería de Barro en Ixtaltepec-México
Authors:	Vidana Cano, Sergio%1180883
Issue Date:	2024-05-07
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Description:	La viabilidad del uso de la energía solar térmica para el secado de alfarería de barro se estudia a usanza de los artesanos de Ixtaltepec-México. La viabilidad de un calentador solar para el secado se establece evaluando el desempeño térmico-económico con la energía requerida, los costos nivelados y el retorno de la inversión, considerando muestras representativas. La definición de las muestras de estudio y consumos energéticos se hicieron considerando los usos y costumbres de los alfareros de la región. Los requerimientos energéticos se establecieron con las condiciones ambientales del lugar de estudio, y más puntualmente con el recurso solar. Las características térmicas y energéticas de las muestras se determinaron con la cinética de secado por lotes de piezas, obtenida con datos recolectados en un taller de alfarería en Ixtaltepec. La propuesta del calentador solar térmico se realizó buscado satisfacer las cargas térmicas mediante simulación por componentes de acuerdo a la norma NOM-020-STPS-2011, utilizando TRNSYS. El recurso solar anual en Ixtaltepec, Oaxaca es de 6571 MJ/m2 considerando un año meteorológico típico. Las muestras de barro más representativas de la comunidad de alfareros se identificaron con tres lotes de 152.8, 360.0 y 945.0 kg. La cinética de secado mostró humedades iniciales y finales de 44.6 y 2.0% (w.b), y tiempos de secado de 4-8 días (38-65 h). En relación a los costos energéticos, para el caso de la Muestra 1 (152.8 kg/lt), el menor consumo implicó un tiempo de secado de cuatro días con eficiencia térmica del calentador de 0.47. La energía útil anual del calentador solar fue de 50.9 GJ/a (117.9 MJ/lt), requiriendo un área de captación de 16.4 m2 que corresponde a siete colectores planos de aire, con un área de apertura de 2.33 m2 cada uno. Los intervalos de temperatura y humedad relativa durante el secado fueron de 29.5-33.7 °C y 60.2-77.9%, con un flujo de aire de 1.16 kg/s y velocidades de 0.22 m/s. En el caso de la Muestra 2 (360.0 kg/lt), el tiempo de secado fue de siete días y la eficiencia térmica permaneció sin cambios significativos en relación a la Muestra 1. La energía útil anual del calentador solar fue de 64.3 GJ (151.5 MJ/lt), con lo que se observa que la demanda energética aumentó, en relación a la Muestra 1. La demanda de calor se cubre con nueve colectores de aire de 2.33 m2 cada uno (21.0 m2). Los intervalos de temperatura y humedad relativa fueron de 29.9-32.1 °C y 60.2-68.9%. El caudal de aire disminuyó ligeramente 0.01 kg/s en relación a la Muestra 1. La velocidad del aire permaneció prácticamente sin cambios en relación a la Muestra 1. La Muestra 3 (945.0 kg/lt) presentó un tiempo de secado de seis días, mientras que la eficiencia del calentador disminuyó ligeramente 0.09 en relación a la Muestra 1. La energía útil anual del calentador fue de 119.9 GJ (343.0 MJ/lt). El calentamiento de aire con la Muestra 3 se cubre con 20 colectores solares de aire de 2.33 m2 cada uno (47.6 m2). Los intervalos de temperatura y humedad relativa fueron de 33.21-36.33 °C y 60.13-77.94%. El flujo y la velocidad del aire permanecieron semejantes a los dos casos anteriores. En relación al análisis económico de los tres calentadores, los costos nivelados en pesos mexicanos, el costo de cada kilogramo de barro con el método tradicional para cada muestra fue de 6.16, 3.29 y 1.59 $/kg, con costos anuales de $1,004,414.73, $540,755.15 y $630,431.28. Los costos nivelados con el calentador solar propuesto de cada kilogramo de barro fueron de 3.29, 3.44 y 2.25 $/kg, con un costo de operación anual de $536,027.44, $565,442.28 y $892.532.38. Así, el costo de la propuesta tecnológica para la Muestra 1 fue considerablemente menor que el del secado tradicional, observándose viabilidad únicamente en este caso. Los costos del secado de las muestras 2 y 3 con tecnología solar resultaron 4.57 y 41.56% más elevados, y no se observaron viables bajo las consideraciones que se tuvieron en este trabajo. El calentador de la Muestra 1 fue el único que presentó ahorros y tiempo de recuperación de la inversión adecuados, con un escenario de inversión a 20 años. El tiempo de retorno de la inversión fue de 0.8 años, el ahorro total por el proyecto de $9,365,290.00, el VAN de $421,869.00, y la TIR de 121%. En el caso de las Muestras 2 y 3, no se generó un tiempo de retorno de la inversión al no generarse ahorros. Los costos del proyecto para la Muestra 2 y 3 fueron de $493,742.60 y $5,242,022.00 por arriba de la Muestra 1.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/masterThesis
Appears in Collections:	Tesis de Maestría en Ingeniería Mecánica

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