Desarrollo y evaluación experimental de un sistema modular de secado indirecto mediante aprovechamiento de calor residual en estufas ecológicas

Abstract

El objetivo general de esta investigación fue desarrollar y evaluar un sistema modular de secado indirecto acoplado a la chimenea de una cámara de combustión de biomasa para el aprovechamiento de calor residual. La caracterización térmica del conducto determinó un gradiente térmico de 57.2 °C (77.3 °C en la base y 20.1 °C en la salida), confirmando la viabilidad de recuperación energética. Se diseñó y construyó un prototipo de lámina galvanizada que opera por convección natural, logrando temperaturas de 36 °C con carga y hasta 65 °C en vacío. Para la validación experimental, se empleó una muestra patrón con una masa inicial de 2.535 g, la cual alcanzó un peso final de 1.075 g tras un tiempo total de 6 horas y 12 minutos. El proceso permitió reducir la humedad desde un 75 % (Cayo-Colca et al. 2021) hasta un 30 % en base húmeda, registrando una velocidad de remoción de agua de 0.414 g/h durante el periodo constante. Finalmente, el análisis del tiro térmico validó que la integración de la cámara modular no obstruye la evacuación de gases ni compromete la seguridad de la estufa, consolidando el prototipo como una tecnología de bajo costo y fácil implementación para la conservación de alimentos en contextos rurales. The overall objective of this research was to develop and evaluate a modular indirect drying system coupled to the chimney of a biomass combustion chamber for the utilization of waste heat. Thermal characterization of the duct determined a thermal gradient of 57.2 °C (77.3 °C at the base and 20.1 °C at the outlet), confirming the feasibility of energy recovery. A prototype made of galvanized sheet metal was designed and built, operating by natural convection and achieving temperatures of 36 °C under load and up to 65 °C under no-load conditions. For experimental validation, a standard sample with an initial mass of 2.535 g was used, which reached a final weight of 1.075 g after a total drying time of 6 hours and 12 minutes. The process reduced moisture content from 75% (Cayo-Colca et al. 2021) to 30% on a wet basis, registering a water removal rate of 0.414 g/h during the constant period. Finally, the thermal draft analysis validated that the integration of the modular chamber does not obstruct the evacuation of gases or compromise the safety of the stove, consolidating the prototype as a low-cost and easy-to-implement technology for food preservation in rural contexts.