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Dyna, Ao 77, Nro. 162, pp. 237 247. Medelln, Junio de 2010. ISSN 0012 7353

EVALUACIN TRMICA Y VALIDACIN DE UNMODELO POR MTODOS COMPUTACIONALES PARA LAHORNILLA PANELERA GP150THERMAL EVALUATION AND VALIDATION OF ACOMPUTATIONAL MODEL TO UNREFINED SUGAR(PANELA) BURNER GP150

JAIRO ALEXANDER OSORIO SARAZProfesor Facultad de Ciencias Agropecuaria sUniversidad Nacional de Colombia Sede Medelln,aosorio@unalmed.edu.co

HECTOR JOS CIRO VELASQUEZProfesor Facultad de Ciencias AgropecuariasUniversidad Nacional de Colombia Sede Medellnhjciro@unalmed.edu.co

ALBEIRO ESPINOSA BEDOYAPr ofesor Facultad de MinasUniversidad Nacional de Colombia Sede Medellnaespinos@unalmed.edu.co

Recibido para revisar Marzo 18 de 2009, aceptado Septiembre 9 de 2009, versin final Octubre 13 de 2009

RESUMEN: El objetivo del presente trabajo fue evaluar trmicamente una hornilla panelera (GP 150) validando susresultados aplicando tcnicas computacional de CFD. Los resultados mostraron que el modelo computacional escompletamente estable y permite predecir energticamente el proceso sin diferencias notorias con relacin a los datosexperimentales.Palabras claves: CFD, panela, simulacin numrica, transferencia de calor.ABSTRACT: The aim of this study was to evaluate thermally a sugar cane burner stove (GP 150) validating theirresults by applying computational fluid dynamics (CFD). The results showed that the computational model is quite

stable, allowing to predict the energy of the process without noticeable differences compared with the experimentaldata.Key words: Computer fluids dynamics (CFD), unrefined sugar, numerical simulation, heat transfer.

1. INTRODUCCINEn Colombia la panela es la base del sustento demiles de familias campesinas, quienes producenen unidades de pequea escala, con mano deobra familiar afrontando muchas dificultadespara modernizar su produccin y expandir sus

mercados. Slo un pequeo segmento de laproduccin se desarrolla de forma industrial y elresto se realiza en establecimientos pequeoscon capacidadesde produccin inferiores a los 300 kilogramos depanela por hora. En el mbito mundial,Colombia es el segundo mayor productor depanela y el mayor consumidor per cpita del

mundo. Sin embargo, por su carcter de productono transable, la produccin se orienta casicompletamente al mercado interno, lo cual no lepermite ampliar su demanda fcilmente.El uso de la hornilla es el ms simple de los

procesos para producir panela, pudindoseencontrar otros tipos con diferentes grados dedesarrollo tecnolgico. En procesos mstecnificados (industriales) la cmara decombustin se remplaza por una caldera paraproducir vapor, que se utiliza en la zona deevaporacin por medio de intercambiadores decalor sumergidos en las pailas [1]

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Osorio et al238

Para poder disear y construir la versinmejorada de un trapiche tradicional, a travs deun proceso de discusin y con la ayuda de undiagnstico realizado anteriormente sobre eldesempeo energtico de los trapichescolombianos [2,3], se lleg a la conclusin que

las variables ms importantes en elfuncionamiento de las hornillas son, entre otras,la humedad del bagazo que se quema lacombinacin del aire y el bagazo en la cmara decombustin el exceso de aire utilizado latransferencia de calor entre los gases y las pailasel tiro de la chimenea para la salida de los gasesla recoleccin de las partculas de materialoriginadas por la combustin los materialesutilizados en la construccin, y el tiemporequerido para iniciar la produccin.Adems de estas variables, en el diseo es

importante determinar y considerar laslimitaciones impuestas por el contexto, como sonla panela a producir, el rendimiento del molino yla ubicacin del trapiche (altitud, temperatura, yrgimen de vientos). Teniendo en cuenta lasvariables anteriores se dise y se construy lahornilla GP 150 con una capacidad de 150 kgpanela h1 , por el grupo GIPUN de laUniversidad Nacional de Colombia.Con el fin de mejorar esa eficiencia trmica yrendimiento del proceso, se sabe que mediante laevaluacin trmica de las hornillas paneleras se

puede estudiar el comportamiento energtico enforma general, obtenindose como ndice mssignificativo la eficiencia energtica, pero esdifcil indicar de forma categrica cmo puedenstas mejorar sus rendimientos, pues slo se

cuenta con medidas puntuales experimentalesmediante las cuales actualmente se puedenproponer redimensionamientos del ducto, lachimenea, el horno o las pailas.Por lo tanto, en este estudio se implement unmodelo computacional en CFD que permiti

determinar la eficiencia trmica del proceso deelaboracin de panela usando la hornilla GP 150,lo cual servir como herramienta para optimizary mejorar el diseo actual y de otras hornillas depequea y mediana produccin, que representanaproximadamente el 70% de las hornillaspaneleras existentes no solo en el departamentode Antioquia sino en el pas.2. METODOLOGIAEste trabajo fue desarrollado en la hornilla GP 150 diseada y construida por el Grupo depanela de la Universidad Nacional de ColombiaSede Medelln GIPUN. La validacinexperimental fue realizada en el municipio deFrontino (Antioquia).El siguiente esquema de anlisis fue consideradocomo base para la evaluacin experimental de lahornilla y desarrollo de la tcnicacomputacional:2.1 Modelo de ba lance de masa Un esquema apropiado para el balance de masadel bagazo utilizado en la combustin[3,4,5,6] se muestra en la Figura 1:

Figura 1. Balance de masa bsicoFigure 1. Mass balance

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La ecuacin de conservacin de masa para elsistema es:

atrgs

aaasabbs

mmm

mmmm

&&&

&&&&

++=

+++(1)

El flujo msico del bagazo se determinapesando el bagazo consumido por el hornodurante un tiempo determinado que varioentre 1 y 8 horas. El flujo msico de bagazo

seco ( bsm& ) se determina mediante lasiguiente expresin:

)1( wmm bhbs -= && (2)Donde w es el contenido de humedad debagazo hmedo, el cual fue determinado enel laboratorio de carbono de la UniversidadNacional de Colombia sede Medelln.

El flujo msico del aire seco ( asm& ) fuecuantificado a partir del anlisis Orsatt de losgases de combustin y la composicin elementaldel bagazo seco. Como el bagazo en sucomposicin elemental no presenta nitrgeno se

asume que todo el nitrgeno presente en losgases de combustin proviene del aireatmosfrico, esto permite tambin conocer lacantidad de oxgeno en el aire.

2

2

2

79,0

21,0

Ndekmol

odekmol

gasesenNdeKmolesaireelenO

=

=

Por lo tanto:

22 NaOas mmm &&& += (3)

La humedad del aire se puede determinar a partirde los datos psicomtricos. As, el flujo msicodel vapor de agua en el aire ser:

asaa mm && w= (4)

El flujo msico de los residuos ( asm& ), es lacantidad de cenizas presentes en el bagazo,

calculadas a partir de la composicin elementaldel bagazo y el porcentaje de in quemadospresentes en los residuos. Los in quemados sedeterminan mediante pruebas en el laboratoriode carbonos de la universidad nacional deColombia seccional Medelln, en promedio sonel 55% de los residuos. Como observacingeneral se nota que el nivel de in quemadospresentes es muy bajo y se puede despreciar. El

flujo de agua ( atm& ) presente en los gases decombustin se calcula con base en la siguiente

relacin:

aafabat mmmm &&&& ++= (5)EL flujo de gases secos de combustin ( gsm& ) sedeterminan a travs de la densidad del gas y dela medicin de la presin de velocidad promedio(presin dinmica) con un tubo pitot tipo "S". Elbalance de masa para el jugo de caa se realizacon base en la siguiente expresin:

chpaej mmmm &&&& ++= (6)

Todos los trminos de la ecuacin son medidosdirectamente en el trapiche en el cual se realizael anlisis.2.2 Modelo de balance de energaUn esquema que presenta el modelo de clculo

utilizado para realizar el balance energtico tantode la hornilla como los sistemas que utilizanvapor [3,4,5] (Figura 2):

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Osorio et al240

Figura 2. Esquema bsico de balance de energa para las hornillas tradicionalesFigure 2. Basic energy balance to unrefined sugar burner

La primera ley de la termodinmica, paravolmenes de control en el estado estable, singeneracin de energa dentro del volumen decontrol es:

654321 EEEEEE &&&&&& +++=+ (7)

Donde 21 EE && + representan las entradas deenerga del bagazo y del aire necesario para lacombustin, calculados con base en lassiguientes relaciones:

fabbs hmPCImE &&& +=1 (8)

aaaOaONaN hmhmhmE 2222 2222 &&&& ++=

(9)

En la salida se encuentra la energa de los gasesde combustin, que se calcula asumiendocomportamiento de gas ideal de suscomponentes de acuerdo a la siguienteexpresin:

+++=222222 3333 NNOOCOCO hmhmhmE

&&&&

atatCOCO hmhm 33 && + (10)

En el proceso de los residuos se retiran de lacmara de combustin cuando estn a

temperatura ambiente, por lo tanto en el balanceglobal no aportan energa

04=E& (11)

La energa utilizada en el proceso de produccinde panela, se determina con base la siguienterelacin:

32

15 )(

TCmTCm

hTCmE

cacapp

fgaae

D+D+

+D=

&&

&&

(12)

Las prdidas energticas, especialmente a travsde las paredes son muy difciles de evaluar por lotanto se toman como la diferencia:

++-+= 543216 EEEEEE &&&&&& (13)

2.3 Modelo en CFD con AnsysLa Dinmica de Fluidos Computacional (CFD)es una herramienta que permite estudiar el flujode los gases al interior del generador trmico,mediante la solucin aproximada de lasecuaciones de continuidad, cantidad demovimiento y energa. Esta tcnica numricapermite evidenciar el efecto de la geometra y lacondicin de los gases. Los valores obtenidosmediante este mtodo, deben ser validadosmediante mediciones experimentales en modelosfsicos idnticos a los empleados durante las

simulaciones [6,7]

Para el estudio del comportamiento de los gasesde combustin del bagazo en la hornilla, slo seconsider el flujo de gases en el ducto, chimeneay en las partes en contacto con las respectivaspailas. Para ello, fue necesario realizar larepresentacin slo del ducto de la hornilla,teniendo presente el espacio que ocupan las

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pailas. En la Figura 3, se observa el modelogeomtrico de la hornilla obtenido con laherramienta Solid Edge.

Figura 3. Representacin de la geometra en 3D(CAD, SolidEdge)Figure 3. 3D geometry representation(CAD, SolidEdge)Luego de generar la geometra con el programaSolidEdge se procedi a importarla al procesadorAnsys y enmallar el volumen completo enGambit usando para ello una malla tetradrica.La simulacin en 3D se realiz debido a que noexiste la simetra entre los planos paralelos alflujo (los sectores de las pailas). Para este trabajose generaron 36132 nodos y 43509 elementos.

Figura 4. Modelo de la hornilla con la mallaFigure 4. Computational mesh to sugar cane burnstove2.4 SimulacinDespus de generar la geometra y el enmallado3D, se procedi a definir los valores de frontera,el modelo energtico y de radiacin. En el caso

de la hornilla panelera se debieron seleccionarlos anteriores mencionados, as como lascondiciones de frontera: temperatura terica deentrada y salida de los gases, temperaturaambiente, conductividad trmica del gas (aire),densidad y coeficiente de transferencia de calor.

El flujo por las paredes se despreci (no salecalor por stas en el modelo computacional).Para el desarrollo del modelo computacional queincluyen el modelo de turbulencia RNG ,[9,10], fue considerado el siguiente anlisis:

Conservacin de masa:

0)( =

j

i

pux

(14)

Conservacin de continuidad:

( ) ii

j

j

i

i

ji

i

ig

uu

xu

xpupu

xu

trmr +

+

+

-=

+

)(

(15)Conservacin de energa:

( ) tjj

aj

j

a Sx

T

xTCpu

xTC

t=

-

+

lr )(

(16)

Las ecuaciones del modelo RNG de turbulenciason:

Mbk

i

effk YGGx

k

xiDt

Dk--++

= remar

(17)

Rk

CGCG

kC

xxDt

D

bk

ieffk

i

--++

+

=

2

23

1

)(e

r

eema

er

ee

e

(18)

Donde:C1 y C 2son constantes con valores de 1,42 y1,68, respectivamente. El valor para C3e estdefinido en funcin de los componentes develocidad:

2

13 tanh:

u

uC e

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Osorio et al242

Los valores tericos del flujo de gases para lamodelacin computacional con CFD usandoAnsys, se muestran en la Tabla 1. Para eldesarrollo del modelo, se trabaj en lascondiciones de contorno con los modelos multi

especie y multifases activados. Como la hornilla

fue construida con ladrillos refractarios, seconsider adiabtica en su conjunto. Fueronasumidas condiciones en rgimen permanente yflujo turbulento, fluido incomprensible ypropiedades fsicas constantes.

Tabla 1. Valores tericos para el flujo de gases en el modelo en CFD con Ansys. Table 1. Theoretical values for the flow of gases in the model CFD with AnsysVariable trmica Unidades Valor

Temperatura en la cmara combustin en la entrada K 1300Temperatura en la chimenea en la salida K 401Temperatura ambiente K 300Densidad gas @1300 K Kg m3 0,2679Densidad gas @744 K Kg m3 0,4643Calor especfico gases de combustin J kg1 K1 1189Coeficiente de conveccin W m2 K1 24,4Flujo de calor de entrada W 1500x103

Presin de entrada Pa 0Velocidad del aire de salida m s1 14,1

2.5 Puntos de medicin de la temper atur aLos puntos donde fueron medidas lastemperaturas son mostrados en la Figura 3. Lostermopares tipo J fueron localizados en laentrada de la cmara de combustin, en laprimera (a 1 metro del inicio de la cmara decombustin), segunda (a 6,5 metros del inicio de

la cmara de combustin, tercera (a 10 metrosdel inicio de la cmara de combustin)y cuarta paila (a 14 metros del inicio de lacmara de combustin y en el inicio de lachimenea.2.6 Anlisis estadsticosLa medicin de la temperatura en cada uno delos puntos descritos, se realiz durante tresmoliendas, realizando para ello 10 repeticionespor molienda, obteniendo de esta manera la

media estadstica representativa. Laconcordancia entre los valores medidos y que sepredicen con el modelo computacional conAnsys, fueron evaluados calculando la mediacuadrada del error normalizado (NMSE).Cuando se presenta una alta concordancia entrelos valores medidos y predecidos, el NMSE,tiene un valor cercano a cero. As, lo s valores

menores de 0,25 de NMSE, son aceptados comobuenos indicadores de concordancia [11].

( )( )ComCpmCoCpNMSE

2-

=(19)

( )( )

n

CoiCpi

CoCp n -

=-

2

2

(20)3. RESULTADOS Y DISCUCINLa Tabla 2, da a conocer los principalesparmetros obtenidos en la evaluacin de lahornilla panelera GP 150. La temperaturaencontrada en la cmara se mantiene por encimade los 1000 C y la del inicio de la chimenea porel orden del los 400C,considerndose este aspecto adecuado, con

respecto a los parmetrosde diseorecomendados para este tipo de hornillastipoWard desarrolladas por CIMPA (Rango idealen la cmara 1000 1300 C y en lachimenea al inicio entre 400 y 500 C). Losanteriores datos, al igual que los obtenidos en losdiferentes puntos de las pailas, muestran unaestabilidad trmica de la hornilla, de acuerdo aestudios hechos por la referencias [2, 3,8].

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Tabla 2. Datos registrados en la Hornilla GP 150Table 2. Experimental data of the GP 150 burnerCmara de combustin Temperatura (C)

1067

Inicio de la Chimenea Temperatura (C) 412

Primera paila Temperatura (C)485

Segunda paila Temperatura (C) 748

Tercera paila Temperatura (C)816

Cuarta paila Temperatura (C) 1027

Presin baromtrica (kPa) 87

Condiciones ambientales Temperatura (C) 27

Humedad relativa (%) 74

Consumo de bagazo (kg h1 ) 316Datos del bagazo que alimenta la hornilla

Humedad del bagazo (base hmeda) (%) 22

Jugo obtenido en la extraccin (kg h1 ) 720

Bagazo verde producido (kg h1 ) 480

Humedad de bagazo verde (%) 58Datos de produccin del trapiche

Panela Producida (kg h1 ) 132

La Tabla 3 muestra el balance de masa obtenidoen las evaluaciones realizadas en la hornillapanelera GP 150. Los resultados indicaron que lahornilla tiene una aceptable estabilizacintrmica, generando menos exceso de aire en

lacombustin y menor relacin entre la cantidadde aire y la energa requerida para realizar lacombustin. Otro aspecto importante que dacuenta de la estabilizacin de la hornilla esel menor grado del flujo msico del aire ylos gases secos generados.

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Osorio et al244Tabla 3. Balance de masa de la hornilla GP 150 Table 3. Mass balance of GP 150 burner

Kg h1

Bagazo seco m& bs 246

Humedad del bagazo m& ab 70

Aire seco m& as 2193Entradas

Humedad del aire m& aa 42

Gases secos m& gs 2347

Vapor de agua en los gases de combustin m& at 251Salidas

Cenizas, residuos o inquemados 7Relacin aire combustible (kg aire kg1 combustible) 8,9

Exceso de aire (%) 69,12Error (%) 2,16

El balance de energa de la hornilla se muestraen la Tabla 4. Los valores de eficienciaenergtica y prdidas por las paredes, seencuentra dentro de los limites inferiores defuncionamiento de hornillas tipo CIMPA, quetrabajan con eficiencias energticas entre un 35 y45%, lo que verifica en algunas ocasiones lainestabilidad trmica

en el funcionamiento de la hornilla GP 150.Igualmente, los valores de prdidas energticasde los gases de combustin estn por encima delo recomendado en la literatura [1,3] (mximo45%), lo que puede deberse al inadecuado uso enalgunos instantes de la vlvula mariposa delsistema

Tabla 4. Balance de energa de la hornilla GP 150 en kW Table 4. Energy balance of the GP 150 burner in kWCombustible E&1

1209

Entradas Aire E&2 193

Gases de combustin E&3579

Evaporacin del aguaPanela

Utilizada en el

proceso E&5 Cachaza414

Salidas

Perdidas ( E&4 + E&6)410

Prdida en los gases de combustin (%) 69Eficiencia energtica (%) 30

ndices energticos o de la primera leyde la termodinmica (%)

Porcentaje de perdidas por paredes (%) 29,2

Para entrar a mejorar los aspectos evaluados conantelacin, como son la eficiencia trmica y laprdida de los gases de combustin de lahornilla, se procedi a realizar un modelobasados en el mtodo de los elementos finitos,bajo el paquete demecnica de los fluidoscomputacionales CFD, con el fin de llegaralavalidacin de un modelo con los datosexperimentales, que permitan mejorar

computacionalmente el diseo de la hornilla GP 150, y posteriormente en otra fase evaluar dichasmodificaciones a partir de trabajosexperimentales.La Figuras 5 muestra el modeloobtenido en Ansys del flujo de calor en lahornilla panelera. Se observa que en las primeraspailas cercanas de la cmara de combustin, laresistencia al flujo de calor es mayor, donde enlas hornillas paneleras, en esta parte del sistema

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(zona de evaporacin y concentracin de mieles)las prdidas de energa deben ser menores, paragenerar mayores acumulaciones de calor, en elproceso productivo, y deben presentar mayorflujo de calor una vez alcanzada la ltima pailacerca de la base de la chimenea. Este

comportamiento presentado en el modelocomputacional es un caracterstica que coincidecon la realidad del funcionamiento de este tipode trapiches paneleros [1,2,3].

Figura 5. Modelo de flujo de calor con AnsysFigure 5. Heat flow model with AnsysEn la Figura 6 se muestra la distribucin de de

temperaturas en el modelo en Ansys, mostrandoun comportamiento similar a lo encontrando enla Figura 5. Bsicamente la temperatura de losgases de combustin tienden a disminuir desde laentrada hasta su salida. La Tabla 5, muestran unacomparacin entre la media de los datosexperimentales y los valores obtenidos con elmodelo en Ansys. Tanto en los valoresencontrados con los datos experimentales, semuestra una distribucin adecuada de los gasesde combustin y sus temperaturas a lo largo delducto de la hornilla, en donde la temperatura en

la cmara de combustin alcanza valoressuperiores a los 1000 C y en la salida de lachimenea valores menores a los 200 C, deacuerdo a recomendaciones dada en la referencia[1]. Los anlisis estadsticos mostraron que lamedia cuadrada del error NMSE para todos los

experimentos fue menor a 0,25, lo que permiteconcluir que no existe una diferenciasignificativa entre los datos experimentales ytericos dados por el modelo.

Figura 6. Distribucin de temperatura modelado enAnsysFigure 6. Temperature distribution in the modellngwith AnsysTabla 5. Validacin de los datos experimentales con

los del modelo en AnsysTable 5. Experimental validation with the Ansysmodel.

Media msdesviacin

estndar-

x + s

Datoscon el

modeloen

Ansys

Mediacuadradadel errorNMSE

Cmara decombustin

1067 21,3 1027 0,24

Inicio de lachimenea 412 11,2 386 0,22

Primera paila 485 12,3 474 0,18

Segunda paila 748 14,5 753 0,19

Tercera paila 816 17,1 841 0,24Cuarta paila 1027 20,4 1001 0,20

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Osorio et al2464. CONCLUSIONESLa tcnica de dinmica de fluidos computacional(CFD) es una herramienta que puede serusadpara predecir las caractersticas energticasde hornillas paneleras ayudando en su rediseo y

optimizacin trmica.

AGRADECIMIENTOS:Ingeniero Agrcola Pablo Esa Agudelo Giraldo

e Ingeniero Mecnico scar Muoz Amay

Nomenclatura

a,b: constantes iguales a 2,9 e 0,75Cch: capacidad calorfica de la cachaza (kJ kg

1 K1 )Ca: capacidad calorfica del agua evaporada del jugo dela caa (kJ kg1 K1 )Ca: calor especifico (kJ kg

1 K1 )Cpi : valor predecidoCoi : valor medidoCpm : media del valor predecidoComi : media do valor medido

Cp: capacidad calorfica de la panela (kJ kg1 K1 )e: porcentaje de cenizas en el bagazo (%)ex: porcentaje de extraccin del molino (%)g : aceleracin debido a la gravedad (m s2 )

1E& : flujo energtico del bagazo hmedo (kW)

2E& : flujo energtico en el aire ambiente (kW)

3E& : flujo energtico en los gases de combustin (kW)

4E& : flujo energtico de los residuos (kW)

5E& : flujo energtico utilizado en el proceso (kW)

6E& : flujo energtico de las perdidas por transferencia

de calor a travs de las paredes (kW)Gb : generacin de la energa cintica, energa debido ala fluctuabilidad (kg m1 s2 )Gk : generacin de energa cintica de turbulenciadebido a la media de los gradientes de velocidad (kgm1 s2 )hat: entalpa de vapor de vapor saturado a la presinbaromtrica del sitio del trapiche (kJ kg1 )

ah2 : entalpa del vapor saturado de agua a temperaturaentrada (kJ kg1 )

ath3 : entalpa del vapor de agua a la temperatura de losgases de combustin (kJ kmol1 )

22Nh : entalpa del gas ideal nitrgeno a temperatura deentrada (kJ kg1 )

23Nh : entalpa del gas ideal nitrgeno a temperatura desalida (kJ kmol1 )

22Oh : entalpa del gas ideal oxgeno a temperatura deentrada (kJ kg1 )

23Oh : entalpa del gas ideal oxgeno a temperatura de

:bhm& flujo msico del bagazo hmedo (kg s1 )

:bsm& flujo msico de bagazo seco (kg s1 )

:cm& flujo msico de caa de azcar (kg s1 )

:chm& flujo msico de la cachaza (kg s1 )

:fm& flujo msico de agua formada por la combustindel hidrgeno presente en el bagazo (kg s1 )

:gcm& flujo msico de los gases de combustin (kg s1 ):gcm& flujo msico de los gases de combustin (kg s

1 )

:jm& flujo msico del jugo de caa (kg s1 )

:2N

m& flujo msico del N2 en los gases de combustin(kg s1 )

:2O

m& flujo msico del O2 en los gases de combustin(kg s1 )

:2aO

m& flujo msico del O2 en el aire seco (kg s1 )

:pm& flujo msico de panela producida (kg s1 )

:rm& flujo msico de slidos (kg s1 )PCI: poder calorfico inferior (kJ kg1 )s: contenido de residuos en el bagazoTg: temperatura de los gases de combustin (C)Tp: temperatura de punteo (C)Ts: temperatura superficial o de punteo (C)VCN: valor calorfico neto del bagazo (kJ kg1 )w: humedad del bagazo seco (decimal)x: exceso de aire en los gases de combustin (decimal)T1: diferencia entre las temperaturas de ebullicin yentrada de jugo (C)T2: diferencia entre las temperaturas del punto de lapanela y la entrada del jugo

T3: diferencia entre las temperaturas de produccin dela cachaza y la entrada de jugos (C)k: energia cintica turbulenta (m2 s2 )R: constante universal dos gases (8314,47 J kgmol1 K1)St: Trmino de fuente de energa (W m

3 )T: temperatura (K)t: tempo (s)u : componente de la velocidad (m s1 )

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entrada (kJ kmol1

COh3 : entalpa del COa la temperatura de los gases de

combustin (kJ kmol1 )

23COh : entalpa del CO2 a la temperatura de los gasesde combustin (kJ kmol1 )

hf: entalpa del agua como lquido saturado atemperatura ambiente (kJ kg1 )hfg: calor latente a la presin baromtrica de laubicacin del trapiche (kJ kg1 )

:aam& flujo msico del vapor de agua en el aire (kg s1 )

:aem& flujo msico del agua evaporada (kg s1 )

:abm& flujo msico del agua en el bagazo (kg s1 )

:asm& flujo msico del aire seco (kmol s1 )

:atm& flujo msico del agua en los gases de combustin(kmol s1 )

u1, u2 : componentes paralela y perpendicular de lasvelocidades del flujo al vector gravitacionaln : nmero de medidasw: contenido de humedad del bagazo hmedo, kg agua/kg productoxi: componente de la longitud (m)YM: contribucin de la dilatacin fluctuante en laturbulencia compresible global para la tasa dedisipacin (kg m1 s2 ): viscosidad dinmica (kg m1 s1 )eff: viscosidad efectiva (m

2 s)k : generacin de energa cintica debido a lavelocidad media gradientes (kg m1 s2 ) :generacin de energa cintica debido a lafluctuabilidad (kg m1 s2 ) : densidad (kg m3 )

REFERENCIAS[1] CORPOICA FEDEPANELA. Manual decaa de azcar para la produccin de panela.Bucaramanga: Corpoica Fedepanela, 2000.

[2] VELSQUEZ, H. Evaluacin energtica delos procesos productivos de la panela ypropuesta de diseo de una hornilla mejoradaGIPUN, Trabajo de promocin docente.

Universidad Nacional de Colombia, SedeMedelln, 2002.

[3] VELSQUEZ, H. I., CHEJNE, J.F., AND.AGUDELO, Y S. A. F. Diagnstico energticode los procesos productivos de la panela enColombia. Revista Facultad Nacional deAgronoma, 57, 12 26, 2004.

[4] CENGEL, Y., AND BOLES, M.Termodinmica. 5a ed. McGraw HillInteramericana, Mxico, 2006.

[5] INCROPERA, F., and DEWITT, D.Fundamentos de Transferencia de Calor. 4a ed.Pearson Prentice Hall, Mxico, 1999.

[6] VERSTEEG, H., AND MALASEKERA, W.An Introduction to Computacional FluidDynamics, The Finite Volume Method. 1a ed.Pearson Education, London, 1995.

[7] NIETO, C., MEJA, R., AND AGUDELO, J.Dinmica de fluidos computacional aplicada alestudio de regeneradores trmicos. Dyna, 71,143 155, 2004.

[8] MARTNEZ, H., AND ACEVEDO, Y X.,Caractersticas y estructura de la cadenaagroindustrial de la panela en Colombia.Documento de trabajo No. 12. Ministerio de

Agricultura y Desarrollo Rural, Bogot,Colombia2004..

[9] NORTON, T., D. W. SUN, J. GRANT, R,and FALLON E V. Dodd. Applications ofcomputational fluid dynamics (CFD) in themodeling and design of ventilation systems inthe agricultural industry: A review. BioresourceTechnology. 98, 23862414, 2007.

[10] LEE, I B., SADANOr, S., SUNG, S H.Evaluation of CFD Accuracy for the Ventilation

Study of a Naturally Ventilated Broiler House.JARQ, 41 (1), 53 64, 2007.

[11] ANDERSON, M.P., AND WOESSNER,W.W. Applied GroundwaterModellingSimulation of Flow and Advective1Transport (2nd Edition ed.), Academic Press.1992.