Diseño y construcción de un prototipo de sistema de bomba de calor para una secadora de cacao rotativa de flujo constante.

El presente trabajo surge de desarrollar un nuevo método de secado artificial a los ya conocidos, como es el secado solar y el secado artificial utilizando combustible diésel o gas, se indica estos por ser los más usados en la Ciudad de Machala y además de ayudar con una meta en el plan estratégico del Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) que establece que para el año 2018 -2022 en la agroindustria se desarrolle al menos una tecnología para el secado del cacao. Para el diseño del prototipo de sistema secado por bomba de calor primero se estableció un modelo numérico donde se resolvió las ecuaciones diferenciales parciales basadas en la segunda ley de Fick y la ecuación de conducción de calor de Fourier por elementos finitos utilizando Matlab, a estas resoluciones se añadieron las propiedades del aire húmedo y el balance de masa en un secador, para predecir el comportamiento de la temperatura y la humedad del aire de secado dentro de la cámara y de la variación de la humedad de las pepas de cacao en función del tiempo. A partir del modelo numérico se pudo enlazar con las ecuaciones termodinámicas de la bomba de calor y los conceptos de pérdidas de carga en los ductos para su diseño y poder establecer los flujos y las temperaturas en cada tramo del sistema. De la construcción del prototipo se realizaron pruebas para validar el modelo numérico de la variación de humedad de las pepas de cacao en función del tiempo y se obtuvo un error relativo medio de 10,88 % con respecto al experimental. Además, se obtuvo el error medio relativo de la temperatura y humedad a la salida de la cámara de secado de 4,32 y 10,5 % respectivamente. Con respecto al tiempo de secado se obtuvo una humedad en las pepas de cacao de un 8% en un tiempo de 21 horas, al comparar con el secado solar se obtuvo una reducción 30 % del tiempo.This work arises from developing a new artificial drying method to those already known, such as solar drying and artificial drying using diesel fuel or gas. These are indicated as being the most used in Machala, and also to help with a goal in the INIAP strategic plan which establishes that by the year 2018 -2022 in the agribusiness, at least one technological idea for drying cocoa must be developed. For the design of the prototype of a heat pump drying system, a numerical model was first established where the partial differential equations based on Fick's second law and the Fourier heat conduction equation by finite elements were solved using Matlab, to these resolutions humid air properties and mass balance were added in a dryer. To predict the behavior of the temperature and humidity of the drying air inside the chamber and of the variation of the humidity of the cocoa beans as a function of time. From the numerical model, it was possible to link with the thermodynamic equations of the heat pump and the concepts of pressure losses in the ducts for their design and to be able to establish the flows and temperatures in each section of the system. From the construction of the prototype, tests were carried out to validate the numerical model of the humidity variation of the cocoa beans as a function of time and a mean relative error of 10.88% was obtained with respect to the experimental one. In addition, the mean relative error of the temperature and humidity at the exit of the drying chamber was obtained at 4.32 and 10.5% respectively. Regarding the drying time, a humidity of 8% in the cocoa beans was obtained in 21 hours, when comparing with the solar drying a 30% reduction of the time was obtained