Introducción

Secado se define como un proceso de eliminación de humedad debido a la transferencia de calor y masa en forma simultánea (^{Janjai & Bala 2012}; ^{El-Sebaii & Shalaby, 2012}). Este método es común en la conservación de alimentos (^{Ertekin & Yaldiz, 2004}). El proceso de secado se divide en dos etapas. La primera ocurre en la superficie del material a velocidad constante de secado, y es similar a la evaporación de agua en el ambiente. La segunda se lleva a cabo a velocidad decreciente de secado. La condición de la segunda etapa es determinada por las propiedades del material que se está secando (^{Can, 2000};^{El-Sebaii & Shalaby, 2012}).

El secado al sol es el método más antiguo utilizado para preservar productos agrícolas como granos, frutas y hortalizas (^{Belessiotis & Delyannis, 2011}). Sin embargo, este tipo de secado bajo condiciones climáticas hostiles conduce a pérdidas graves en la cantidad y calidad del producto (^{Pangavhane, Sawheny, & Sarsavadia, 2002}). Dichas pérdidas están relacionadas con la contaminación por suciedad, polvo e infestación por insectos, roedores y otros animales (^{Janjai & Bala 2012}; ^{Prakash, Laguri, Pandey, Kumar, & Kumar, 2016}). Por ello, la introducción de tecnología de secadores solares en países en desarrollo puede reducir las pérdidas postcosecha y mejorar significativamente la calidad del producto en comparación con métodos tradicionales, tales como el secado en sombra o directo al sol (^{Yaldiz, Ertekin, & Uzun, 2001}).

Uno de los sistemas de secado solar con mayor potencial es el tipo invernadero (SSSTI), ya que puede ser usado a escala industrial debido a su capacidad de procesamiento. Generalmente, su estructura es de barras de hierro galvanizadas, y la cubierta y paredes son de policarbonato. La pared frontal tiene entradas de aire. Se coloca una capa fina de productos sobre bandejas localizadas en plataformas elevadas de un solo nivel para facilitar la carga y descarga. La radiación solar al pasar por la cubierta calienta el aire, los productos y el piso de concreto. El aire caliente pasa a través de y sobre el producto absorbiendo su humedad. El aire húmedo, normalmente, se remueve del secador mediante extractores. Un diseño especial de secador solar tipo invernadero es aquel que tiene forma parabólica y es ventilado con extractores alimentados por un sistema fotovoltaico de energía solar (^{Janjai et al., 2009}).

^{Bala (1997)} fue uno de los pioneros en estudiar los fundamentos del proceso de transferencia de calor y masa del secador solar tipo invernadero. Otros investigadores han reportado resultados relacionados con transferencia de calor y masa en secadores solares tipo invernadero en forma de túnel (^{Hossain, Woods, & Bala, 2005}). Recientemente, se han propuesto modelos matemáticos de versiones mejoradas de secadores solares tipo invernadero (^{Janjai et al., 2009}) y secadores que utilizan energía solar fotovoltaica para controlar eficientemente la ventilación (^{Barnwal & Tieari, 2008}; ^{Janjai et al., 2009}).

Todo sistema de secado debe ser diseñado en forma apropiada para satisfacer los requerimientos de un producto específico y presentar su desempeño óptimo en cuanto a tiempos de secado y calidad final del producto. Lo anterior significa que las características (dimensiones, materiales de cubierta y estructurales, microclima, entre otros) del secador depende de factores ambientales y económicos. No obstante, los experimentos a gran escala con diferentes productos, estaciones del año y configuraciones del sistema pueden resultar muy costosos e imprácticos (^{Bala & Woods, 1994}). Por ello, el desarrollo de modelos matemáticos (estáticos y dinámicos) y simulaciones por computadora son una herramienta básica para predecir el comportamiento de un sistema de secado solar.

El desarrollo de modelos matemáticos de secadores solares es necesario para poder conocer los procesos físicos asociados con la deshidratación, y para controlar, diseñar y optimizar este sistema. Además de contribuir en el diseño de secadores, los modelos matemáticos son importantes en la operación del sistema, la calidad del producto a secar y el ahorro de energía (^{Prakash et al., 2016}). En un artículo de revisión reciente (^{Chauhan, Kumar, & Gupta, 2016}) sobre modelos térmicos de SSSTI, se enfatiza la importancia del uso de este tipo de modelos mecanicistas en el diseño y control de estos sistemas.

Un modelo matemático es una representación simplificada de un sistema. En general, se han aplicado tres enfoques para modelar matemáticamente el secador solar: modelos mecanicistas, modelos empíricos y modelos numéricos o de dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés). De acuerdo con ^{Bala y Janjai (2013)}, el futuro de las investigaciones referentes a secadores solares está encaminado al estudio de la optimización de la calidad del producto y de los parámetros de diseño mediante el uso de técnicas como la CFD.

El objetivo del presente trabajo es mostrar un panorama sobre los diferentes enfoques de modelación y simulación de secadores solares tipo invernadero, tanto de convección natural como forzada. Además, exponer los modelos usados para diseñar, optimizar y controlar el ambiente de este sistema. El problema se aborda tomando en cuenta la clasificación más general de los secadores solares tipo invernadero; la cual los incluye dentro de la categoría de secadores solares de convección natural (pasivos) y forzada (activos).

Clasificación de los secadores solares

Una forma de clasificar de manera general los secadores solares es de acuerdo con el mecanismo por el cual la energía utilizada para eliminar la humedad se transfiere al producto (^{Prakash & Kumar, 2013}; ^{Prakash & Kumar, 2014c}). De esta manera, se pueden identificar tres tipos: 1) secador solar directo, 2) secador solar indirecto y 3) secador solar de tipo mixto. Por otra parte, ^{Fudholi, Sopian, Ruslan, Alghoul, y Sulaiman (2010)} presentan una clasificación más precisa, en la cual toman en cuenta el diseño de los componentes del sistema y la forma en la que se utiliza la energía solar (Figura 1).

Figura 1 Clasificación de secadores solares para productos agrícolas (Adaptada de ^{Fudholi et al., 2010}). 

Secadores solares tipo invernadero

^{Vijayavenkataraman, Iniyan, y Goic (2012)} definen al secador solar tipo invernadero como un colector solar grande en el cual tiene lugar el proceso de deshidratado de un producto (agrícola, marino o pecuario). De acuerdo con ^{Prakash y Kumar (2014c)}, este tipo de secadores están incluidos en la categoría de directos o mixtos, dando por hecho que en ambas categorías existe un recinto con cubierta transparente; es decir, existe absorción de radiación solar sobre el producto. Asimismo, ^{Kumar, Tiwari, Kumar, y Pandey (2006)} afirman que una subclasificación de éstos puede ser de acuerdo con su estructura: 1) forma de domo, cuyo objetivo es aprovechar al máximo la radicación solar global, y 2) de techo plano, el cual promueve una mezcla adecuada del aire dentro del secador.

Una clasificación más general de este tipo de secadores incluye sólo dos categorías: 1) secador solar tipo invernadero pasivo (convección natural) y 2) secador solar tipo invernadero activo (convección forzada, ^{Bala & Debnath, 2012}; ^{Prakash & Kumar, 2013}, ^{Prakash & Kumar, 2014c}). En el primer caso, el flujo de aire se establece mediante las fuerzas de flotación del fluido generadas a partir de la diferencia de temperatura en distintos puntos del fluido. En el segundo, el flujo de aire es proporcionado mediante un ventilador operado por electricidad o combustible fósil.

En la Figura 2 se ilustra el principio de funcionamiento de un secador solar tipo invernadero. Se observa que el producto a secar es colocado en una capa para recibir la radiación solar que se transmite a través de una cubierta transparente, mientras que la humedad se remueve del sistema mediante convección natural o forzada (^{Sahdev, 2014}). Durante el proceso, una fracción de la radiación solar incidente sobre la cubierta se transmite al interior del secador, mientras que otra se refleja. Posteriormente, una fracción de la radiación transmitida se refleja en forma de longitud de onda corta de la superficie del producto hacia la atmósfera a través de la cubierta. La radiación restante se absorbe por el producto incrementando su temperatura, dando lugar a una radiación de longitud de onda larga, la cual no escapa hacia el ambiente externo debido a la presencia de la cubierta transparente. De este modo, se incrementa la temperatura en el interior del sistema.

La cubierta transparente también cumple con el objetivo de reducir la pérdida de calor por convección directa hacia el ambiente, y así evitar que la temperatura en el interior disminuya. La pérdida de calor o energía por convección y evaporación se producen en el interior del secador, del producto hacia sus alrededores. Finalmente, la humedad producida por la evaporación de agua del producto se retira del secador por una chimenea (convección natural) o por medio de un flujo de aire inducido por ventiladores (convección forzada, ^{Kumar, Tiwari, Kumar, & Pandey, 2006}).

Figura 2 Procesos físicos de radiación, convección y conducción que ocurren en un secador solar tipo invernadero (Adaptada de ^{Sahdev, 2014}). 

Modelación matemática de secadores solares tipo invernadero con convección natural

Una de las principales ventajas de los sistemas de secado solar con convección natural sobre los de convección forzada es que los primeros requieren una inversión económica relativamente menor gracias a su bajo costo de operación y mantenimiento (^{Bala & Debnath, 2012}). Por ello, a pesar de tener dificultades en el control de temperatura y una tasa limitada de secado, estos sistemas aparecen como una opción más viable para su uso a escala doméstica (^{Janjai & Bala, 2012}). De acuerdo con la literatura, para modelar matemáticamente los secadores solares tipo invernadero con convección natural se han usado tres tipos de modelos: mecanicistas, empíricos y numéricos o de CFD; estos últimos de forma muy incipiente.

Los modelos mecanicistas, también llamados teóricos, se basan en principios básicos, en particular en los procesos de transferencia de masa y energía que se llevan a cabo durante el secado y en el ambiente del invernadero-secador. Es posible obtener un modelo dinámico representado por un conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias (en general no lineales); esto mediante balances instantáneos de energía y materia en estado no estacionario en la cubierta para el aire dentro del invernadero, dentro del producto y en el piso del secador. Dado que el modelo resultante no es lineal, las soluciones son necesariamente numéricas. Algunos investigadores han estudiado, con este tipo de modelos, el cambio con respecto del tiempo de la temperatura del aire dentro del secador, el producto, el suelo y la cubierta, además del cambio en el contenido de humedad del producto durante el proceso de deshidratado (^{Kumar & Tiwari, 2006a}; ^{Farhat, Kooli, Kerkeni, Maalej, Fadhel, & Belghith, 2004}).

Por otro lado, algunos trabajos reportan el coeficiente de transferencia de calor por convección; el cual es un parámetro importante en la simulación de la tasa de secado, ya que la diferencia de temperatura entre el aire y el producto varía con este coeficiente (^{Anwar & Tiwari, 2001}). Lo anterior, ha sido abordado en secadores solares tipo invernadero con convección natural para el secado de khoa (^{Kumar, 2014}) y bajo condiciones de no-carga (^{Chauhan & Kumar, 2016}).

Aunque las cinéticas de secado pueden ser descritas usando propiedades de transporte conjuntamente con las del medio de secado, en productos agrícolas se emplea una constante de secado definida mediante la ecuación de capa fina (^{Togrul & Pehlivan, 2004}). Existen numerosos estudios en donde se han generado diferentes modelos. En el caso específico de secadores solares tipo invernadero pasivos, se han utilizado los modelos de capa fina para estudiar la cinética de secado de amaranto (^{Ronoh, Kanali, Mailutha, & Shitanda, 2010}), coco (^{Arun & Sreenarayanan, 2014}), pimiento rojo (^{Fadhel, Kooli, Farhat, & Belghith, 2014}) y tomate (^{Sacilik, Keskin, & Elicin, 2006}; ^{Demir & Sacilik, 2010}).

Hasta la fecha, los modelos basados en lógica difusa son una opción poco usada para modelar el clima de secadores solares. Recientemente, se ha iniciado el uso de modelos neuro-difusos (^{Prakash & Kumar, 2014a}) que combinan las ventajas de los sistemas de lógica difusa con redes neuronales artificiales.

También es posible obtener modelos espaciales representados mediante un conjunto de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, para varias variables del sistema, llevando a cabo balances integrales de materia y energía. Las ecuaciones resultantes, generalmente, no son lineales y requieren soluciones numéricas. Al igual que la lógica difusa, la CFD es una técnica que se ha usado solo en forma incipiente en la modelación de secadores solares tipo invernadero de convección natural (^{Lokeswaran & Eswaramoorthy, 2013}; ^{Somsila & Teeboonma, 2014}). De acuerdo con ^{Versteeg y Malalasekera (1995)}, las ventajas que proporciona el análisis mediante CFD respecto de los basados en experimentación, se pueden resumir en: reducción sustancial de tiempos y costos para la generación de nuevos diseños, posibilidad de analizar sistemas en condiciones difíciles de ejecutar experimentalmente, capacidad de estudiar sistemas bajo condiciones peligrosas y, finalmente, el nivel de detalle es prácticamente ilimitado. Es decir, los métodos experimentales son más caros cuando mayor es el número de puntos de medida; mientras que los códigos de CFD pueden generar un gran volumen de resultados sin costo añadido, con lo cual resulta más fácil hacer estudios paramétricos.

La CFD comprende las ecuaciones de Navier-Stokes, expresadas como un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales. Estas ecuaciones pueden ser representadas como se muestra en la Ecuación 1:

(1)

donde, 𝜕 es la derivada parcial, 𝜌 la densidad (kg·m^-3), t es el tiempo, ∇ la divergencia, ∅ es cualquier cantidad física modelada (por ejemplo, temperatura y humedad del aire, contenido de humedad del producto a deshidratar), 𝑢 es la velocidad del viento (m·s^-1), Г es el coeficiente de difusión (m²·s^-1) y 𝑆 es el término fuente.

En el Cuadro 1 se muestra un resumen y referencia de investigaciones sobre modelación matemática de secadores solares tipo invernadero con convección natural.

Modelación matemática de secadores solares tipo invernadero con convección forzada

De acuerdo con ^{Bala y Janjai (2013)}, el éxito alcanzado por los secadores con convección natural ha sido limitado debido a la baja tasa de flujo de aire inducido causada por la flotabilidad. Esto ha provocado que los investigadores concentren sus esfuerzos en el desarrollo de secadores solares con convección forzada operados mediante energía proveniente de la red eléctrica, de combustibles fósiles, y principalmente, del uso de paneles fotovoltaicos (PF). Este tipo de secadores tienen algunas ventajas sobre los de convección natural, entre ellas: son utilizados a escala industrial por la gran capacidad de carga de producto que pueden secar y las variables del microclima pueden ser controladas de manera más precisa.

En la actualidad, uno de los modelos de secadores más difundidos a nivel de investigación y comercial es el secador solar tipo invernadero de forma parabólica PF-ventilado. Este se desarrolló en el Laboratorio de Investigación en Energía Solar, en la Universidad de Silpakorn, Tailandia (^{Bala & Janjai, 2013}).

A diferencia de los secadores solares pasivos, en los activos los trabajos de investigación se han limitado al uso de modelos teóricos y empíricos, dejando de lado la aplicación de la CFD, la cual aún necesita probarse en este sistema.

En secadores solares tipo invernadero de convección forzada, también se ha estudiado el comportamiento temporal, tanto de la temperatura como de la humedad del producto; esto gracias al desarrollo de modelos basados en balances de masa y energía que finalmente concluye en un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias o parciales. Es importante resaltar que, para el desarrollo del balance de energía en estado no estacionario, los investigadores asumen varios supuestos que permiten simplificar el sistema y procesos modelados (^{Jain & Tiwari, 2004b}; ^{Kumar & Tiwari, 2006a}; ^{Janjai et al., 2009}; ^{Tiwari, Tripathi, & Tiwari, 2016}):

Los modelos teóricos dinámicos planteados por diferentes autores pueden definirse en forma genérica mediante una ecuación diferencial ordinaria de primer orden no-lineal de la forma:

(2)

donde x Є R ⁿ , u Є R ^m , p Є R ^q y x ₀ Є R ⁿ . El vector de las variables de estado (x) contiene las variables que caracterizan al sistema, tales como temperatura (del aire, producto y cubierta), razón de humedad en el interior del secador y contenido de humedad del producto a deshidratar. El vector de entrada (u) contiene variables que expresan el efecto del ambiente sobre el comportamiento del sistema, tales como temperatura y humedad del aire exterior; así como la radiación solar global y tasas de ventilación. El vector (p) representa los parámetros termodinámicos del modelo, tales como los coeficientes de transferencia de calor por conducción, convección y radiación. En general, f es una función vectorial no-lineal, por lo que el modelo dinámico no tiene solución analítica y este debe ser resuelto mediante integración numérica. Como el estado recoge toda la información del sistema en un instante, es posible definir la relación de la variable de salida (y) con el estado y la entrada. Esta ecuación algebraica general no lineal se denota como:

(3)

Algunas variables de salida de los modelos matemáticos de un secador solar son los mismos estados o una trasformación de ellos; ya que esto permite su comparación con los datos medidos por los sensores. Dado que los sistemas resultantes de ecuaciones son altamente no lineales, su solución es necesariamente numérica. El método más empleado para la solución del sistema resultante es el de diferencias finitas (^{Janjai, Srisittipokakun, & Bala, 2008}; ^{Janjai et al. 2009}; ^{Janjai, Intawee, Kaewkiew, Sritus, & Khamvongsa, 2011}; ^{Janjai, 2012}; ^{Janjai, Phusampao, Nilnont, & Pankaew, 2014}; ^{Jitjack, Thepa, Sudaprasert, & Namprakai, 2016}).

Existen investigaciones que incluyen el desarrollo de modelos para simular el proceso de secado (^{Bekkioui, Hakam, Zoulalian, & Sesbou, 2011}; ^{Aghbashlo, Müller, Mobli, Madadlou, & Rafiee, 2015}; ^{Azaizia, Kooli, Elkhadraoui, Hamdi, & Guizani, 2017}), la eficiencia térmica del secador (^{Almuhanna, 2012}; ^{Tiwari et al., 2016}) y la obtención del coeficiente de transferencia de calor por convección durante el secado de cebolla (^{Kumar & Tiwari, 2007}), uva (^{Barnwal & Tiwari, 2008}) y papad (^{Kumar, 2013}). Incluso, es posible encontrar modelos matemáticos mecanicistas; los cuales han sido utilizados conjuntamente con modelos económicos para encontrar las dimensiones óptimas para un secador solar de chile (^{Hossain et al., 2005}).

Los modelos de capa fina en secadores solares tipo invernadero de convección forzada se han empleado en tomate (^{Prakash & Kumar, 2014b}). A diferencia de los modelos teóricos, los empíricos permiten resumir datos y relacionar variables de entrada y salida de un sistema. Las redes neuronales artificiales son modelos empíricos o de caja negra, no-lineales, que han sido usados para describir y explicar el comportamiento del proceso de secado de yaca (^{Bala, Ashraf, Uddin, & Janjai, 2005}) y hojas de caucho (^{Janjai, Piwsaoad, Nilnont, & Pankaew, 2015}) en este tipo de secadores. Las redes neuronales artificiales requieren de una gran cantidad de datos y mucho tiempo de entrenamiento para quien las utiliza. También, la lógica difusa ha sido aplicada en la predicción de la tasa de evaporación en azúcar de palmera (^{Prakash, Kumar, Kaviti, & Kumar, 2015}) y en modelos neuro-difusos para simular el comportamiento de un secador tipo invernadero bajo condiciones de no-carga.

En el Cuadro 2 se muestra un resumen y la cita de investigaciones referentes a modelación matemática en secadores solares tipo invernadero de convección forzada.

Modelación de secadores solares tipo invernadero con convección natural y forzada

Algunos investigadores han optado por desarrollar trabajos complementarios, en los cuales han expuesto un modelo térmico para un secador tanto con convección natural como forzada (Cuadro 3; ^{Jain & Tiwari, 2004b}). Cabe destacar que estos trabajos se han concentrado en el estudio del coeficiente de transferencia de calor (^{Jain & Tiwari, 2004a}; ^{Tiwari, Kumar, & Prakash, 2004}) y masa (^{Kumar & Tiwari, 2006b}; ^{Kumar, Kasana, Kumar, & Prakash, 2011}) por convección para distintos productos agrícolas.

Análisis crítico

Hasta ahora, los modelos matemáticos dinámicos propuestos para secadores solares tipo invernadero han sido principalmente teóricos y describen la tasa de secado de un producto agrícola, o bien, el comportamiento de las variables del microclima dentro del secador. Normalmente, estos modelos son evaluados mediante datos recabados en experimentos; sin embargo, no han sido resultado de la aplicación de todas las etapas que contempla el procedimiento de generación de modelos dinámicos de sistemas (^{van Straten, 2008}). No se han encontrado en la literatura estudios sobre análisis de sensibilidad, estimación de parámetros (calibración), análisis de incertidumbre y evaluación en secadores solares. Estos análisis son necesarios para conocer el comportamiento de los modelos e incrementar la confiabilidad de sus predicciones antes de ser usados en diseño, optimización y control. Tampoco se ha explorado en qué medida la calidad predictiva de un modelo matemático dinámico puede ser mejorada mediante métodos de asimilación de datos, como filtros de Kalman no lineales, filtrado de partículas y asimilación de datos variacional. Por lo tanto, esta puede ser una línea de investigación nueva. Además de desarrollar modelos dinámicos, se requiere aplicar la teoría de sistemas para generar modelos realistas.

El método de diferencias finitas es el más usado para resolver ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales propuestas por algunos autores para dar cuenta del cambio de la variable temperatura y humedad de diferentes componentes del sistema secador (^{Janjai et al. 2009}; ^{Janjai, 2012}). Una línea posible de investigación es el uso de métodos numéricos clásicos como el de Euler, Runge-Kutta de segundo orden, Runge-Kutta de cuarto orden o métodos para sistemas rígidos para la integración de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales (^{Press et al., 1997}). Estos métodos se encuentran disponibles en ambientes de simulación como Matlab-Simulink, Fortran Simulation Translator (FST), lenguaje de programación R, entre otros. También, pueden codificarse con un lenguaje de programación genérico como C o FORTRAN.

No obstante, rara vez se han usado los modelos dinámicos de secadores solares tipo invernadero en el planteamiento y solución de problemas de optimización dinámica mediante la aplicación de la teoría de control óptimo. Esta es una posible línea de investigación, ya que el secador solar puede operarse de forma óptima haciendo un uso mínimo de energía. También se puede buscar optimizar el tiempo de secado combinando la energía solar con otras fuentes de energía (^{Gallestey & Paice, 1997}).

Existen pocos trabajos enfocados en el uso de redes neuronales artificiales, sistemas de lógica difusa y modelos neuro-difusos para modelación de secadores solares tipo invernadero. La principal ventaja de estos métodos es que permiten obtener un modelo matemático del sistema a partir de datos experimentales de las señales de entrada y salida sin necesidad de tener un conocimiento detallado de los procesos físicos que ocurren en un SSSTI. Además, el proceso de generación de estos modelos es más corto comparado con el tiempo que requiere un modelo mecanicista o de CFD. Referente a los modelos autorregresivos con entradas exógenas (ARX), estos pueden utilizarse como una alternativa a los modelos mecanicistas o teóricos para optimizar y controlar el secador solar y el proceso de secado.

Por otro lado, es importante resaltar que el estudio de secadores solares tipo invernadero mediante CFD sigue siendo un campo de interés; ya que hasta la fecha este problema no ha sido abordado con detalle y la poca investigación que existe se ha centrado en el secador sin producto en su interior. Además, el diseño de este tipo de tecnología, normalmente, se ha utilizado en el enfoque experimental; debido a que, determinar el comportamiento y eficiencia de un diseño con certeza requiere la construcción de modelos a escala. Lo anterior requiere de tiempos largos e incluso considerables presupuestos para la obtención de resultados precisos.

Los resultados derivados de la simulación mediante CFD permiten conocer, de una forma rápida y económica, el comportamiento de las variables del microclima dentro del secador en función de las variables de diseño del mismo. Es decir, es posible conocer el comportamiento espacial (variación espacial) de la temperatura (del aire, cubierta, suelo y producto), humedad, velocidad y dirección del aire en función de la geometría del secador (techo plano, parabólico, esférico, entre otros), su orientación, el mecanismo de ventilación, las propiedades físicas de los materiales y las dimensiones del prototipo. Los resultados producidos por la CFD constituyen una base fidedigna a partir de la cual es posible considerar nuevas medidas de diseño de secadores solares tipo invernadero. Por lo tanto, existe un potencial enorme de los modelos de CFD bidimensionales o tridimensionales, no solo para entender mejor el comportamiento espacial de las variables de interés, sino también para mejorar el diseño y optimizar este sistema.

Conclusiones

Se han desarrollado múltiples modelos teóricos y empíricos para la simulación de procesos y variables dentro de un secador solar tipo invernadero. Sin embargo, son muy limitadas las investigaciones relacionadas con la aplicación de este tipo de modelos en el manejo de los secadores solares mediante la aplicación de diferentes algoritmos de control y enfoques de la Teoría de Sistemas y Control (como control clásico, óptimo, predictivo, adaptable e inteligente) para obtener el desempeño deseado. Por lo tanto, el desarrollo de sistemas de control para mejorar el desempeño de secadores solares tipo invernadero es una línea de investigación a desarrollar.

Para que los modelos dinámicos del ambiente del secador solar sean una herramienta para conocer mejor el funcionamiento y sean útiles para diseñar, optimizar y controlarlo, la generación de su estructura debe complementarse con análisis de sensibilidad, calibración, evaluación, análisis de incertidumbre y asimilación de datos.

En el caso de los modelos de capa fina, se hace difícil su uso en secadores solares tipo invernadero, ya que están estructurados en función del tiempo; sin embargo, el parámetro más importante a considerar es la radiación global, esto debido a que depende en gran medida de la temperatura en el interior del secador. Por ello, es necesario generar modelos de este tipo que incluyan en su estructura el comportamiento de la radiación a lo largo del día.

Los modelos matemáticos que permiten estudiar el comportamiento espacial de un secador solar tipo invernadero, representado por ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, utilizan soluciones numéricas basadas en dinámica de fluidos computacional; los cuales, solo se han aplicado de manera incipiente. Por lo tanto, existe gran potencial para investigaciones como una herramienta muy importante que puede contribuir en la generación de un diseño de secador solar, cuya distribución de las variables climáticas en el interior sea la más adecuada.