Abstract:
RESUMEN:
En esta tesis se presenta el diseño, construcción y caracterización de un Precalentador de Aire diseñado para una caldera de tubos de humo de 40CC. El objetivo del dispositivo es recuperar parte de energía residual, en forma de calor de los gases producto de la combustión. El recuperador de calor se integra por un banco de 18 termosifones aletados de acero A-179 de una pulgada de diámetro (0.0254 m), las aletas son helicoidales de aluminio de dos pulgadas de diámetro exterior (0.508 m.) Los termosifones se encuentran en arreglo escalonado. Las dimensiones del dispositivo son de 0.22m x0.24m x 0.5374 m. El recuperador se diseño para una caldera ubicada en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la ESIQIE-Zacatenco, a partir de un muestreo que se realizó de la temperatura, velocidad y composición de los gases producto de la combustión expulsados por la chimenea. Se empleó la metodología reportada por Ayala [1] aplicada al muestreo de la caldera y de los datos técnicos proporcionados por el fabricante de la misma. Se construyó el intercambiador de calor utilizando materiales comunes, de fácil adquisición y adecuados para resistir las condiciones bajo las que se encontrará expuesto el dispositivo. Se construyó la instalación experimental para llevar a cabo la caracterización del intercambiador de calor, integrada por un ducto de madera para la zona de condensación (aire) y una red de tubería de cobre de media pulgada para la zona de evaporación (agua). Las mediciones experimentales fueron realizadas en el Laboratorio de Ingeniería Térmica e Hidráulica Aplicada. El precalentador de aire se ensambló en dos configuraciones, 50% lE 50% lC y 27% lE 73%lC. Los caudales utilizados para la zona de evaporación fueron 2LPM, 3.5LPM, 6LPM y 10LPM de agua a 50°C, 60°C y 70°C. En esta zona de condensación fue utilizado aire con un Re: 1.054x10. Los termosifones fueron llenados a un 19.63% de su volumen total. La eficiencia del transporte de calor calculada para el dispositivo se encontró en el intervalo del 76% hasta 86%. La mayor eficiencia corresponde al caso en el que el agua a la entrada de la zona de evaporación es de 60°C y 10LPM. La caída de presión provocada por el banco de tubos en la zona de condensación permitirá instalar el dispositivo en una caldera sin necesidad de modificar su instalación, el ∆P se mantiene en el intervalo de 46.28 Pa s 48.47 Pa. Entre las ventajas del recuperador de calor se encuentra la alta eficiencia en el transporte de calor, aún cuando la temperatura del fluido en la zona de evaporación es moderada ( desde 50°C) comparada con la temperatura de los gases producto de combustión (204°C), lo que incita a utilizarlo para aplicaciones de recuperación de energía a partir de bajas temperaturas.
ABSTRACT:
This thesis presents design, construction and characterization of an Aire Preheater designed for a firetube boiler (40 CC). The objetive of the device is to recover part of the residual energy, in the form of heat, from the gases produced by combustion. The heat exchanger is integrated by a bank of 18 finned steel thermosyphons A-179 of one inch in diameter (0.0254 m), the fins are aluminum helical with two inches of outer diameter (0.0508 m). The thermosyphons are in a stepped arrangement. The dimensions of heat exchanger are 0.22m x 0.24m x 0.5374m. The boiler is located in the Unit Operations Laboratory of the ESIQIE Zacatenco. Measurements were made of temperature, speed and composition of the combustion gases expelled by the chimney. The methodology reported by Ayala [1] was used to sample the boiler. The experimental installation was built to carry out the characterization of the heat exchanger. It has a wooden duct for the condesation zone (air) and a network of copper pipes for the evaporation zone (water). The experimental measurements were made in the Applied Thermal and Hydraulic Engineering Laboratory. The heat recovery unit was assembled in two configurations, 50% lE 50% lC and 27% lE 73% lC. The flow rates used for the evaporation zone were 2LPM, 3.5LPM, 6LPM and 10LPM of water at 50°C, 60°C and 70°C. Air with a Re: 1.054x10 was used in the condensation zone. The thermosyphons were filled to a 19.63% volume. The efficiency of the calculated heat transport was found in the range of 76% to 86%, the highest efficiency corresponds to the case in which the water at the entrance of the evaporation zone was 60°C and 10LPM. The presure drop caused by the bank of pipes in the condensation zone will allow installing the device in a boiler without having to modify its installation, the ∆P stays in the range of 46.28 Pa to 48.47 Pa. Among the advantages of the heat recovery is the high efficiency in heat transport, even when the temperature of the fluid in the evaporation zone is moderate compared to the temperature of the combustion product gases (204°C), which prompts to use it to recover energy from low temperatures.
Description:
Tesis (Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica), Instituto Politécnico Nacional, SEPI, ESIME, Unidad Zacatenco, 2018, 1 archivo PDF, (165 páginas).