Uso de los análisis de exergía y transferencia de calor para identificar ahorros potenciales de energía en calderas pirotubulares

En este artículo se examina el uso de los análisis de exergía y transferencia de calor para ser aplicados en una caldera pirotubular, con los propósitos de determinar ahorros potenciales de energía y cuantificar el efecto que tiene la presencia de depósitos de naturaleza mineral en la operación e in...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores: Mazuera Dorado, Héctor Andrés, Rojas Galvez, Brancen Andrés, Castang Montiel, Carlos Eduardo
Tipo de recurso: artículo
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2014
País:Colombia
Institución:Universidad Autónoma de Occidente
Repositorio:RED: Repositorio Educativo Digital UAO
Idioma:español
OAI Identifier:oai:red.uao.edu.co:10614/10689
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/10614/10689
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Palabra clave:Caldera pirotubular
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description En este artículo se examina el uso de los análisis de exergía y transferencia de calor para ser aplicados en una caldera pirotubular, con los propósitos de determinar ahorros potenciales de energía y cuantificar el efecto que tiene la presencia de depósitos de naturaleza mineral en la operación e integridad estructural. La caldera se dividió en tres zonas que comprenden: la cámara de combustión, el intercambiador de calor y la chimenea, las cuales se estudian en detalle. Así mismo, se calculan los coeficientes de transferencia de calor por convección al interior y exterior de un tubo del intercambiador de calor, la tasa de transferencia de calor y la caída de temperatura a través de un tubo sin incrustaciones y otro con incrustaciones. Los resultados muestran que la eficiencia exergética de la caldera fue del 27,2 %, donde el proceso de intercambio de calor se constituye como el mayor contribuyente a la destrucción de exergía, seguido de la cámara de combustión y la chimenea. Los coeficientes de convección para los gases de combustión y el agua se cuantificaron en 68,5 W/m2 °C y 4245,5 W/m2 °C, respectivamente. Se determinó para un tubo la disminución del flujo de calor en 830 W ante una capa de tipo sílice de 0,1 mm, así como un aumento de la temperatura de la superficie interna en 63 °C. Los análisis aplicados sugieren que se pueden conseguir grandes ahorros energéticos por efecto de recuperar parte de la energía de los gases de combustión, mantener un adecuado porcentaje de exceso de aire y precalentar el agua de alimentación. Además, los depósitos de tipo sílice, a diferencia de los sulfatos y carbonatos de calcio, pueden −a espesores pequeños− aumentar considerablemente el consumo de combustible y generar fallas en los tubos por termofluencia.
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Así mismo, se calculan los coeficientes de transferencia de calor por convección al interior y exterior de un tubo del intercambiador de calor, la tasa de transferencia de calor y la caída de temperatura a través de un tubo sin incrustaciones y otro con incrustaciones. Los resultados muestran que la eficiencia exergética de la caldera fue del 27,2 %, donde el proceso de intercambio de calor se constituye como el mayor contribuyente a la destrucción de exergía, seguido de la cámara de combustión y la chimenea. Los coeficientes de convección para los gases de combustión y el agua se cuantificaron en 68,5 W/m2 °C y 4245,5 W/m2 °C, respectivamente. Se determinó para un tubo la disminución del flujo de calor en 830 W ante una capa de tipo sílice de 0,1 mm, así como un aumento de la temperatura de la superficie interna en 63 °C. Los análisis aplicados sugieren que se pueden conseguir grandes ahorros energéticos por efecto de recuperar parte de la energía de los gases de combustión, mantener un adecuado porcentaje de exceso de aire y precalentar el agua de alimentación. Además, los depósitos de tipo sílice, a diferencia de los sulfatos y carbonatos de calcio, pueden −a espesores pequeños− aumentar considerablemente el consumo de combustible y generar fallas en los tubos por termofluencia.In this paper, the use of exergy and heat transfer analysis for application in a firetube boiler are examined, for purposes of determining potential energy savings and quantify the effect of the formation of scale on the heat exchanger surfaces in the operation and structural integrity. The boiler was divided into three zones comprising the combustion chamber, heat exchanger, and the chimney, which are studied in detail. Also, the heat transfer coefficients are calculated inside and outside of a heat exchanger tube, the heat transfer rate and the temperature drop through a tube with and without scale. The results show that the exergy efficiency of the boiler was 27,2%, where the heat exchanger is the major contributor for exergy destruction followed by combustion chamber and chimney. Convection coefficients for the combustion gases and the water were measured at 68,5 W/m2 °C and 4245,5 W/m2 °C, respectively. Reducing the flow of heat at 830 W with a silica type of 0,1 mm and a temperature rise of the inner surface at 63 °C was determined for a tube. Applied analysis, suggest that there are great energy savings as a result of recovering part of the heat of the flue gases, maintain an adequate percentage of excess air and preheat the feed-water. Furthermore, storage type silica, unlike calcium sulfate and carbonate, a small thickness can generate failure creep tubes and significantly increase fuel consumptionUniversidad Autónoma de Occidente2019-02-25T20:12:08Z2019-02-25T20:12:08Z2014-12Artículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501Textinfo:eu-repo/semantics/articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTREFinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdf11 páginasapplication/pdf01210777http://hdl.handle.net/10614/10689spaEl hombre y la máquina No. 45, (jul.-dic. 2014)17457Mazuera, H., Rojas, B., & Castang, C. (2014). Uso de los análisis de exergía y transferencia de calor para identificar ahorros potenciales de energía en calderas pirotubulares. El Hombre y la Máquina, (45), 7-17. http://hdl.handle.net/10614/10689El hombre y la máquinaBaumeister, T., Avallone, E. & Baumeister III, T. (1990). Marks manual del ingeniero mecánico. 2 ed. Vol. 1. Bogota: McGraw HillBeggs, C. (2002). 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Use of energy and exergy analysis in coal fired boiler. International Journal of Multidisciplinary Sciences and Engineering, 5, 3.Penninger, A. (2008). Heat engines and boilers. University of Technology and Economics. Recuperado de ftp://ftp.energia.bme.hu/pub/bsc/BOILERS.pdfRolle, K. (2006). Termodinámica. 6 ed. México: Pearson Prentice HallSaidur, R., Ahamed, J. & Masjuki, H. (2010). Energy, exergy and economic analysis of industrial boilers. Energy Policy, 38, 2188 - 2197Thome, J. (2006). Boiling heat transfer on external surfaces. In Engineering Data Book III. Alabama: Wolverine Tube.Thompson, J. (2011). Effect of scale on tube plate temperature. Technical Bulletin. Recuperado de http://www.johnthompson.co.za/files/leftpdfs/83_scaling_final.pdf.Universidad Autónoma de Occidente. Calle 25 115-85. 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