Caracterización experimental de un intercambiador de calor de recuperación de calor residual de una cocina a leña para agua caliente sanitaria.

Abstract

Esta memoria de título analiza el comportamiento energético de un equipo recuperador de calor. En primer lugar, se presentan datos sobre el impacto de los métodos de calefacción a leña sobre el medio ambiente y la salud de las personas. Luego, se presentan algunas soluciones comercializadas a nivel nacional para aumentar la eficiencia en el intercambio de calor con el ambiente, y para la producción de agua caliente; ya sea para calefacción o uso sanitario. El estudio se centra en este caso. Se caracteriza el banco de ensayos, con sus componentes y equipos de medición. Además, se establece la metodología de ensayos, mediciones, y cálculos posteriores para determinar distintas magnitudes como: tasa de quemado, temperaturas del agua, temperaturas de los gases de combustión, energías transferidas en el proceso, rendimiento energético, emisiones de material particulado, etc. Se realizan 5 ensayos con diferentes propósitos, utilizando leña de eucalipto como combustible, en distintas proporciones y condiciones de operación. A partir de los resultados, se analizan las características de la transferencia de calor en régimen transitorio, para las diferentes condiciones operacionales, y se calcula la energía transferida por los gases de combustión hacia el agua y al ambiente. Para el final de este informe, se deduce que, bajo las condiciones de medición del banco de ensayos, se incurren en varios errores que desvían los cálculos teóricos. Principalmente, en la medición de temperaturas tanto del agua como de los gases de combustión, datos con los cuales se determinan los flujos de energía del proceso, los que interfieren en los cálculos de rendimientos. Esto termina por explicar las diferencias entre los flujos de energía, por ejemplo, de los gases de combustión y el agua del estanque. Concretamente, los flujos de energía de los gases de combustión serían más bajos que los calculados teóricamente, la energía acumulada por el agua seria mayor. Estos dos hechos incrementan el rendimiento general del sistema, y disminuye el diferencial de energía en el proceso de transferencia de calor desde los gases de combustión hacia el agua del estanque. Los errores en las mediciones de temperatura vienen dados por la inexactitud que implica no medir la temperatura dentro del estanque, la temperatura media entre la salida y la entrada del estanque no se condice con la temperatura del agua dentro del estanque, lo que se corrobora con las tomas de termografía al estanque. Los resultados indican que para cada ensayo se obtuve un rendimiento diferente, siendo alrededor del 16 %, por otro lado, el equipo precipitador electroestático logro reducir hasta un 48 % las emisiones de material particulado para ensayos en las mismas condiciones de operación. Ambos resultados por debajo de lo esperado. Además, se describen algunas recomendaciones para la mejor adquisición de datos, y mejor calidad al banco de ensayos. Lo que disminuiría la brecha entre los cálculos energéticos teóricos y los reales, haciendo los futuros experimentos más precisos.

This title memory analyzes the energetic behavior of a heat recovery equipment. Firstly, data on the impact of wood heating methods on the environment and human health are presented. Then, some nationally marketed solutions are presented to increase the efficiency in heat exchange with the environment, and for the production of hot water; either for heating or sanitary use. The study focuses on this case. The test bank is characterized, with its components and measurement equipment. In addition, the methodology for tests, measurements, and subsequent calculations is established to determine different magnitudes such as: burning rate, water temperatures, combustion gas temperatures, energy transferred in the process, energy efficiency, particulate matter emissions, etc. Five tests are carried out with different purposes, using eucalyptus firewood as fuel, in different proportions and operating conditions. Based on the results, the characteristics of the heat transfer in transitory regime are analyzed, for the different operational conditions, and the energy transferred by the combustion gases towards the water and the environment is calculated. By the end of this report, it is deduced that, under the test bank measurement conditions, various errors are incurred that deviate from the theoretical calculations. Mainly, in the measurement of temperatures of both the water and the combustion gases, data with which the energy flows of the process are determined, which interfere in the performance calculations. This ends up explaining the differences between the energy flows, for example, of combustion gases and pond water. Specifically, the energy flows of the combustion gases would be lower than those calculated theoretically, the energy accumulated by the water would be higher. These two facts increase the overall performance of the system, and decrease the energy differential in the heat transfer process from the combustion gases to the pond water. The errors in the temperature measurements are given by the inaccuracy that implies not measuring the temperature inside the pond, the average temperature between the exit and the entrance of the pond is not consistent with the temperature of the water inside the pond, which is corroborated with the thermography shots to the pond. The results indicate that for each test a different performance was obtained, being around 16%, on the other hand, the electrostatic precipitator equipment managed to reduce particulate material emissions by up to 48% for tests under the same operating conditions. Both results lower than expected. In addition, some recommendations are described for the best data acquisition, and better quality to the test bank. Which would decrease the gap between theoretical and actual energy calculations, making future experiments more accurate.