Análisis de parámetros para la mejora de eficiencia en quemadores de tubo radiante de dos pasos
No Thumbnail Available
Date
2025-02
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
The presence of challenges related to energy efficiency losses, thermal non-uniformity, heat utilization, and increased pollutant emissions leads to limited operation, thus affecting its performance. This research proposes an analysis of thermal and technical parameters influencing the efficiency of a two-pass radiant tube burner through an experimental and analytical approach.
Various relevant thermal parameters were analyzed to improve the energy performance of the two-pass radiant tube burner. These parameters include heat transfer mechanisms, flame behavior, air-fuel ratio, preheating of the mixture, and temperature distribution, the latter of which was analyzed using advanced thermal analysis software. The description of technical features to enhance thermal performance was linked to the analysis and evaluation of the experimental prototype.
An air-to-air heat exchanger was incorporated while maintaining the same pressure settings for air and fuel. Measurement tools such as thermographic cameras and anemometers were used to support the evaluation of alternatives. Thermodynamic calculations, heat transfer, performance, and efficiency analyses were conducted for two configurations: with ambient temperature oxidant and with preheated air.
As a result, the two-pass radiant tube burner’s performance increased from 8.66 to 17.15 percent, and the air temperature inside the heat exchanger rose from 20 to 40 degrees Celsius. Additionally, the flame behavior improved from being irregular and elongated with oscillations to becoming a uniform, compact, and controlled flame.
Description
La presencia de desafíos relacionados con las pérdidas de eficiencia energética, falta de uniformidad térmica, aprovechamiento de calor y aumento de emisiones contaminantes provocan un funcionamiento limitado, afectando así su rendimiento. La investigación, plantea un análisis de parámetros térmicos y técnicos que incidan en la eficiencia de un quemador de tubo radiante de dos pasos mediante un enfoque experimental y analítico.
Se analizaron diferentes parámetros térmicos relevantes para mejorar el rendimiento energético del quemador de tubo radiante de dos pasos. Entre estos se incluyen; mecanismos de transferencia de calor, comportamiento de flama, relación aire – combustible, precalentamiento de mezcla y distribución de temperaturas, este último se analizó en un software avanzado de análisis térmico. La descripción de características técnicas para mejorar el desempeño térmico estuvo vinculada al análisis y evaluación del prototipo experimental. Se incorporó un intercambiador de calor tipo aire – aire manteniendo el mismo ajuste de presión para aire y combustible. Se emplearon herramientas de medición como cámaras termográficas y anemómetros que aportaron a la evaluación de alternativas. Se realizaron cálculos termodinámicos, de transferencia de calor, rendimiento y eficiencia en dos configuraciones; con comburente a temperatura ambiente y con precalentamiento de aire.
Como resultado se evidenció que el quemador de tubo radiante de dos pasos incrementó su rendimiento de 8.66 a 17.15 por ciento y la temperatura de aire al interior del intercambiador pasó de 20 a 40 grados centígrados. Además, el comportamiento de la flama pasó de ser irregular y alargada con oscilaciones a ser una flama uniforme, compacta y controlada.
Keywords
QUEMADOR DE TUBO, TUBO RADIANTE, RELACIÓN DE MEZCLA, PRECALENTAMIENTO DE AIRE, PÉRDIDAS TÉRMICAS, DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURAS, TRANSFERENCIA DE CALOR, FLAMA, APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO, EFICIENCIA ENERGÉTICA