Diseño y construcción de un prototipo de recuperador de calor por placas para calentamiento de aire para el Laboratorio de Energía de la Carrera de Ingeniería Mecánica
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Date
2021-01
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
This project was developed in order to recover the residual heat of the combustion gases,
taking advantage of it for air heating. Information collection was done by reviewing
functional characteristics, material types, and board configurations. Subsequently it began
with the design of the ducts so that the flow circulates without complications, a detachable
exchanger core was built allowing easy cleaning. The square configuration for airflow and
trapezoidal for the flow of exhaust gases by way of forming ducts was determined on the
plates, all in aluminium. For the supply of fresh air a low pressure centrifugal fan-extractor
was chosen and to maintain the temperature glass mineral wool was placed, all these
materials were selected according to criteria such as: cost, availability, thermal
conductivity and flow rates.
By means of calculations of forced convection in internal flow, the temperatures, speeds
and pressure drop of the flows were determined, for validation a finite element analysis
software was used to determine the increase in air temperature, being the inlet temperature
of the exhaust flow, inlet temperature and fresh air flow rate of 105 degrees Celsius , 20
degrees Celsius and 20 meters per second, respectively; reaching an increase of 11.3
degrees Celsius and an output speed of 13 meters per second in the airflow. Experimental
tests showed an air outlet temperature of 58 degrees Celsius with the following
parameters, exhaust gas temperature at 90 degrees Celsius and 0.01 cubic meters per
second, 7 meters per second and 20 degrees Celsius from fresh air. In addition, the crossflowing heat exchanger handles flow rates between: 0.01 to 0.05 cubic meters per second
and temperatures between: 20 to 105 degrees Celsius.
Description
El presente proyecto se desarrolló con el fin de recuperar el calor residual de los gases de
combustión, aprovechándolo para el calentamiento de aire. La recopilación de
información se realizó mediante revisión de características funcionales, tipos de
materiales y configuraciones de placas. Posteriormente se dio inicio con el diseño de los
ductos para que el flujo circule sin complicaciones, se construyó un núcleo intercambiador
desmontable permitiendo una limpieza fácil. En las placas se determinó la configuración
cuadrada para el flujo de aire y trapezoidal para el flujo de gases de escape a razón de
formar ductos, siendo todas en aluminio. Para el suministro de aire fresco se eligió un
ventilador-extractor centrifugo de baja presión y para mantener la temperatura se colocó
lana mineral de vidrio, todos estos materiales se seleccionaron de acuerdo a criterios
como: costo, disponibilidad, conductividad térmica y caudales.
Mediante cálculos de convección forzada en flujo interior se determinó las temperaturas,
velocidades y caída de presión de los flujos, para su validación se utilizó un software de
análisis por elementos finitos logrando determinar el incremento de temperatura del aire,
siendo la temperatura de entrada del flujo de gases de escape, temperatura de entrada y
velocidad del flujo de aire fresco de 105 grados centígrados, 20 grados centígrados y 20
metros por segundo, respectivamente; alcanzando un incremento de 11.3 grados
centígrados y una velocidad de salida de 13 metros por segundo en el flujo de aire. Las
pruebas experimentales mostraron una temperatura de salida del aire de 58 grados
centígrados con los siguientes parámetros, temperatura de gases de escape a 90 grados
centígrados y 0.01 metros cúbicos por segundo, 7 metros por segundo y 20 grados
centígrados del aire fresco. Además, el intercambiador de calor de flujo cruzado maneja
caudales entre: 0.01 a 0.05 metros cúbicos por segundo y temperaturas entre: 20 a 105
grados centígrados.
Keywords
RECUPERADOR DE CALOR, CALENTAMIENTO DE AIRE, VENTILADORES CENTRÍFUGOS, VENTILADORES DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA, VENTILADORES DE RECUPERACIÓN DE CALOR, MECANISMOS DE LA CONVECCIÓN, TRANSFERENCIA DE CALOR, RUEDA ROTATIVA