CONGRESO REGIONAL de ciencia y tecnología NOA 2002

Secretaría de Ciencia y Tecnología Universidad Nacional de Catamarca

PRODUCCIONES CIENTÍFICAS. Sección: Ciencias de la Ingeniería, Agronomía y Tecnología.

Sistemas Auxiliares para Acondicionamiento de Invernaderos y Secaderos Solares utilizando Biomasa como Combustible #. Autores: Rodriguez, C. y Iriarte, A.1. Dirección:

[email protected] INENCO, Catamarca. Facultad de Ciencias Agrarias - UNCa M. Quiroga 93 - 4700 Catamarca, Argentina.

Introducción: El uso racional de los recursos naturales permite considerar la potencialidad de todas las alternativas disponibles para la satisfacción de determinados requerimientos humanos. En particular en el campo energético, la elección de la forma más apropiada de abastecimiento debe tener siempre en cuenta aquellos factores que hacen a la disponibilidad local, al costo y a la conveniencia de utilizar el combustible menos noble que permita satisfacer el requerimiento. Las características propias de la biomasa, por ser un combustible autóctono y renovable, la simplicidad de las tecnologías para su conversión en diversos tipos de energía útil y la facilidad de manejo que presenta su utilización, hacen que se constituya en una alternativa válida para las áreas rurales, en donde uno de los aprovechamiento más comunes es la utilización de residuos de explotaciones forestales y agropecuarias. Por otro lado, los requerimientos de energía térmica para producciones intensivas y de alta calidad, son de cierta consideración. En el acondicionamiento térmico de invernaderos y secaderos, la fuente más importante dentro del campo de las energías renovables es sin duda la energía solar. Sin embargo, su aprovechamiento directo se encuentra limitado a rangos de

# Parcialmente financiado: UNCa, INTA 1 Investigador del CONICET

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potencias sumamente bajos por la carencia de tecnologías apropiadas desde el punto de vista técnico-económico. Por las características de nuestra región, una fuente no convencional como la energía solar y la biomasa proveniente de desechos agrícolas y forestales son complementarias ya que ésta última puede ser usada en periodos de escasez o baja disponibilidad de la primera. En este trabajo se propone dos sistemas alternativos pera ser utilizados como auxiliares para calentamiento de invernaderos y secaderos: un calentador de agua y uno de aire. Se analiza un modelo teórico de funcionamiento y se define una metodología de cálculo. Se realiza una caracterización experimental determinado los NUT, potencias, rendimientos y diagrama de operación de cada uno.

Análisis Teórico de un Calentador-Quemador de Biomasa:

Consideraciones generales: Los equipos que se proponen para producir energía térmica, complementaria de la energía solar, con destino a la calefacción auxiliar de invernaderos, secaderos, locales de cría, etc., están formados por cuatro partes básicas: • Cámara de combustión donde se realiza la quema de la biomasa, con una hornalla de encendido automático para iniciar la combustión. • Intercambiador o camisa de transferencia de calor, responsable de la transferencia térmica de los gases de combustión con el aire o agua a calentar. • Cámara de carga o alimentador del combustible sólido. • Chimenea, conducto por donde circulan los gases de combustión. Para la determinación del flujo másico de los gases de combustión es necesario diferenciar si se trata de un quemador cuyo flujo de combustión es producido naturalmente (convección natural) o mediante un ventilador auxiliar o forzador (convección forzada). En cualquiera de los casos, su determinación debe ser teórica, porque la medición de la velocidad de los gases de combustión no es sencilla debido a las altas temperaturas del mismo. En ambos calentadores-quemadores, (agua o aire), se considerará como la temperatura del fluido caliente la de los gases de combustión (Tg) y la temperatura del fluido frío a la del aire (Ta) o del agua (Tw) según corresponda. Para el registro de las distintas variables se utilizaron los siguientes instrumentos: medición de temperatura: a) termopares de cromel-alumen conectadas a un termómetro digital, rango 1–1200 °C ± 5 °C, b) termopares cobre-constantán,

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calibrados rango 1-100 °C ± 0,5 °C, c) semiconductores LM35 calibrados, rango 1-100 °C ± 1°C. En los casos b) y c) los elementos se conectan a un sistema automático de adquisición de datos. En la medición de velocidad de aire se utilizó un anemómetro tipo hilo caliente, rango 0-30,0 m s-1 ± 0,5 m s-1. Para medir el caudal de agua: rotámetro, rango 0-0,034 kg s-1 ± 0,8 10-3 kg s-1 y la determinación del peso del residuo forestal se hizo mediante una balanza monoplato, rango 0-5,00 kg ± 0,01 kg.

Convección natural: el flujo másico de los gases a través de la cámara de combustión en convección natural puede obtenerse mediante:

G g,cn = ñg V g,r C&

(1)

donde el volumen medio real de los gases de combustión por unidad de masa de combustible quemado en función de la temperatura de operación, del poder calorífico y del exceso de aire durante la combustión, determinado por (Ravaglia 1966, Pera 1977, Varelli et al.1993), puede expresarse de la siguiente manera:

 273 + T g V g,r =   273 

  1,01 PCI*    0 ,89 PCI*  + (m − 1 )  + 0 ,5 + 1,65  1000 1000     

(2)

Convección forzada: en los quemadores a convección forzada que utilizan un flujo bajo de aire en la combustión (0,01 a 0,1 kg s-1), la expansión volumétrica en la cámara de combustión es significativa y en consecuencia incrementa la velocidad del flujo de aire inyectado por el forzador. Para la determinación del flujo másico se propone sumarle al valor calculado de la expansión volumétrica real teórica de los gases a la temperatura de operación ( V g,r ), el flujo que circula por el forzador en frío (sin combustión). Esto permite compensar el aumento de volumen (Iriarte et al., 1997). De esta manera el flujo másico de los gases que circula forzado a través de la cámara de combustión se puede escribir como:

G g,fo = G v + ñg V g,r C&

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(3)

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Efectividad del intercambio de calor en los calentadores-quemadores: La efectividad del intercambio de calor se puede determinar haciendo:

å=

q q max

=

flujo de calor transferid o flujo de calor máximo posible de transferir

(4)

habiendo definido el flujo de calor máximo posible de transferir (qmax) como el flujo de calor transferido desde un intercambiador en contracorriente de área de transferencia infinita en donde no hay pérdidas, es decir:

q max = (GC p ) min (Tc, e − T f , e )

(5)

y el flujo de calor transferido al fluido frío como:

q = ε q max = ε C min (Tc, e − T f , e )

(6)

Además, el flujo total de transferencia de calor a través del intercambiador se puede determinar mediante:

q = Gc C p,c (Tc,e − Tc,s ) = G f C p,f (T f,s − T f,e )

(7)

Por lo que, tomando en cuenta las ecuaciones (6) y (7) se puede expresar la efectividad de intercambio como:

å=

C f (T f,s -T f,e ) C c (Tc,e -Tc,s ) = C min (Tc,e -T f,e ) C min (Tc,e -T f,e )

(8)

Descripción General del Calentador Auxiliar de Agua: El quemador calentador de agua (figura 1 a y b) está constituido por dos cuerpos unidos por un pequeño conducto: Cámara de combustión-alimentación de biomasa: construida con un tambor cilíndrico de 0,60 m de diámetro y 0,90 m de alto, similar a los que se usa como envase de aceite industrial. En su interior, a 0,15 m de la base del tacho se ha instalado una parrilla que permite que el combustible sólido que está ubicado sobre ella se queme. De esta manera, el combustible está ubicado en el mismo cuerpo y va ingresando por su propio peso a medida que se consume sobre la parrilla. Este reservorio es totalmente hermético, con un acceso superior por donde se ingresa el residuo según las

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necesidades. Permite almacenar hasta 50 kg de residuos agrícolas, forestales o leña. Este cuerpo está aislado con material volcánico en un espesor de 0,10 m. Intercambiadores de calor: el intercambio se realiza en dos etapas, figura 1: Intercambio en la cámara de combustión-alimentador: el intercambiador está formado por un tubo de 0,019 m de diámetro en forma de espiral envolviendo la cámara de combustión y la tolva de alimentación. Tiene aproximadamente 1 m² de superficie de intercambio. Intercambio de calor con los gases de combustión: en este cuerpo se han ubicado dos intercambiadores de calor. El primero esta constituido por un tubo de 0,019 m de diámetro en forma de espiral (0,86 m²) ubicado donde ingresan los gases calientes que salen de la cámara de combustión. A continuación se ubica un intercambiador a flujo cruzado similar a los que se utiliza en los calefones a gas domiciliario. Tiene una camisa de intercambio de 0,20 m² y un intercambiador de placa plana de 56 aletas (0,48 m²). Todo el conjunto de intercambio está dentro de una camisa cilíndrica construida con un tambor igual al de la cámara de combustión-alimentación. Está aislado térmicamente del exterior mediante 0,05 m de lana de vidrio.

ingreso combustible chimenea

salida cenizas

a) Corte del quemador - calentador

b) Vista de la zona de intercambio con los gases

Figura 1. Esquema del quemador calentador de agua.

En la figura 2 se puede distinguir claramente la disposición de la cámara de combustión-alimentación de biomasa (derecha) y la de intercambio (izquierda).

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Figura 2. Vista de la cámara de intercambio de calor del agua con los gases de combustión y de almacenamiento-combustión de biomasa.

Caracterización del intercambio de calor: En este diseño el intercambio de calor que se realiza no responde a las clasificaciones tradicionales de los intercambiadores de calor, por lo que fue necesario realizar mediciones experimentales de algunos parámetros para caracterizar al mismo. En este sentido, si se analiza el recorrido del gas y del agua se advierte que estos flujos están dispuestos, en algunos tramos, en contracorriente y en otros como flujos cruzados. En la realización de su estudio térmico fue necesario hacer las siguientes suposiciones (Iriarte et al., 1997): Los flujos de ambos fluidos son cruzados, uno mezclado (gas) y otro sin mezcla (agua). El combustible que se usa tiene un bajo contenido de humedad. La carga se realiza cuando se inicia el proceso y durante el período de análisis no se introduce combustible. El exceso de aire para la combustión se considera del orden del 50 %. No se tiene en cuenta el efecto chimenea en razón de que la longitud de la misma es pequeña, cuando se opera en convección forzada. De los ensayos realizados se determinó que el valor de Cg (gases de combustión) es el que corresponde a Cmin. Asimismo, como la característica predominante entre los dos fluidos es que los flujos de ambos son cruzados, uno mezclado (frío: agua) y el otro sin mezclar (caliente: gases), se tiene que (Kay et al. 1964): Congreso Regional de Ciencia y Tecnología NOA 2002. Secretaría de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacianal de Catamarca

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[

{

å = ( 1/C) 1 − exp C 1 − e − NUT

]}

(9)

La que también puede ser escrita como:

NUT = − ( 1 /C)

{ ln [1 + C

ln ( 1 − å)]}

(10)

donde:

NUT =

Um A C min

(11)

Considerando que en nuestro caso particular Cmin = Cg ; de la ecuación (11) se obtiene el coeficiente promedio de transferencia térmica:

Um =

NUT C g A

(12)

y la efectividad de la (8):

å=

C w(Tw,s -Tw,e ) C g (Tg,e -Tw,e )

(13)

Los ensayos del prototipo se realizaron para flujos de agua en el intercambiador de 0,20 y 0,40 kg s-1 (720 y 1440 kg h-1). En cada ensayo el quemador fue cargado con 20 kg de residuo forestal en trozos de tamaño mediano (φ = 0,10 m y L = 0,30 m) con un poder calorífico inferior (PCI) de 19,8 MJ kg-1. En todos los casos los flujos de agua se mantuvieron constantes durante cada experiencia. Se realizaron experiencias de combustión con y sin forzador (convección natural). En el caso de intercambio de calor por convección forzada se evaluó su comportamiento para flujos de aire para la combustión comprendidos entre 10-3 y 5 10-3 kg s-1 (3,6 y 18 kg h-1). A los efectos de caracterizar el intercambio, fue necesario determinar la relación que existe entre el número de unidades de transferencia NUT y los diferentes caudales de agua que circula por el intercambiador para cada valor de flujo de aire que ingresa a la cámara de combustión, figura 3. En esta se advierte que para un flujo forzado de aire en la cámara de combustión igual a 2,5 10-3 kg s-1 el intercambiador tiene el mejor NUT. Se observa que el NUT para convección natural (combustión natural) tiene un valor máximo para un flujo de agua igual a 0,33 kg s-1 (1200 kg h-1), superando al menor valor del flujo de aire forzado en la cámara para la combustión (Ga = 1,9 10-3 kg s-1) en el intervalo entre 0,30-0,36 kg s-1 de agua.

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2

Ga=0,0047

1,8

Ga=0,0025

Ga=0,0019

Conv. Natural

NUT (promedio)

1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,27

0,29

0,31

0,33

0,35

0,37

0,39

Flujo másico de agua en el intercambiador [kg/s]

Figura 3. Relación entre el número de unidades de trasferencia y el caudal del fluido frío (agua) para distintos flujos de aire en circulación forzada y natural

Para la combustión con un flujo forzado de aire de 2,5 10-3 kg s-1 y para el intercambio en convección natural, se representan en la figura 4 la potencia disponible y el rendimiento del sistema en función del tiempo para un determinado flujo de carga de combustible. Se advierte que para un funcionamiento en convección forzada con un flujo de aire en la cámara de combustión de 2,45 10-3 kg s-1 y de agua de 0,39 kg s-1, la potencia máxima entregada por el calentador de agua fue de 62 kW a los 15 minutos de iniciado el proceso de combustión que duró 1,4 horas (84 minutos), con un flujo de calor promedio entregado al agua de 40,1 kW. La energía entregada durante este periodo fue de 198 MJ. En lo que respecta al funcionamiento en convección natural se advierte que la curva representativa de la variación de la potencia en función del tiempo es mas suave y con un máximo de potencia entregada de 22,9 kW a las 0,83 horas (50 minutos) de iniciada la combustión. La potencia promedio entregada al agua fue de 17,6 kW para un flujo de agua de 0,33 kg s-1 (1200 kg s-1), mientras que la energía absorbida por el agua fue de 120 MJ. Las curvas de eficiencia en función del tiempo, tienen las mismas características que la de potencia, observándose que los valores máximos están en 62,6 % y 27,9 % según este funcionando en convección forzada o natural respectivamente.

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Rend. Forzado

Rend. Conv. Natural

Pot. Forzado

Pot. Conv. Natural

70 60

100

50

80

40 60 30 40

Rendimiento [%]

Potencia promedio disponible [kW]

120

20

20

10

0

0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8 Tiempo [hora]

1,0

1,2

1,4

Figura 4. Potencia promedio disponible y rendimiento del calentador de agua para flujo forzado con el mejor NUT de transferencia y para convección natural

Descripción General del Calentador Auxiliar de Aire: El calentador de aire tiene forma prismática de 0,90 m de largo, 0,40 m de ancho y 1,20 m de alto construido en chapa de acero, con una doble pared con una separación interna de aire de 0,10 m. Entre ambas paredes se colocaron separadores horizontales de chapa (aletas) cada 0,10 m, distribuidas en toda la altura del equipo, formando conductos perimetrales como se muestra en la figura 6.9 (a). Cada aleta tiene un corte en un extremo para permitir el paso del aire circulante de un conducto a otro. En la figura 5 (b) puede apreciarse como los cortes se van intercalando con el objeto de que el flujo de aire, forzado por la aspiración de un ventilador centrifugo de 745 W, sea obligado a realizar un recorrido preestablecido. Una placa vertical divide el recinto en dos cámaras independientes conectadas entre sí por una ventana rectangular ubicada en la parte inferior. Una de las cámaras está adaptada para almacenar y permitir la quema del combustible, mientras que la otra cumple la función de facilitar el intercambio de calor. La primera tiene una abertura de 0,25 x 0,25 m en la parte superior, con una tapa de cierre hermético, para introducir el material combustible. En el interior del recinto tiene montada una parrilla construida con hierro de 0,012 m de diámetro para soportar el material combustible. Los residuos (cenizas) son descargados por una abertura realizada en la parte inferior de esta cámara. Por este lugar ingresa el aire (oxigeno) necesario para la combustión en el caso de funcionamiento en circulación natural. La otra cámara o zona de intercambio tiene una chimenea en la parte superior de 0,15 m de diámetro y 3,5 m de altura.

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Cámara de almacenamiento y quema

Entrada de aire Cámara de intercambio Tapa

Gases

Inyección de aire Gases

Salida de aire

Salida de cenizas

(a)

(b)

Figura 5. Esquema del calentador de aire para calefacción auxiliar: a) circulación de gases de combustión, b) circulación del aire

En su diseño y construcción del quemador calentador de aire se ha puesto especial énfasis en la conformación de la parrilla de quema, la ventana de conexión con el intercambiador y el cenicero. La abertura del cenicero permite regular la entrada de aire. En la figura 6 se muestra una vista del equipo sin su cubierta externa.

Figura 6. Vista de los conductos por donde circula el aire que intercambia calor con los gases de combustión.

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Una vez llena la cámara de carga se produce el encendido por la parte inferior mediante una hornalla a gas envasado, que una vez encendida la biomasa se apaga. Para el caso de funcionamiento forzado (combustión forzada) se usa un ventilador centrífugo de 100 W de flujo variable como inyector de aire en la cámara de combustión, produciendo la quema del material acumulado en la parte más baja de la misma. Los gases producidos en esta zona pasan a la cámara de intercambio a través de la ventana existente en la parte inferior de la pared divisoria, a la altura de la parrilla, y son expulsados al exterior por la chimenea. El aire a calentar ingresa a temperatura ambiente, a la zona interna de la doble pared, por un conducto ubicado en el lado lateral derecho de la cámara de intercambio. Circula en contracorriente por los conductos perimetrales hasta llegar a la parte inferior de este recinto, asciende nuevamente en forma vertical, y pasa a la zona de almacenamiento donde realiza un circuito similar al anterior, para finalmente salir por una abertura ubicado en la parte lateral opuesta a la entrada. Para forzar la circulación del aire se produce la aspiración mediante el ventilador colocado en el conducto de salida. En el caso de convección natural los gases de combustión siguen el mismo recorrido pero el aire ingresa por debajo de la parrilla por el cenicero, figura 7.

2

1

Figura 7. Corte transversal del equipo calentador de aire en funcionamiento en convención natural

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Caracterización del intercambio de calor Igual que en el equipo anterior el intercambio de calor que se produce en este calentador de aire no responde a las clasificaciones tabuladas, por lo que fue necesario analizar el recorrido de ambos fluidos y realizar las mediciones experimentales de los parámetros necesarios para su caracterización. Para su estudio se usaron las mismas suposiciones y ecuaciones que para el caso del calentador de agua. Se realizaron ensayos inyectando flujos de aire en la cámara de combustión (flujos de inyección) comprendidos entre 3,4 10-3 y 20 10-3 kg s-1 para un flujo de aire de intercambio de 0,55 kg s-1. En la figura 8 se muestra la dependencia del flujo forzado de combustión con la potencia disponible y el intercambio energético a través del numero de unidades de transferencia (NUT).

38

4 Potencia promedio

3,5

Potencia promedio disponible kW]

34

3

30

2,5 26 2 22 1,5 18

1

14 10 0,006

0,5

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016

0,018

0,02

N° de Unidades de transferencia - NUT

NUT

0 0,022

Flujo másico de aire para la combustión [kg/s]

Figura 8. Variación de la potencia promedio disponible y del factor de transferencia en función del flujo de inyección a la cámara de combustión

En Tabla 1 se muestra los valores más representativos de los resultados obtenidos para los cuatro casos estudiados, utilizando para el cálculo los promedios de todas las mediciones realizadas para cada experiencia. Se observa que para un flujo de inyección de 17,7 10-3 kg s-1 (63,6 kg h-1) el aire puede llegar a alcanzar temperaturas superiores a los 96 °C, con rendimientos por encima del 58 %, mientras que en cambio para obtener valores de temperaturas de 70,6 °C y rendimiento de 41%, es suficiente inyectar un flujo igual a G4 (38,15 kg h-1). Los valores obtenidos para convección natural, según la temperatura de la cámara de combustión, están comprendidos entre G3 y G4. Congreso Regional de Ciencia y Tecnología NOA 2002. Secretaría de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacianal de Catamarca

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Flujo de inyección 10-3 kg s-1

Ta,s

Tm,g

Tmáx, g

Ta,ex

ε

η

[°C]

[°C]

[°C]

[°C]

[%]

[%]

G1 = 17,7

96,5

546

806

19,6

85

58

G2 = 10,6

96

544

750

22

67

54

G3 = 7,1

74,6

406,8

657

14,9

79

45

G4 = 3,4

70,6

415,8

619

18,1

66

41

Tabla 1. Valores promedios característicos del sistema para diferentes flujos de inyección en la cámara de combustión

Diagramas de Operación de los Quemadores: Si graficamos la temperatura del fluido caliente (Tc) como función de la temperatura del fluido frío (Tf) se obtiene una recta que determina la línea de operación del sistema de intercambio. Para Cf = Cc la pendiente de la recta es 1 y la línea de operación coincide con la línea de equilibrio. En ésta figura, Tg,e es la temperatura del gas de combustión a entrada del intercambiador y Tf,e es la temperatura del fluido frío de intercambio.

Temperatura gases de combustión [°C]

900 800 700 600

Linea de Operación Convección Forzada Aire Pendiente = Cmax/Cmin = 9,84 Pendiente Experimental = 9,35

Tg,e

Tg,e

500 400

Linea de Operación Convección Forzada Agua Pendiente = Cmax/Cmin = 13,08 Pendiente Experimental = 13,15

Linea de Equilibrio tg = tw Pendiente = 1

300 200 100 0 0Tw,e

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Temperatura del agua [°C]

Figura 9. Diagrama de equilibrio y operación del intercambiador de calor de aletas del quemador-calentador de aire y del intercambiador de calor del quemador de biomasa-calentador de agua.

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En la figura 9 se muestran las curvas características del intercambio para ambos calentadores. Las líneas de operaciones de los intercambiadores son las que corresponden a las rectas con pendientes Cw/Cg, mientras que la línea que especifica el equilibrio térmico se caracteriza por Tw=Tg. Las líneas de operación de esta figura contienen los valores experimentales con flujo forzado y natural dentro de una desviación del 7 % para el intercambiador de agua y una desviación del 5 % para el intercambiador de aire, representando las características de funcionamiento del conjunto que constituyen estos sistemas.

Efectividad en la Transferencia: Teniendo en cuenta que el Cmin corresponde a Cg y utilizando las ecuaciones descriptas en las secciones anteriores se puede determinar la efectividad y el número de unidades de transferencia (NUT). En la figura 10 se muestra la curva característica del intercambio para valores comprendidos dentro del intervalo 0,038 < Cmin/Cmax < 0,062, correspondiente al intercambio de calor entre los gases de combustión y el agua, como así también la que corresponde al aire dentro del intervalo 0,10 < Cmin/Cmax < 0,18. Las mismas permiten, conocidas las unidades de transferencia, determinar la efectividad del sistema.

1,00 o

0,038 < Cmin/Cmax < 0,062 AGUA

0,80

Efectividad

X

0,10 < Cmin / Cmax < 0,18 AIRE

0,60

0,40

0,20

0,00 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

N° de Unidades de Transferencia NUT

Figura 10. Efectividad de transferencia del intercambiador de calor de gases con agua y gases con aire.

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Conclusiones: Las experiencias realizadas en diferentes diseños permitió incorporar las modificaciones necesarias en estos equipos para obtener resultados satisfactorios en cuanto a los valores alcanzados tanto en el rendimiento como en su efectividad de transferencia, sin dejar de lado las premisas de practicidad, sencillez y bajo costo. El cuidado durante la construcción de los equipos permitió lograr una buena hermeticidad de la cámara de combustión, con lo que se consiguió la independencia en la circulación de los flujos de aire y de gases, con el consiguiente beneficio que el aire caliente inyectado al recinto a calefaccionar no evidencia arrastre de partículas o gases que puedan afectar la calidad ambiental existente. Luego de la combustión, los gases tienen un potencial energético importante; la entrada de aire en contracorriente (en el quemador de aire) por la parte lateral superior externa del intercambiador permite aprovechar mejor esa energía elevando el rendimiento. Además la disposición de entrada de aire primario o de combustión y salida de gases, obliga a los mismos a desplazarse desde la cámara de almacenamiento hacia el recinto vecino, evitando de esta manera la quema rápida de todo el combustible almacenado. Ambos quemadores calentadores auxiliares mostraron en su etapa de caracterización teórico-experimental un buen comportamiento térmico y niveles aceptables de temperatura, especialmente para su uso integrado con energía solar en invernaderos y secaderos. Estos sistemas fueron diseñados con la premisa de que sean fácil de construir, bajo costo y versatilidad para aplicaciones agrícolas de manera que sean fácilmente reproducibles por los productores. La metodología aplicada para la caracterización de funcionamiento, así como la información obtenida permiten disponer de herramientas de diseño para adecuarlos a los invernaderos.

Nomenclatura: Cmin: Cmax: Cp,c: Cp,f:

C=

C& : ε: ρg:

es el menor de los valores del producto Gc Cp,c (fluido caliente) y Gf Cp,f (fluido frío) es el mayor de los valores del producto Gc Cp,c (fluido caliente) y Gf Cp,f (fluido frío) calor específico del fluido de intercambio caliente [J kg-1 °C-1] calor específico del fluido de intercambio frío [J kg-1 °C-1]

C min C max flujo másico de combustible [kg s-1] efectividad densidad de los gases a la temperatura de operación [kg m-3]

(GC p ) min = C min (GC p ) max = C max

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G g, fo :

flujo másico de los gases de combustión forzados [kg s-1]

Gv: m:

flujo másico de aire forzado a través del quemador en frío [kg s-1] exceso de aire en la combustión. El valor ideal para el combustible sólido es del orden del 50 % de su volumen (m = 1,5) *

PCI = PCI/4186 poder calorífico inferior [J kg-1] PCI: Tg : temperatura media de operación de los gases de combustión [°C] Tc,e y Tc,s: temperatura del fluido caliente a la entrada y salida del sistema de intercambio [°C] Tf,e y Tf,s: temperatura del fluido frío a la entrada y salida del sistema de intercambio [°C]

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Sección: Ciencias de la Ingeniería, Agronomía y Tecnología. –Página 16–

Referencias Bibliográficas: •

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Sección: Ciencias de la Ingeniería, Agronomía y Tecnología. –Página 17–

Anexo: Fotodocumentación.

Figura 11. Vista de un sistema auxiliar para calefaccionar invernadero utilizado en la provincia de Catamarca. El mismo esta construido con un tanque metálico de 200 litros, que sirve como cámara de combustión, y una chimenea de 0,15 m de diámetro. Puede observarse la gran contaminación ambiental producida por los gases de combustión dentro del recinto.

Figura 12. Vista del Quemador calentador de aire con su cubierta exterior.

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Figura 13. Vista posterior de un sistema compuesto por dos quemadores calentadores de aire instalados en paralelo para calefaccionar un invernadero.

Figura 14. Vista de frente de un sistema compuesto por dos quemadores calentadores de aire.

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