Optimización de un intercambiador de calor aire – gases de combustión mediante simulación numérica

Abstract

RESUMEN : En este trabajo, se ha tenido como objetivo principal, la optimización mediante modelación y simulación numérica de un intercambiador de calor que utiliza los gases de combustión de un quemador no premezclado de gas natural, para calentar aire limpio a la temperatura deseada. El intercambio se realiza mediante un intercambiador de coraza y tubos con una cámara de combustión inferior, que permite el desarrollo de la llama para posteriormente pasar a través de los piro-tubos. Para esto, se realizó el modelado CAD del intercambiador, revisión de la independencia del mallado, y simulación en Ansys Fluent. Según la potencia del quemador y una calibración realizada en sitio mediante análisis de gases de combustión, se busca el punto óptimo de eficiencia de combustión para finalmente determinar los flujos másicos y poder parametrizar la simulación. Finalmente, se comparan los diferentes resultados respecto a las temperaturas de salida de los gases de combustión y del ventilador de circulación con los resultados del aumento en consumo eléctrico al cambiar ya sea la presión estática o el caudal del ventilador, encontrando la configuración más óptima en términos de consumo eléctrico versus efectividad del IC.

ABSTRACT : This work, has as main objective, the optimization through modeling and numerical simulation, a heat exchanger that uses the combustion gases of a non-premixed natural gas burner to heat clean air to the desired temperature. The exchange is carried out by a shell and tube exchanger with a lower combustion chamber, which allows the development of the flame to later pass through the pyro-tubes. For this, the CAD modeling of the exchanger was carried out, checked the independence of the mesh and simulation in Ansys Fluent. According the power of the burner and a previous calibration on site by means of combustion gas analysis, the optimum point of combustion efficiency is sought to finally determine the mass flow and be able to parametrize the simulation. Finally, the different results regarding the combustion gas outlet temperatures and the circulation fan are compared with the results of the increase in electricity consumption when changing either the static pressure or the fan flow, finding the most optimal configuration in terms of electricity consumption versus effectiveness of the CI.