Verificación del diseño fluido dinámico y de transferencia de calor para la fabricación de tres sistemas de calentamiento industriales

Abstract

RESUMEN : Este trabajo tiene como objetivo validar y verificar el diseño fluidodinámico para la fabricación de 3 sistemas de calentamiento industriales, los cuales son: horno de cementación, horno de revenido y sistema de calentamiento de agua para lavadoras de tornillos. El horno de cementación consta de 11 quemadores acoplados a tubos radiantes, 11 recuperadores de calor para precalentar el aire de combustión que ingresa a cada quemador y 2 turbinas de alimentación que suministrarán el aire necesario para los 11 equipos de combustión; para este sistema se calcularán las pérdidas de energía de todo el tren de aire incluyendo los recuperadores de calor, para así seleccionar adecuadamente el caudal, potencia y presión de las turbinas. Adicional a esto se analizará la transferencia de calor de los recuperadores de calor y se expondrán posibles mejoras para aumentar la eficiencia de estos. Simultáneamente se validará la potencia requerida por el horno dadas las condiciones de operación que han sido suministradas y se mostrará como influyen los recuperadores de calor en términos de ahorro energético. El horno de revenido consta de 3 quemadores y también se validará la potencia requerida para operar bajo las condiciones suministradas. Para finalizar se analizará la transferencia de calor del sistema de calentamiento de agua, calculando el tiempo requerido para elevar la temperatura del agua al valor deseado; y por último se verificará que la selección del diámetro del tubo sumergido haya sido adecuada en términos de eficiencia energética y se expondrán posibles mejoras para aumentarla.

ABSTRACT : The purpose of this work is to validate and verify the fluid dynamic design for the fabrication of 3 industrial heating systems, which are: carburizing furnace, tempering furnace, and water heating system for screw washers. The carburizing furnace consists of 11 burners coupled to radiant tubes, 11 heat recuperators to preheat the combustion air that enters each burner and 2 feed turbines that will supply the necessary air for the 11 combustion equipment; for this system the energy losses of the whole air train including the heat recuperators will be calculated, in order to properly select the flow, power and pressure of the feed turbines. In addition to this, the heat transfer of the heat recuperators will be analyzed and possible improvements to increase their efficiency will be presented. Simultaneously, the power required by the furnace will be validated given the operating conditions that have been supplied and it will be shown how the heat recuperators impact in terms of energy savings. The tempering furnace consists of 3 burners and will also validate the power required to operate under the supplied conditions. Finally, the heat transfer of the water heating system will be analyzed, calculating the time required to raise the water temperature to the desired value; and finally, it will be verified that the selection of the submerged pipe diameter has been adequate in terms of energy efficiency and possible improvements to increase it will be presented.