Aplicación del método EGM a un intercambiador de calor que opera con lecho fluidizado raso

Abstract

En este trabajo fue realizado el estudio experimental de la generación de entropia en un Intercambiador de calor, el cual opera con lecho fluidizado raso (poco profundo) y recupera el calor contenido en la arena proveniente de un incinerador. Este Intercambiador de calor es caracterizado por presentar dos fluidos (aire y agua) que ganan energía de las partículas sólidas (arena). El objetivo fue analizar la influencia de los factores que afectan el desempeño del Intercambiador de calor, tentando determinar las condiciones operacionales óptimas del mismo. Para eso fue realizado un diseño experimental factorial 23 con tres puntos centrales, lo cual permite la identificación de los factores estadisticamente significativos sobre la variable de respuesta. Los factores estudiados fueron: la área de transferencia de calor (A), analizada en 3 niveles diferentes (0,066 ; 0,104 e 0,130 m2); el número de deflectores (Nc) en el casco (0, 3, e 6); y la razón entre las capacidades caloríficas del material sólido y del água (C) que varió tambien en 3 niveles (0,05; 0,075 e 0,1). La variable de respuesta estudiada fue el número de unidades de generación de entropia (NS). Tambien fueron analizadas las siguientes variables de respuesta: eficiencia exergética (Nexe), eficiencia energética (Eene) y efectividad del Intercambiador de calor (E). La aplicación del método de minimización de generación de entropia (EGM) y del análisis exergético en los resultados obtenidos experimentalmente, demostró que la mejor configuración para el Intercambiador de calor estudiado se obtuvo cuando el diámetro del tubo inmerso en el lecho, el número de deflectores y la rezón entre las capacidades caloríficas estaban en sus valores máximos. El análisis de la primeira ley, reflejada através de la eficiencia energética del sistema, fue un indicador interesante pero insuficiente para el análisis del sistema. Cuando este análisis es combinado con el análisis exergético y el método de minimización de generación de entropia, los critérios de optimización y la adecuada operación del sistema pueden ser alcanzados. La definición de efetividad del Intercambiador de calor (E), usada tradicionalmente en la evaluación de este tipo de equipo, se muestra adecuada cuando solo el agua es el producto útil, pero cuando la intención, es el uso posterior de los flujos de aire y del agua, esta definición puede llevar a conclusiones incompletas.