Desarrollo de un simulador para la enseñanza de procesos térmicos en una caldera pirotubular de cuatro pasos

• OSCAR FARIAS FUENTES ^[1] ; SIMON MELLADO LILLO ^[1]
  1. [1] Universidad de Concepción

     Universidad de Concepción

     Comuna de Concepción, Chile

     
• Localización: Revista iberoamericana de ingeniería mecánica, ISSN 1137-2729, Vol. 26, Nº 2, 2022, págs. 25-36
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Development of a simulator for teaching thermal processes in a four-pass firetube boiler
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• Resumen
  • español

    Estudios recientes muestran como el uso de plataformas interactivas y simuladores favorecen el proceso de aprendizaje de los estudiantes de ingeniería. El presente trabajo se enmarca en la enseñanza de asignaturas del área de procesos térmicos y se focaliza en el desarrollo de un simulador que emula la operación de una caldera pirotubular de 4 pasos, que genera vapor. El simulador incluye modelos para el proceso de combustión, entregando la opción de seleccionar diferentes tipos de combustibles, los procesos de transferencia de calor en el tubo hogar, así como la transferencia de calor en los tres pasos restantes. De esta forma, se obtienen las temperaturas del circuito de humos, el rendimiento térmico de la caldera y las emisiones gaseosas generadas, para diferentes condiciones de regulación del exceso de aire. Dentro de los aspectos más novedosos, el simulador incluye la parametrización de emisividad de la llama en función de las fracciones volumétricas de hollín de los distintos combustibles, a partir de relaciones de emisividad vs la relación C/H. El modelo es validado mediante el análisis de resultados experimentales obtenidos de trabajos previos, con la caldera operando con diésel. Las correlaciones de diferentes propiedades termofísicas y correlaciones semiempíricas se obtuvieron mediante la simulación en la plataforma EES, para luego implementarlas en los modelos del simulador.

  • English

    Recent studies show how the use of interactive platforms and simulators favor the learning process of engineering students. This work is part of the teaching of subjects in the area of thermal processes and focuses on the development of a simulator that emulates the operation of a 4-pass fire-tube boiler that generates steam. The simulator includes models for the combustion process, giving the option to select different types of fuels, the heat transfer processes in the hearth tube, as well as the heat transfer in the three remaining steps. In this way, the temperatures of the smoke circuit, the thermal performance of the boiler and the gaseous emissions generated are obtained, for different conditions of excess air regulation. Among the most innovative aspects, the simulator includes the parameterization of the emissivity of the flame based on the volumetric fractions of soot of the different fuels, based on emissivity ratios vs. the C/H ratio. The model is validated through the analysis of experimental results obtained from previous works, with the boiler operating with diesel. The correlations of different thermophysical properties and semi-empirical correlations were obtained through the simulation in the EES platform, to later implement them in the simulator models