Resumen de Optimización del desempeño energético de un intercambiador de calor para aumentar la eficiencia de conversión de un generador termoeléctrico aplicado a un motor diésel estacionario
- español
La recuperación de calor residual es una de las principales estrategias para minimizar el desperdicio de energía en los motores de combustión interna. Debido a lo anterior, en la presente investigación se evaluaron distintos diseños de intercambiadores de calor (ICs) reportados en la literatura. En este caso, los ICs se clasifican en: IC de aleta rectangular, IC de dientes e IC hexagonales. El incremento en los niveles de velocidad de rotación, torque y porcentaje de biodiésel permite un aumento en la potencia recuperada en el TEG. El uso del TEG en los motores de combustión interna implica una disminución en el consumo de combustible, lo cual provoca una reducción de emisiones contaminantes. El proceso de optimización del IC de aleta rectangular alternativa II (ver Figura 4.4), permitió alcanzar una eficiencia máxima del 5% en el TEG, lo que representa una mejora relativa del 56% comparado con la eficiencia máxima del 3.2% reportada en la literatura. El enfoque de investigación utilizado en este estudio permitió identificar la geometría de IC más adecuada para el TEG analizado. La investigación realizada contribuye a acelerar el desarrollo de esta tecnología para su futura expansión en el sector automotriz y otros sectores de la industria y el comercio. Adicionalmente, al mejorar la capacidad de recuperación de la energía térmica de los gases de escape en los motores de combustión interna (MCI) mediante el uso de los ICs optimizados permite la reducción de emisiones como el CO2, CO, HC y NOx. Lo anterior, es una consecuencia directa de la menor necesidad de usar parte de la energía del combustible en la alimentación de sistemas auxiliares del motor, los cuales podrían funcionar a partir de la energía recuperada de los gases de escape. El desarrollo del TEG más eficiente permitirá considerar nuevos enfoques para integrar sistemas con el propósito mejorar la eficiencia de los MCI, como los generadores de hidrógeno.
- English
Waste heat recovery is one of the main strategies to minimize energy waste in internal combustion engines. Due to the above, different heat exchanger (HE) designs reported in the literature were evaluated in this research. In this case, the HEs are classified into: rectangular fin HEs, tooth HEs and hexagonal HEs. The increase in the levels of rotational speed, torque and percentage of biodiesel allows an increase in the power recovered in the TEG. The use of TEG in internal combustion engines implies a decrease in fuel consumption, which leads to a reduction in pollutant emissions. The optimization process of the alternative II rectangular fin HE (see Figura4.4), allowed reaching a maximum efficiency of 5% in the TEG, which represents a relative improvement of 56% compared to the maximum efficiency of 3.2% reported in the literature. The research approach used in this study made it possible to identify the most suitable HE geometry for the TEG analyzed. The research conducted contributes to accelerate the development of this technology for future expansion in the automotive and other industrial and commercial sectors. Additionally, by improving the thermal energy recovery capacity of exhaust gases in internal combustion engines (ICEs) through the use of optimized HEs, it allows the reduction of emissions such as CO2, CO, HC and NOx. This is a direct consequence of the reduced need to use part of the fuel energy to power auxiliary engine systems, which could run on the energy recovered from the exhaust gases. The development of the most efficient TEG will allow consideration of new approaches to integrate systems to improve the efficiency of ICEs, such as hydrogen generators.
