Estudio experimental de un banco de pruebas de tubo de fuego que opera con gas licuado de petróleo (2024)
En esta investigación se estudia el efecto del uso de la válvula dámper en la chimenea y de un turbulador en la sección convectiva en la eficiencia del tubo de fuego de un calentador pirotubular. Para ello, se diseñó y construyó un banco de pruebas de un calentador de tubo de fuego a escala. El diseño del equipo se basó en el dimensionamiento de sus tres componentes principales: la caldera, el tubo de fuego y la chimenea. El dimensionamiento de la caldera se realizó con la cantidad de fluido de trabajo con la que se planea operar; el tubo de fuego se dimensionó con la metodología del API-12K, donde el diámetro y la longitud de la tubería se determinan a partir de una densidad y flujo de calor constantes y el dimensionamiento de la chimenea se llevó a cabo a partir del tiro disponible típico en estos calentadores para hallar su altura. Con base en el dimensionamiento, se construyó un banco de pruebas con una caldera que mide 55x40x105 cm, un tubo de fuego y una tubería con tubería de 3.5 in de diámetro nominal, 1.93 m de longitud y una altura de 2.23 m medidos desde el suelo, respectivamente. Además, el banco se equipó con un quemador de tiro natural, una válvula dámper, un sistema de recirculación del fluido de trabajo e instrumentos para medir consumo de combustible, temperaturas en la sección convectiva del tubo de fuego y la chimenea, composición de los gases de combustión. Por otro lado, el inserto diseñado y manufacturado es un turbulador angular. Los principales resultados incluyen mejoras sustanciales en la eficiencia del tubo de fuego en 17.96% y 22.7% al operar con la válvula abierta al 50% y con el turbulador, respectivamente. Dichos resultados se deben mayormente a que con estas herramientas se consiguen ventajas como ahorro de combustible en 17.86% y 15.91%, reducción en el tiempo de operación en 17.12% y 15.63%, y disminución en 23.64 y 3.64 veces del aire en exceso cuando se opera con el dámper abierto al 50% y el turbulador, respectivamente.