Diseño de un sistema de monitoreo para una caldera pirotubular con estudio teórico y experimental de su funcionamiento

Abstract

El presente informe de Habilitación Profesional tuvo como objetivo diseñar un sistema de monitoreo que permitiera la adquisición de variables de operación y rendimiento térmico de una caldera pirotubular ubicada en el edificio de laboratorios y talleres del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Bío-Bío. Para llevar a cabo lo anterior, se procedió a estudiar y aplicar conocimientos del mundo de la adquisición de datos, en cuanto a tarjetas o módulos de adquisición de datos, software LabVIEW, controladores y módulos complementarios que ayudaron a programar la adquisición de datos y el cálculo de su rendimiento térmico. En segundo lugar, se definieron aquellas variables que influyen de manera directa en el cálculo del rendimiento térmico directo e indirecto. Una vez identificadas se seleccionó un sensor de presión de vapor, un caudalímetro y una termocupla tipo J para el agua de alimentación, un caudalímetro para el combustible gas propano y un termómetro a tensión con señal de salida eléctrica para los gases de combustión. Asimismo se eligió el módulo NI 9229 debido a su capacidad de resolución, frecuencia de muestreo y rango de entrada para adquirir las señales de presión manométrica de vapor, flujo volumétrico de agua, flujo de combustible y temperatura de los gases. El otro módulo NI 9219 se escogió puesto que posee una característica de compensación por unión fría que permite eliminar automáticamente el voltaje generado por punta fría proveniente de la termocupla. Por último se efectuó el código de programación para la obtención de las variables más importantes de operación y para el cálculo del rendimiento térmico, en el software LabVIEW, tanto en la ventana de panel frontal como, en la de diagrama de bloques. Realizado un ensayo de simulación con el programa, utilizando mediciones de una experiencia anterior, los resultados obtenidos de rendimiento térmico directo e indirecto arrojaron una diferencia de un 0,72%. Por tanto, se comprueba la concordancia entre ambos rendimientos y se comprobó que las mayores pérdidas de energía son: por evaporación agua formada (8,93%), por gases secos (8,28%) y por radiación conducción y convección a través de las paredes de la caldera (6,08%), lo que sumado representa un 23,29% en energía desaprovechada. Efectuado el estudio de inversión correspondiente para implementar el diseño del sistema de adquisición de datos, se obtuvo un valor de US$ 9179.