Optimización de un intercambiador de calor para la recuperación energética en generadores termoeléctricos aplicados a motores diésel estacionarios
Los intercambiadores de calor aplicados en dispositivos termoeléctricos en comparación a otros sistemas de recuperación de calor residual, tales como turbo-máquinas y sistemas cuyo funcionamiento se basa en ciclos termodinámicos, poseen la ventaja de no tener piezas móviles, cuentan con un tamaño co...
- Autores:
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Silva Ortega, Jorge I
RAMIREZ RESTREPO, RAFAEL ANGEL
Sagastume, Alexis
- Tipo de recurso:
- Article of journal
- Fecha de publicación:
- 2020
- Institución:
- Corporación Universidad de la Costa
- Repositorio:
- REDICUC - Repositorio CUC
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- Acceso en línea:
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Los intercambiadores de calor aplicados en dispositivos termoeléctricos en comparación a otros sistemas de recuperación de calor residual, tales como turbo-máquinas y sistemas cuyo funcionamiento se basa en ciclos termodinámicos, poseen la ventaja de no tener piezas móviles, cuentan con un tamaño compacto y un rendimiento energético alto [6][7]. Estas ventajas han conllevado que grupos de investigación en todo el mundo busquen aumentar la eficiencia de conversión de energía, enfocando sus esfuerzos en materiales y diseños utilizados para los intercambiadores de calor en los dispositivos termoeléctricos aplicados a motores de combustión interna [7], pero el estudio de la aplicación en motores Diésel es bastante bajo, lo cual supone un alto potencial investigativo y de aportes en esta rama del saber. Aun cuando las investigaciones han demostrado la viabilidad del uso de intercambiadores de calor para la recuperación energética del calor de los gases de escape, y se han desarrollado diferentes tipos de implementaciones como el uso de aletas rectangulares y otros tipos de intercambiadores como los de tipo EGR (Recirculación de gases de escape, por sus siglas en Ingles), no se ha logrado una conversión significativa directa de energía residual (en este caso calor residual de los gases de escape) a energía eléctrica, dada la baja eficiencia térmica de los intercambiadores de calor existentes que no exceden el 2,8 % en aplicaciones con termoeléctricos [14]. Debido a esto, surge la necesidad de desarrollar un intercambiador de calor optimizado sea de nueva o mejorada geometría, que permita aumentar la eficiencia en la recuperación directa de calor a energía eléctrica, superando el 2,8 % existente mediante el dispositivo termoeléctrico, para esto es necesario lograr un diseño optimizado del intercambiador que alcance una temperatura superficial lo más alta posible en la superficie del dispositivo termoeléctrico en contacto con el mismo, respecto a los equipos existentes intercambiadores de calor cuando el motor Diésel opera en las mismas condiciones de potencia mecánica de salida. El aumento en la eficiencia energética del motor Diésel al entregar su potencia mecánica nominal y adicionalmente obtener energía eléctrica mediante el diseño del intercambiador optimizado, permite aumentar la utilidad de una misma cantidad de combustible, con lo cual se logra un menor costo operativo y menor cantidad de emisiones contaminantes, debido al menor uso de combustible para suministrar la misma potencia (suma de la potencia del motor y el dispositivo termoeléctrico). Teniendo en cuenta los millones de motores Diésel existentes, la mejora alcanzada beneficia al medio ambiente en relación a la reducción de emisiones contaminantes derivadas de la quema de combustible fósiles. |
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[1] S. S. Hoseini, G. Najafi, B. Ghobadian, R. Mamat, N. A. C. Sidik, and W. H. Azmi, “The effect of combustion management on diesel engine emissions fueled with biodiesel-diesel blends,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 73, no. October 2015, pp. 307–331, 2017. [2] S. Bari and S. N. Hossain, “Waste heat recovery from a diesel engine using shell and tube heat exchanger,” Appl. Therm. Eng., vol. 61, no. 2, pp. 355–363, 2013. [3] J.-H. Meng, X.-D. Wang, and W.-H. Chen, “Performance investigation and design optimization of a thermoelectric generator applied in automobile exhaust waste heat recovery,” Energy Convers. Manag., vol. 120, pp. 71–80, 2016. [4] T. Y. Kim, A. A. Negash, and G. Cho, “Experimental study of energy utilization effectiveness of thermoelectric generator on diesel engine,” Energy, vol. 128, pp. 531–539, 2017. [5] E. Feru, B. de Jager, F. Willems, and M. Steinbuch, “Two-phase plate-fin heat exchanger modeling for waste heat recovery systems in diesel engines,” Appl. 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Debido a esto, surge la necesidad de desarrollar un intercambiador de calor optimizado sea de nueva o mejorada geometría, que permita aumentar la eficiencia en la recuperación directa de calor a energía eléctrica, superando el 2,8 % existente mediante el dispositivo termoeléctrico, para esto es necesario lograr un diseño optimizado del intercambiador que alcance una temperatura superficial lo más alta posible en la superficie del dispositivo termoeléctrico en contacto con el mismo, respecto a los equipos existentes intercambiadores de calor cuando el motor Diésel opera en las mismas condiciones de potencia mecánica de salida. El aumento en la eficiencia energética del motor Diésel al entregar su potencia mecánica nominal y adicionalmente obtener energía eléctrica mediante el diseño del intercambiador optimizado, permite aumentar la utilidad de una misma cantidad de combustible, con lo cual se logra un menor costo operativo y menor cantidad de emisiones contaminantes, debido al menor uso de combustible para suministrar la misma potencia (suma de la potencia del motor y el dispositivo termoeléctrico). Teniendo en cuenta los millones de motores Diésel existentes, la mejora alcanzada beneficia al medio ambiente en relación a la reducción de emisiones contaminantes derivadas de la quema de combustible fósiles.Silva Ortega, Jorge I-will be generated-orcid-0000-0002-7813-0142-600RAMIREZ RESTREPO, RAFAEL ANGEL-will be generated-orcid-0000-0001-8761-7246-600Sagastume, Alexis-will be generated-orcid-0000-0003-0188-7101-600spaCorporación Universidad de la CostaAttribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Optimización de un intercambiador de calor para la recuperación energética en generadores termoeléctricos aplicados a motores diésel estacionariosEstado del arte del proyectoArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion[1] S. 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