Evaluación y optimización del quemador atmosférico en cocinas a GLP de baja gama

Abstract

La presente investigación abarcó la evaluación experimental (análisis de eficiencia térmica a través del Water Boiling Test - WBT, análisis de emisividad y análisis termográfico) de ocho diseños de cabeza de quemadores atmosféricos de cocinas de GLP de baja gama tipo Anafe. De la evaluación experimental realizada, se obtuvo que, de los ocho diseños evaluados, el Diseño 6 es el diseño que presenta los mejores resultados: Menor potencia térmica (1.98 kW), menor consumo de GLP (21.5 g), menor tiempo para llegar a la temperatura final (8.55 min.) y menor emisividad de CO (12.67 ppm), por lo que fue elegido para iniciar la etapa de optimización. Así mismo, del análisis de sensibilidad realizado variando la distancia entre cabeza del quemador y la parrilla de la cocina, se determinó que la distancia ideal entre ambos es de 2.5 cm. Dentro de la etapa de optimización se obtuvieron los valores de dimensionamiento de los componentes del quemador atmosférico. En el caso del inyector, se obtuvo un diámetro de 1.02 mm con un ángulo de salida de 30°; mientras que, en el mezclador, la longitud convergente fue de 31 mm, la longitud divergente de 149 mm, el ángulo de entrada de 40°, el ángulo de salida de 7° y el diámetro de garganta de 12.4 mm. Así mismo, se determinó que el número de puertos para la cabeza del quemador óptimo es de 78 puertos. Finalmente, mediante la simulación con el software ANSYS CFD en la cámara de combustión, se verificó que tanto la velocidad del flujo (394.6 m/s) como la temperatura (300 K) están dentro de los valores determinados para el dimensionamiento del mezclador, componente con el cual se busca desarrollar una mezcla estequiométrica. La eficiencia térmica para el diseño final propuesto es de 55%, valor próximo al rango de eficiencias térmicas en cocinas a GLP.

The present investigation covered the experimental evaluation (thermal efficiency analysis through the Water Boiling Test-WBT, emissivity analysis and thermographic analysis) of eight atmospheric burner head designs for low-end LGP cookers type Anafe. From the experimental evaluation carried out, it was obtained that, of the eight designs evaluated, design 6 is the design that presents the best results. Lower thermal power (1.98 KW), lower consumption of LPG (21.5), shorter time to reach the final temperature (8.55 min) and lower CO emissivity (12.67 ppm), for which it was chosen to start the optimization stage. Likewise, from the sensitivity analysis carried out by varying the distance between the burner head and the kitchen grill, it was determined that ideal distance between both is 3.5 cm. As part of the optimization stage, the sizing values of the atmospheric burner components were obtained. In the case of the injector, a diameter of 1.02 mm with an exit angle of 30° was obtained; while, in the mixer, the convergent length was 31 mm, the divergent length was 149 mm, the entry angle was 40°, the exit angle was 7° and the throat diameter was 12.4 mm. Likewise, the number of ports for the optimum burner head was determined to be 78 ports. Finally, through the simulation with ANSYS CFD software in the combustion chamber, it was verified that both the flow velocity (394.6 m/s) and the temperature (300 K) are within the values determined for the sizing of the mixer, a component with which a stoichiometric mixture is sought to be developed. The thermal efficiency for the proposed final design is 55%, a value close to the range of thermal efficiencies in LPG stoves.