Algoritmo para la simulación de las pérdidas térmicas por aislamiento, temperatura de llama del quemador, determinación de calor transferido al agua y temperatura de gases de escape

Abstract

Este trabajo tiene como objetivo mejorar el firmware de un simulador empleado para la simulaci´on de una caldera de vapor saturado. Esta mejora ha consistido fundamentalmente en la inclusi´on del c´alculo de la energ´ıa t´ermica perdida a trav´es de la envolvente, adem´as de la temperatura de llama y la temperatura de los gases de escape. Asimismo, se ha incorporado una curva de eficiencia dependiente de la carga de una caldera real para una determinaci´on m´as realista de la potencia entregada por el quemador al agua durante la simulaci´on. El algoritmo desarrollado se ejecuta en un procesador Atmega 2560, visualizando las variables de la simulaci´on a trav´es de un display LCD e interactuando con el algoritmo a trav´es de potenci´ometros, que simulan los controles de una caldera real. Las simulaciones que genera el Arduino emulan el funcionamiento de una caldera con el quemador a distintas cargas, de forma que la temperatura de escape, la temperatura de llama que se genera en el hogar y la potencia que es capaz de producir el quemador a tiempo real, se acercan fielmente a los valores reales de funcionamiento de una caldera. Se concluye, que la energ´ıa neta que entrega el quemador es inferior a la versi´on anterior del firmware debido a la incorporaci´on de las p´erdidas t´ermicas y un c´alculo m´as realista de la potencia transferida por el quemador. Asimismo, se observa que a un mayor exceso de aire hay una disminuci´on de la potencia entregada por el quemador.

This work aims to improve a previous firmware of a steam baoiler simulator. The improvements consisted mainly in the inclusion of a more realistic calculus the thermal energy lost through the isolating shield,teh calculation of the flame temperature and the exhaust gas temperature. In addition, a load-dependent efficiency curve of a real boiler has been incorporated for a more realistic determination of the power supplied by the burner to the water during the simulation. The developed algorithm runs on an Atmega 2560 processor, visualizing the simulating variables through an LCD and interacting with the algorithm through potentiometers, that simulate the controls of a real boiler. The simulation is generated by the Arduino emulate the operation of a boiler with the burner at different loads and determines that the right exhaust temperature, the flame temperature in the furnace and the power that the burner is capable of producing in real-time. The value of these variable are very close to the values when operating a real boiler. To conclude the net power delivered by the burner is lower than the previous firmware version due to the including the effect that the excess of air has on the flame temperature in the furnace.