Estudio del comportamiento de una estufa de calefacción residencial de pellets al implementar medios porosos en suproceso de combustión

Abstract

En la presente investigación se realizaron mediciones experimentales en una estufa de calefacción residencial a pellets, a la cual se le modificó la cámara de combustión implementando medios porosos inertes en el proceso de combustión para determinar las diferencias en las emisiones de material particulado producidas. Los ensayos a la estufa fueron realizados en colaboración con la empresa “Ingeniería en combustión Bosca Chile S.A” y se llevaron a cabo en sus dependencias en la ciudad de Santiago de Chile, donde estaban los equipos necesarios para el desarrollo de la investigación. Para determinar las emisiones de material particulado total se utilizó un túnel de dilución basándose en las indicaciones expuestas por el método CH28 y el método CH5G, con lo cual se lograron resultados de una medición offline utilizando un método por gravimetría. Los ensayos fueron realizados a tres tipos distintos de configuraciones en la estufa a pellets: estufa en su estado original (configuración base); estufa con medio poroso bajo el quemador (configuración 1) y estufa con medio poroso sobre la llama (configuración 2). Para cada configuración se hicieron como mínimo 3 ensayos de medición de material particulado a diferentes tasas de quemado, y se calculó el valor ponderado para cada configuración con el uso de una tabla de probabilidad de tasa de quemado. También se hicieron mediciones de temperaturas en las paredes exteriores y de la tolva de la estufa para cada configuración. Se obtuvieron resultados positivos utilizando la configuración con el medio poroso sobre la llama, donde se logró una disminución del 11,59% en la emisión de material particulado total con respecto a la estufa en su estado original, la cual tiene una emisión de 1,0282 [g/h]. Además, se calculó el factor de emisión para determinar el material particulado emitido por kilogramo de combustible quemado, logrando una disminución del 12,28% respecto al valor de 0,8117[g/kg], correspondiente al factor de emisión de la configuración base. Con respecto a las temperaturas de las paredes de la estufa, se observó un aumento del promedio de éstas para ambos casos en los que se utilizaron medios porosos inertes (8,04% en la configuración 1 y 3,27 % en la configuración 2) respecto de los 65,19 °C de la configuración base, lo que implica una mejora en la transferencia de calor hacia el ambiente. In the present investigation, experimental measurements were made in a residential heating pellet stove, in which the combustion chamber was modified when implementing inert porous media in the combustion process to determine the differences in emissions of particulate material produced. The tests on the stove were made collaborating with the company “Ingeniería en combustión Bosca Chile S.A” and took place in the campus in Santiago de Chile city, where the necessary equipment for the development of the research was. To determine the total particulate material emissions, a dilution tunnel was used based on the indications provided by the CH28 method and the CH5G method, and results were obtained from an offline measurement using a gravimetric method. The tests were made to three different configurations inside the pellet stove: stove in its original status (base configuration); stove with porous inert media under the burner (configuration 1) and stove with inert porous media on the flame (configuration 2). For each configuration, at least three tests of particulate material at different burn rates were performed, and the final result for each configuration was calculated using a burn rate probability table. Temperature measurements were also made on the exterior walls and of the stove hopper for each configuration. Positive results were obtained using the configuration with the inert porous media on the flame, in which it decreased by 11.59% in emissions of total particulate material with respect to the stove in its original state (emission of particulate material of 1,0282 [g/h]). In addition, the emission factor was calculated to determine the particulate material emitted per kilogram of fuel burned, getting a decrease of 12.28% with respect to the stove in its original state (emission factor of 0,8117[g/kg]). Moreover, temperature averages on the stove’s walls increased in the configuration 1 (8,04%) and configuration 2 (3,27%) with respect to the stove in its original state (temperature average of 65,19 °C), which implies a better heat transfer to the environment using inert porous media.