Estudo, projeto e teste experimental de um permutador de calor para recuperação da energia contida nos gases de exaustão de uma caldeira doméstica

• Autor(a) principal: Rodrigues, Joel Ribeiro
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.19/4399
• topic: Caldeira doméstica; Permutador de calor; Condensação; Eficiência Energética; Peletes; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica

Este trabalho teve como objetivo o dimensionamento, construção e estudo de um permutador de calor a aplicar numa caldeira doméstica de 20 kW, alimentada a peletes. Pretendeu-se com a aplicação daquele, realizar um pré-aquecimento da água, concretamente antes de entrar na caldeira, através do arrefecimento dos fumos e condensação de parte do vapor de água, transformando a caldeira numa caldeira de condensação. Numa primeira fase, realizaram-se alguns ensaios à caldeira, nas condições à saída de fábrica, para recolher informações acerca do seu funcionamento. Destes ensaios, em primeiro lugar, retiraram-se conclusões sobre a sua eficiência térmica (na ordem dos 50 a 60 %). Em segundo lugar, obtiveram-se as informações necessárias para o dimensionamento do permutador, como sejam, caudal mássico de água, caudal mássico de fumos, temperatura da água na entrada da caldeira, temperatura dos fumos na saída da caldeira e concentração volúmica dos constituintes dos fumos. Numa segunda fase, procedeu-se ao referido dimensionamento. Este, feito de forma iterativa, e considerando a operação da caldeira em três cargas de funcionamento diferentes, à carga baixa (P1), média (P3) e máxima (P5). Dimensionou-se um permutador capaz de arrefecer os fumos e de conseguir realizar parte da condensação do vapor de água, um permutador compacto de feixe de tubos escalonados e alhetados. Com esta introdução, esperava-se o aumento da eficiência térmica da caldeira para valores na ordem dos 90 %, em cada uma das cargas. Em terceiro lugar, procedeu-se ao fabrico do permutador, realizado nas oficinas do departamento de Engenharia Mecânica do IPV. Esta dividiu-se por duas etapas: a primeira, o corte dos materiais (tubos e alhetas); a segunda, a montagem dos tubos e alhetas. Em quarto lugar, o permutador construído foi aplicado na caldeira e realizaram-se vários ensaios, nas diferentes cargas, de forma a avaliar tanto o funcionamento daquele como da caldeira, bem como a tirar conclusões acerca da variação do rendimento térmico da caldeira após aplicação do permutador. No final dos ensaios, verificou-se que o permutador, embora com uma eficiência aquém do que se esperava (cerca de 40 a 50 %), fez com que o rendimento da caldeira tivesse aumentado para valores em volta dos 80 %. Um estudo simples, apresentado no final desta tese, acerca da viabilidade da aplicação deste permutador permitiu concluir que se conseguiriam economizar entre 600 a 800 kg de peletes por ano (ao preço dos peletes à data, representava uma economia de 100 a 130 €/ano).