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Diseño del sistema de distribución de aire para la combustión de bagazo de caña de azúcar en una caldera acuotubular mediante simulación CFD

Resumen en español

Una empresa del Valle del Cauca, dedicada a la fabricación de panela a partir de la miel extraída de la caña de azúcar, procesa 25 ton/h de caña, de las cuales se obtienen 6.31 ton/h de bagazo como residuo. Para agregar valor al bagazo, se inició un proyecto para utilizarlo como combustible en una caldera, con el fin de cogenerar energía. Inicialmente, se determinó la energía térmica requerida para la operación de evaporadores, tacho y marmitas, siendo 21 747 MJ/h, equivalentes a 8.01 ton/h de vapor de escape. Con la disponibilidad de combustible y demanda energética de las principales unidades del proceso, la empresa eligió el diseño base para una caldera de 12 ton/h de vapor a 515°C y 750 psig. De acuerdo con la norma ASME PTC 4:2008, se calculó el flujo de aire húmedo requerido para la combustión del bagazo con 30% de exceso de aire, igual a 23.4 ton/h, y eficiencia térmica en la caldera de 64.77%. Posteriormente mediante el programa ANSYS Fluent®, se simuló computacionalmente la aerodinámica para diferentes configuraciones del sistema de aires, y se determinó el escenario más favorable para la turbulencia, el cual tiene la siguiente distribución: 10% aire neumático, 35% aire bajo parrilla, 55% aire de sobrefuego (OFA) dividido así: 5% de OFA para 14 boquillas de 2 in. en la parte inferior de la caldera, y 50% OFA para 28 boquillas de 3 in. en la parte superior con ángulo de ataque igual a -10°.