Estudo do comportamento de um esquentador estanque de 22 kW

Abstract

No mercado nacional atual os esquentadores são dispositivos bastante utilizados para o aquecimento de água sanitárias. Como tal, a legislação cada vez mais apertada, tem estimulado um desenvolvimento sustentado no que diz respeito à melhoria da eficiência, redução das emissões de poluentes e melhoria da segurança destes equipamentos, dos quais algumas soluções são apresentadas e testadas neste trabalho. O objetivo desta dissertação foi verificar o comportamento térmico de um protótipo de esquentador estanque de 22 kW, a funcionar com gás propano, fornecido pela Vulcano. Foram efetuadas alterações em torno da placa com orifícios que limita a entrada do ar nas flautas do queimador, onde se realiza a pré-mistura com o combustível. Produziram-se quatro placas com orifícios de diferentes diâmetros e testaram-se em caso real, tendo sido tomada especial atenção às emissões de poluentes e aos consumos de combustível verificados. No decurso dos ensaios experimentais foram utilizados um analisador de gases e um sistema de aquisição de dados, que permitiram monitorizar e recolher os dados, de forma a verificar o cumprimento da Norma 26:2000 no que diz respeito ao rendimento e à emissão de monóxido de carbono (CO). Para cada placa e utilizando apenas o ventilador do equipamento, foi ainda traçada a curva característica da instalação, em três situações distintas: i) com bloqueio das condutas de ar primário; ii) com bloqueio da matriz do ar secundário; iii) livre circulação de ar. Da análise dos resultados concluiu-se que a configuração mais vantajosa, em termos de eficiência, é a original, seguida da placa “-0,5 mm” e “+1 mm”. A placa de “-1 mm”, por outro lado, correspondeu à menor emissão CO. Nas placas com diâmetros superiores à original verificou-se instabilidade de chama, fruto da maior quantidade de ar primário arrastado. Nas mesmas condições de teste, comprovou-se que com a inclusão de uma tubeira o ar aspirado pelo ventilador é superior. Finalmente notou-se que com a diminuição dos diâmetros dos furos das placas, diminui a percentagem de ar primário, aumentando a perda de carga na zona das flautas e a perda de carga global do sistema. Estes resultados foram comprovados analiticamente utilizando o método de balanço dinâmico.

In today’s Portuguese market, water heaters are still the preferred equipments to heat sanitary water. The tightening of the legislation about these appliances is promoting an increase on efficiency, pollutant emission reduction and an increase on the safety features, that some of them are presented and tested on this work. The purpose of this dissertation was to verify the thermal behaviour of a water heater prototype with 22 kW of nominal heat output, running on Propane, provided by Vulcano. Changes were been made to the plate with orifices that limits the air supply to the burner flutes, where the premixture with the fuel is made. Four different plates with different orifice diameters were built and tested in real case scenarios, taking into special consideration the pollution emission and the fuel consumption verified. The experiments were conducted side by side with a gas analyser and a data acquisition system to monitor and collect the information, in order to verify the compliance of the 26:2000 standard, with regard to the efficiency and carbon monoxide emission (CO). For each plate, working exclusively with the appliance fan, the installation characteristic curve in three distinct situations was traced: i) with primary air ducts blocked; ii) with secondary air duct blocked; iii) free airflow. Analysing the results it was concluded that the best configuration in terms of efficiency is the original one, followed by the “-0,5 mm” and “+1 mm” plates. On the other hand, the best plate in terms of CO emission was the “-1 mm” plate. Concerning the plates with diameters superior to the manufacturer’s original configuration, flame instability was verified as a result of the greater primary airflow. Under the same test conditions it was noted that the introduction of a nozzle into the fan inlet conducted to the suction of a larger amount of air. Finally it was also concluded that the reduction of the orifice diameters of the plates, reduces the split of primary air, resulting in an increased pressure drop in the flutes and on the global pressure drop of the system. These results were validated analytically by the dynamic balance method.