Ingeniería Mecánica · 2025
Diseño experimental comparativo para evaluar la eficiencia energética de un calentador de agua a gas utilizando gas natural GN y gas licuado de petróleo GLP
El presente trabajo de grado tuvo como propósito diseñar y ejecutar un estudio experimental comparativo para evaluar la eficiencia energética de un calentador de agua a gas operado con gas natural (GN) y gas licuado del petróleo (GLP). El suministro de agua caliente representó un aspecto esencial tanto en entornos domésticos como industriales; por ello, contar con equipos con mejor comportamiento energético contribuyó a reducir el impacto ambiental y a promover prácticas más sostenibles. El experimento se desarrolló conforme a la norma NTC 3531, mediante la medición de variables como la temperatura de entrada y salida del agua, el caudal y el consumo de combustible, con el fin de determinar el desempeño térmico del calentador bajo diferentes condiciones de operación. Asimismo, se aplicaron técnicas estadísticas para comparar los resultados obtenidos con ambos combustibles, identificando diferencias significativas en la eficiencia. Además, se incluyó un análisis económico orientado a evaluar el costo operativo asociado a cada tipo de gas en el contexto colombiano. Los resultados obtenidos permitieron aportar información técnica que facilitó la toma de decisiones relacionada con el uso más adecuado de los combustibles.
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Contenido
- AGRADECIMIENTOSp. 3
- RESUMENp. 4
- ABSTRACTp. 5
- INTRODUCCIONp. 8
- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAp. 10
- OBJETIVOSp. 12
- Objetivo generalp. 12
- Objetivos específicosp. 12
- METODOLOGIAp. 13
- MARCO TEORICOp. 15
- 8.1 Primera ley de la Termodinámicap. 18
- 8.1.1 Ecuación general de energía para un sistema abiertop. 18
- 8.1.2 Eficiencia Térmica de un Calentador de Agua a Gasp. 20
- DISEÑO EXPERIMENTALp. 21
- Diseño factorialp. 24
- ANOVAp. 26
- DESARROLLO EXPERIMENTALp. 27
- RESULTADOSp. 31
- Mapas de eficiencia y análisis descriptivop. 37
- ANOVA de dos factores gas naturalp. 44
- ANOVA de dos factores gas propanop. 45
- CONCLUSIONES GENERALESp. 47
- RECOMENDACIONES GENERALESp. 49
- BIBLIOGRAFIAp. 52
- Ilustración 1 Esquema técnico del calentadorp. 23
- Ilustración 2 Calentador de pruebap. 27
- Ilustración 3 Medidor de gasp. 28
- Ilustración 4 Montaje banco de pruebap. 28
- Ilustración 5 Esquema banco de pruebap. 29
- Ilustración 6 Termómetro Flukep. 30
- Ilustración 7 Probeta 1000 mLp. 31
- Ilustración 8 Balanzap. 36
- Ilustración 9 Comportamiento de la eficiencia térmica Gas naturalp. 37
- Ilustración 10 Comportamiento de la eficiencia térmica Gas propanop. 38
- Ilustración 11 Resumen eficienciasp. 39
- Ilustración 12 Mapa eficiencia gas naturalp. 39
- Ilustración 13 Mapa eficiencia gas propanop. 39
- Ilustración 14 Resumen temperaturap. 41