Análisis experimental y simulación numérica de un horno a gas natural para rostizado de carnes con dispositivos de cambio de dirección de flujo para la mejora de la eficiencia térmica

Abstract

Convencionalmente, la fabricación de hornos comerciales de cocción y dorado de alimentos es meramente explorado, evidenciándose en sus diseños componentes como: el quemador, la estructura del horno en forma de caja, y la estructura donde se ubican los alimentos. Particularmente en el Perú, los hornos para pollos a la brasa y a gas natural o GLP son diseños sin ningún estudio de ingeniería, sino son fabricados a partir de réplicas de otros diseños, esto origina bajas eficiencias en los hornos. El presente trabajo realiza la evaluación de la eficiencia térmica mediante la incorporación de deflectores de flujo en hornos comerciales, la cual es realizada mediante análisis numérico y experimental. El análisis numérico es desarrollado mediante un CFD (Computacional Fluid Dynamics) en Ansys-Fluent, evaluando al horno con/sin los deflectores de flujo instalados en el interior del mismo. También, en la simulación numérica se considera un comportamiento del flujo turbulento tipo K-epsilon y una malla tipo celda no estructurada. En el caso del análisis experimental se realizó los experimentos del horno con/sin los deflectores de flujo, obteniéndose puntualmente valores de temperatura en la entrada, el interior y la salida de los gases calientes generados por el quemador del horno. Estos análisis son correlacionados a través de valores de temperatura y velocidades de los gases calientes al considerar el deflector de flujo. Al final, se obtiene aproximadamente una reducción de la temperatura de salida de los gases en un 10%, una mejora del 10% en la eficiencia térmica, entre otras mejoras, resultando, un incremento total del 37% de la eficiencia térmica.

Conventionally, the manufacture of commercial ovens for cooking and browning food is merely explored, evidenced in its component designs such as: the burner, the box-shaped oven structure, and the structure where the food is located. Particularly in Peru, the ovens for grilled chickens are designs without any engineering study, but are manufactured from replicas of other designs, this causes low efficiencies in the ovens. The present work performs the evaluation of thermal efficiency by incorporating flow deflectors in commercial ovens, which is carried out through numerical and experimental analysis. The numerical analysis is developed by means of a CFD (Computational Fluid Dynamics) in Ansys-Fluent, evaluating the oven with/without the flow deflectors installed inside it. Also, in the numerical simulation, a K-epsilon type turbulent flow behavior and an unstructured cell type mesh are considered. In the case of the experimental analysis, the oven experiments were carried out with/without the flow deflectors, obtaining punctually temperature values at the inlet, the inside and the outlet of the hot gases generated by the oven burner. These analyzes are correlated through the temperature values and velocities of the hot gases when considering the flow deflector. In the end, approximately a 10% reduction in the outlet temperature of the gases is obtained, a 10% improvement in thermal efficiency, among other improvements, resulting in a total increase of 37% in thermal efficiency.