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Desarrollo de una caldera de pellets con motor Stirling para la aplicación interna m-CHP Luigi Crema * , Fabrizio Alberti , Alberto Bertaso y Alessandro Bozzoli *Autor para la correspondencia: Luigi Crema [email protected] Afiliaciones de los autores Energías Renovables y Tecnologías del Medio Ambiente Unidad (REET), Fondazione Bruno Kessler (FBK), Via alla Cascata 56 / C, Povo Trento, Italia Para todos los correos electrónicos de autor, por favor inicie sesión . Energía, Sostenibilidad y Sociedad 2011, 1 : 5 doi: 10.1186 / 2192-0567-1-5 La versión electrónica de este artículo es el que completa y se puede encontrar en línea en:http://www.energsustainsoc.com/content/1/1/5 Recibido: 08 de septiembre 2011 Aceptado: 21 de noviembre 2011 Fecha de publicación: 21 de noviembre 2011 © 2011 Crema et al; licenciatario Springer Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Reconocimiento ( http://creativecommons.org/licenses/by/2.0 ), que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra original es debidamente citados. Pantalla Fórmula: Abstracto Una nueva tecnología sostenible ha sido diseñado por la Fondazione Bruno Kessler a través de sus Energías Renovables de la unidad y de las tecnologías ambientales. Esta tecnología se dio cuenta de la integración en un único sistema (1) un motor Stirling (MRT-1K) a partir de un diseño de pre-ingeniería de Allan J. órgano; (2) una tecnología de micro-intercambiador de calor, para reducir el déficit unidad de transferencia neta en el lado caliente del motor térmico; (3) una caldera de pellets a medida, capaz de extraer energía eléctrica y térmica; y (4) un circuito hidráulico personalizado, que conecta el lado frío del motor Stirling y la generación de calor en la segunda sección de la caldera de pellets. El objetivo de este trabajo es presentar una nueva tecnología para la micro-cogeneración de energía a nivel distribuido capaz de integrarse en las viviendas domésticas. La mayor parte de la biomasa disponible se utiliza en edificios para la generación de energía térmica para la calefacción interior y, en los casos de menor importancia, para el agua caliente sanitaria. En la Provincia de Trento, 88% de la biomasa se utiliza para este propósito. El sistema completo es en realidad bajo la integración para la fase de prueba y aún no probado. Las primeras pruebas sobre los componentes individuales han confirmado los resultados preliminares sobre el motor Stirling con respecto a las tolerancias, la presurización, y la integración adecuada del sistema eléctrico de control del generador impulsado. La caldera de pellets ha sido probado por separado, lo que confirma una eficiencia térmica global de 90%. Palabras clave: micro-cogeneración; Stirling motor; caldera de pellets; energía renovable Fondo La cogeneración de energía a un nivel distribuida es uno de los principales argumentos en gran parte de las políticas energéticas relacionadas con los recursos y los sistemas de energía renovable. Los sistemas solares comerciales reales para aplicaciones domésticas y distribuidos (fotovoltaicos [PV] y solar térmica) sufren limitaciones notables: (1) La baja eficiencia global (eléctrica) de los sistemas fotovoltaicos crea una pequeña energía recogida desde el espacio disponible, a veces restringido en el superficie a unos pocos metros cuadrados; (2) las temperaturas de estancamiento en los colectores térmicos solares son en realidad limitan la difusión de los sistemas de energía solar térmica; y (3) los sistemas fijos y no el montaje posterior pueden generar energía de una manera intermitente no alineado con el perfil auto-consumo de espacios domésticos.

Desarrollo de Una Caldera de Pellets Con Motor Stirling Para La Aplicación Interna m

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Caldera con un nuevo sistema de combustible biomasa el cual proporciona un buen funcionamiento del mismo al poseer un motor stirling

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  • Desarrollo de una caldera de pellets con motor Stirling para la aplicacin

    interna m-CHP

    Luigi Crema * , Fabrizio Alberti , Alberto Bertaso y Alessandro Bozzoli

    *Autor para la correspondencia: Luigi Crema [email protected]

    Afiliaciones de los autores

    Energas Renovables y Tecnologas del Medio Ambiente Unidad (REET), Fondazione Bruno Kessler (FBK), Via alla

    Cascata 56 / C, Povo Trento, Italia

    Para todos los correos electrnicos de autor, por favor inicie sesin .

    Energa, Sostenibilidad y Sociedad 2011, 1 : 5 doi: 10.1186 / 2192-0567-1-5

    La versin electrnica de este artculo es el que completa y se puede encontrar en lnea

    en:http://www.energsustainsoc.com/content/1/1/5

    Recibido: 08 de septiembre 2011

    Aceptado: 21 de noviembre 2011

    Fecha de publicacin: 21 de noviembre 2011

    2011 Crema et al; licenciatario Springer

    Este es un artculo de acceso abierto distribuido bajo los trminos de la licencia Creative Commons Reconocimiento

    ( http://creativecommons.org/licenses/by/2.0 ), que permite el uso ilimitado, distribucin y reproduccin en cualquier medio,

    siempre que la obra original es debidamente citados.

    Pantalla Frmula:

    Abstracto

    Una nueva tecnologa sostenible ha sido diseado por la Fondazione Bruno Kessler a travs de sus Energas Renovables de

    la unidad y de las tecnologas ambientales. Esta tecnologa se dio cuenta de la integracin en un nico sistema (1) un motor

    Stirling (MRT-1K) a partir de un diseo de pre-ingeniera de Allan J. rgano; (2) una tecnologa de micro-intercambiador de

    calor, para reducir el dficit unidad de transferencia neta en el lado caliente del motor trmico; (3) una caldera de pellets a

    medida, capaz de extraer energa elctrica y trmica; y (4) un circuito hidrulico personalizado, que conecta el lado fro del

    motor Stirling y la generacin de calor en la segunda seccin de la caldera de pellets. El objetivo de este trabajo es presentar

    una nueva tecnologa para la micro-cogeneracin de energa a nivel distribuido capaz de integrarse en las viviendas

    domsticas. La mayor parte de la biomasa disponible se utiliza en edificios para la generacin de energa trmica para la

    calefaccin interior y, en los casos de menor importancia, para el agua caliente sanitaria. En la Provincia de Trento, 88% de

    la biomasa se utiliza para este propsito. El sistema completo es en realidad bajo la integracin para la fase de prueba y an

    no probado. Las primeras pruebas sobre los componentes individuales han confirmado los resultados preliminares sobre el

    motor Stirling con respecto a las tolerancias, la presurizacin, y la integracin adecuada del sistema elctrico de control del

    generador impulsado. La caldera de pellets ha sido probado por separado, lo que confirma una eficiencia trmica global de

    90%.

    Palabras clave:

    micro-cogeneracin; Stirling motor; caldera de pellets; energa renovable

    Fondo

    La cogeneracin de energa a un nivel distribuida es uno de los principales argumentos en gran parte de las polticas

    energticas relacionadas con los recursos y los sistemas de energa renovable. Los sistemas solares comerciales reales para

    aplicaciones domsticas y distribuidos (fotovoltaicos [PV] y solar trmica) sufren limitaciones notables: (1) La baja

    eficiencia global (elctrica) de los sistemas fotovoltaicos crea una pequea energa recogida desde el espacio disponible, a

    veces restringido en el superficie a unos pocos metros cuadrados; (2) las temperaturas de estancamiento en los colectores

    trmicos solares son en realidad limitan la difusin de los sistemas de energa solar trmica; y (3) los sistemas fijos y no el

    montaje posterior pueden generar energa de una manera intermitente no alineado con el perfil auto-consumo de espacios

    domsticos.

  • En el otro extremo, el crecimiento de la generacin de energa distribuida es muy por encima de todas las previsiones, no

    slo en los nuevos mercados de la energa, pero incluso en los pases altamente industrializados. En Alemania, ms del 50%

    de los 43 GW de potencia instalada en 2009 est en manos de los individuos y de los agricultores, en todos los sectores de

    las tecnologas, el viento, la biomasa solares[ 1 ]. A nivel distribuida, un nmero cada vez mayor de tecnologas se estn

    acercando al mercado, como PV nueva y eficiente o la energa fotovoltaica concentrada[ 2 ];micro-combinada de calor y

    electricidad [m-CHP] soluciones basadas en energa solar[ 3 ], clulas de combustible[ 4 ], o la biomasa; y tecnologas para

    la produccin eficiente de energa trmica, como las bombas de calor geotrmicas, bombas de calor aire y energa solar

    trmica.

    El desarrollo de nuevos sistemas de cogeneracin basados en fuentes no intermitentes capaces de acoplarse y eventualmente

    hibrida con otras tecnologas sostenibles es muy necesario. Se presenta un sistema de micro-cogeneracin compacto basado

    en una caldera de pellets integrado con un motor Stirling, se dio cuenta de compatibilidad con el costo de la energa

    nivelado-mercado. Este artculo presenta, por primera vez, las diferentes etapas del desarrollo de este tipo de tecnologa de

    biomasa-m CHP.

    Dicho sistema (ver Figura 1 ) integra un motor Stirling (MRT-1k) en una caldera de pellets personalizado correctamente

    realizada para generar energa trmica para la calefaccin y la refrigeracin eventual, electricidad, y agua caliente

    sanitaria. Cuatro temas principales han llevado al desarrollo de esta propuesta:

    Figura 1. diseo tecnolgico para el pellet caldera de micro-cogeneracin .

    - Las mejoras en la tecnologa de combustin permiten la adaptacin de una cmara de combustin adaptado con el

    intercambiador de calor Stirling en una nueva solucin eficiente, la optimizacin de la generacin de electricidad, la

    eliminacin de calor de diferentes partes del sistema a diferentes temperaturas, y la eficiencia global.

    - Optimizado motores Stirling y nueva tecnologa de intercambiador de calor compacto pueden reducir los costos y mejorar

    el rendimiento de los motores trmicos pequeos, para que puedan operar con proporciones ms altas de eficiencia de

    Carnot sobre las temperaturas de trabajo (~ 600 C) del quemador de combustin.

    - El alto costo y baja eficiencia energtica de los sistemas-m cogeneracin con motores de gas, combinado con el aumento

    de los precios del gas natural, tanto absolutas como relativas a los precios de la electricidad, pueden socavar la viabilidad

    financiera de gas como combustible m-CHP. Hay una necesidad urgente de sistemas de CHP-m alternativas, de las cuales

    solar o la biomasa m-CHP, ya sea por separado o como un hbrido, es una opcin con alto potencial.

    El sistema puede funcionar en dos modos operativos diferentes:

    1. La generacin de la potencia elctrica solamente cuando la energa trmica es requerida por el edificio

    2. Generacin de la energa elctrica de disipacin de la energa trmica adicional no es requerido por el edificio

    El primero se utilizar en la mayor parte de las aplicaciones en las que una conexin a la red est disponible, y el segundo se

    consideran lugares remotos (cabaas de montaa), donde la conexin a la red no est presente. Un almacenamiento de

    energa elctrica se requiere para que coincida con la generacin de energa con la demanda de los usuarios finales de la

    energa. En ambos casos, la caldera de pellets ser proporcionado con un control volumtrico de la pastilla con el fin de

    hacer que el quemador a una baja potencia (> 5 kW TH ).

    Materiales y mtodos

    Introduccin a los aspectos econmicos

    Los sistemas de combustin de biomasa (calderas y estufas de biomasa) son uno de los sistemas de calefaccin ms

    difundidos y rentables en la regin alpina. La eficiencia global obtenida por los mejores y tecnologas de ltima generacin

    es comparable a las de las calderas de gas natural o de combustibles fsiles, con valores por encima del 80%. La generacin-

    m CHP de una pastilla o estufa de lea es un valor aadido potencial de la tecnologa de base.

    Un estudio de mercado revela que Italia es el primer pas europeo en el sector de mercado especfico de las estufas de

    pellets, lo que representa 800.000 sistemas nacionales instalados en 2008 y 380.000 unidades producidas en 2006. Se aade

    un crecimiento de 300% en los ltimos 5 aos (2003 -2008) en el consumo de pellets y uso. Para tener un dato de

    comparacin, en Europa, ha habido 4,4 Mt producido en 2006 con respecto a 8,4 millones de toneladas en 2010[ 5 ]. En el

    mercado europeo de la energa, la biomasa tiene una participacin del 51% con respecto a la energa producida por fuentes

    renovables, de los cuales el 85% proviene de plantas domsticas y alrededor del 15% de las plantas industriales (combustin

    de varias etapas, la gasificacin, procesos de pirlisis). Adems, la produccin directa de energa trmica a partir de fuentes

    renovables, aproximadamente el 97%, proviene de la combustin de biomasa[ 6 ]. Adems, el 97% de toda la energa

    trmica directa a partir de fuentes renovables proviene de la combustin de biomasa.

  • Un informe reciente de Frost & Sullivan [ 7 ] mostr que la biomasa puede proporcionar un fuerte apoyo a las energas

    renovables en el contexto europeo. Esta fuente ofrece actualmente dos tercios del sector especfico y tiene un margen de

    crecimiento fuerte desde la materia prima producida en el territorio de la UE 25 es cada vez mayor. El mismo informe

    subraya el contexto de la biomasa, que se considera errneamente un recurso energtico del pasado, que el apoyo de la

    financiacin para el desarrollo tecnolgico puede ofrecer soluciones para un sistema avanzado, la reduccin de costes (la

    relacin de conversin / kW es uno de los ms ventajosos en el mercado, con costos inferiores a 2.000 / kWe), la

    sostenibilidad ambiental, y menores niveles de impacto.

    El presente proyecto tiene como objetivo realizar un sistema que es capaz de cubrir una parte de la demanda de energa

    elctrica y la demanda de energa trmica para los propsitos de agua caliente sanitaria y calefaccin.

    A continuacin se presentan algunas consideraciones sobre el sistema nacional de cogeneracin:

    -Hay Un buen partido entre la produccin y la demanda de energa elctrica desde una estufa de pellets se utiliza

    principalmente durante la parte del da que tambin tiene una demanda elctrica. Por esta razn, la mayor parte de la energa

    elctrica se consume localmente.

    -Modularity Del sistema de generacin: el sistema puede soportar diferentes demandas de energa elctrica y trmica. La

    relacin de conversin elctrica y la salida trmica pueden ser reguladas por el cambio de la carga en la cmara de

    combustin.

    -El Motor de combustin externa proporciona un sistema silencioso, limpio y fiable, con un coste limitado para la gestin y

    mantenimiento.

    -Con Una eficiencia elctrica promediado a partir de una carga completa a una carga parcial de aproximadamente 10%, la

    produccin potencial elctrico es 3 TWh e / ao para los 8,4 millones de toneladas de pellets producidos anualmente en

    Europa. Dado que la produccin de madera es al menos un orden de magnitud mayor, todo el potencial de produccin

    elctrica es 35 TWh / ao, que es aproximadamente un dcimo de la produccin elctrica en la UE de la planta nuclear.

    El sistema m-CHP caldera de pellets

    La caldera de cogeneracin pellet se basa en la integracin entre un motor Stirling y una caldera de pellets de biomasa. Los

    subcomponentes de la tecnologa especfica estn bajo la integracin.Incluyen un motor Stirling, el

    MRT-1k

    , Pre-dirigido por Allan J. Organ [ 8 ].

    El sistema global est diseado como se ilustra en la figura 1 . El motor Stirling se integra directamente en la cmara de

    combustin. Su intercambiador de calor es inmediatamente por encima del quemador. El motor Stirling puede comenzar a

    operar y la generacin de energa elctrica y trmica despus de un tiempo transitorio para mantener el motor en condiciones

    adecuadas de trabajo (temperaturas fras y calientes, flujo de energa a travs del intercambiador de calor). Un sistema

    electrnico de control de accionamiento activa el motor Stirling controlar el generador y hacer que funcione como un motor.

    Un tornillo espiral, controlado electrnicamente, avanza el pellet. El quemador est diseado para proporcionar aire primario

    estequiomtrica para darse cuenta de una llama de 18 kW TH . La caldera de pellets se compone principalmente de (1) una

    cmara de combustin conectada al aire primario que se sopla en el interior utilizando un sistema de flujo forzado; (2) un

    circuito interno de agua para eliminar energa trmica despus que el motor Stirling y mantener la temperatura de escape en

    el intervalo de 80 C; y (3) una caldera de agua externa para almacenar energa trmica para el calentamiento del ambiente

    interior y la produccin de agua caliente sanitaria. El sistema hidrulico viene de la caldera; el agua se bombea dentro del

    extremo fro del motor Stirling para enfriar y mantener una temperatura de aproximadamente 45-50 C. Se va a la

    removedor de calor de la caldera y se remonta a la caldera de agua a una temperatura de aproximadamente 75 C. El flujo

    de masa de la pastilla y el agua ser calibrado como una funcin del balance de energa capaz de mantener el sistema en una

    condicin trmica en estado estacionario. La energa elctrica se deriva por el motor de adaptacin a la condicin especfica

    de la conexin a la red y actuando a travs de un sistema de gestin de la carga.

    Sistema de medicin

    La tecnologa integrada ser proporcionado con un sistema de medicin y control centralizado (vase la figura 2 ). Se puede

    conectar directamente a los diferentes subcomponentes. El controlador monitorea las temperaturas dentro y fuera de la

    camisa de agua de la caldera, el interior del motor Stirling, en el cilindro de expansin, en el cilindro de compresin, en la

    entrada y en la salida del circuito de agua, en el escape de la caldera, el flujo de volumen en el circuito de agua que pasa a

    pesar de que el Stirling, y el interior de la caldera de pellets. Adems, los sensores de presin, tanto para valores dinmicos y

    absolutos, estn colocados en el interior del motor Stirling en el intercambiador de calor y antes de que el cilindro de

    compresin; el sensor de flujo de masa de pellets se encuentra en la entrada del quemador. De tal manera, se supervisar el

    balance de energa y masa.

  • Figura 2. Medicin y sistema de control para la tecnologa m-CHP .

    El sistema ha sido proporcionado con control termosttico para alta temperatura para activar el control en la cmara de

    combustin y detener el flujo de biomasa al quemador en caso de alarma.El sistema activa primero la circulacin de agua a

    travs de la Stirling y la camisa de agua; en segundo lugar, se pone en marcha el quemador. El sistema de control vigilar el

    transitorio hasta una temperatura umbral. En ese estado, el motor Stirling es activado por el generador utilizado como un

    motor mediante el control de accionamiento como el control de velocidad del motor. Se lleg a la potencia nominal.

    Resultados

    El motor de cogeneracin

    El motor de MRT-1k est a 1 kW aire cargado (14 bar manomtrica) alternativo motor Stirling. Se espera que sea

    actualizable (hasta 5 kW y ms) por (1) el uso de una presin ms alta l como el gas de carga, (2) el aumento de la

    velocidad del motor, y / o (3) la ampliacin de tamao. El motor inicial, ilustrada en la figura3 , es una de dos cilindros, 90

    motor. El modelo del motor devuelve una potencia nominal de 1 kW pico a 1.500 rpm. Se caracteriza por un diseo

    compacto con desplazamiento nominal , V max - V min de 175 cm 3 ( V E = 72 cm 3 , V C = 162 cm 3 ; relacin de volumen

    termodinmico, = 2,25).

    Figura 3. Pre-ingeniera del motor MRT-1k .

    Tiene un mdulo de Beale, un ndice para la eficacia y eficiencia del motor, B n , dada en la ecuacin 1, que hacen uso de

    smbolos explic en la Tabla1 .

    Tabla 1. Lista de los smbolos

    Bn= WoPVF= 0 . 1 4 8 .(1)

    Se trata de un modesto valor superado en algunos diseos establecidos. Pero debe ser posible superar ese valor, mejorando

    as en el objetivo Puntuacin 1-kW.

    En las Figuras 3 y4 , se presentan el diseo de pre-ingeniera y la fase de fabricacin avanzada del motor. Diferentes

    componentes crticos de la tecnologa de cogeneracin se han modelado y optimizado con respecto a la transferencia de

    calor, la dinmica de fluidos, y la eficiencia global extrable del sistema. En particular, el MRT-1k ha sido optimizada en los

    componentes principales del motor de Stirling, que incluyen:

    Figura 4. Prototipo del motor MRT-1k bajo fabricacin y realizacin en FBK .

    1. Regenerador del motor : una nueva tecnologa con un mejor rendimiento (en proceso de patentamiento)

    2. Intercambiador de calor : la aplicacin de la dinmica de fluidos intercambiador de micro-calor y realizado a travs de un

    proceso de fusin selectiva por lser [MST] (ver Figura5 para un pre-diseo del intercambiador de calor)

    Figura 5. Modelo del intercambiador de micro-calor realizado para el motor Stirling .

    La integracin de la tecnologa de calderas de pellets debe respetar algunas restricciones, tales como:

    -Disear Poder realizar una condicin de la superficie transparente con problemas de deposicin de polvo limitada

    -Disear Capaz de proporcionar un fcil mantenimiento del sistema

    Superficie externa -Alta expuesto a la llama radiosidad

    -Alta Superficie interna para la transferencia eficiente de calor al gas a presin interna de la Stirling

  • Las limitaciones anteriores haban sido llevados a una solucin propuesta de un intercambiador de calor basado en micro-

    fluido dinmica, que mejoran la densidad de energa transferida a travs del intercambiador manteniendo al mismo tiempo

    un menor nmero Reynolds y, posteriormente, una cada de presin limitada con respecto a la de calor por conveccin

    coeficiente de transferencia.

    El diseo de intercambiador de calor se ha basado en la minimizacin de la entropa generacin para el flujo interno del

    intercambiador de calor, donde se encuentra el fluido de trabajo del motor. Minimizar las generaciones de entropa en un

    componente es equivalente a minimizar la prdida de trabajo disponible. Los objetivos eran aumentar la transferencia de

    calor del fluido de la pared sin causar un aumento perjudicial en la potencia de bombeo que exige el acuerdo de conveccin

    forzada. El mtodo combina desde el inicio de los principios ms bsicos de la termodinmica, transferencia de calor y

    mecnica de fluidos[ 9 , 10 ].

    Para el intercambiador de calor, la generacin de entropa se describe por la ecuacin 2. Smbolos utilizados para el

    siguiente conjunto de ecuaciones se explican en la Tabla 1 .

    S'gen= q'2 T2Nu+ 3 2 m'3F22TD5.(2)

    El nmero de Nusselt es un resultado tomado del campo de la transferencia de calor (Ecuacin 3):

    Nu = 0 . 0 2 3 R eD0 . 8Pr0 . 4.(3)

    El factor de friccin es un resultado tomado de la mecnica de fluidos (Ecuacin 4):

    F= 0 . 0 4 6 R eD- 0 . 2.(4)

    La minimizacin de generacin de entropa est relacionada con el valor ptimo para la cada de presin a travs de un

    sistema termodinmico y la maximizacin de la transferencia de calor, como se informa en la Ecuacin 5:

    NS= f'genF'gen, min= 0 . 8 5 6 ( R eDR eD, optar)- 0 . 8+ 0 . 1 4 4 ( R eDR eD, optar)4 . 8.(5)

    El primer trmino del lado derecho es la contribucin de la transferencia de calor, mientras que el segundo trmino es la

    contribucin debida a la friccin del fluido. La siguiente ecuacin (ecuacin 6) se puede derivar para el dimensionamiento

    ptimo del conducto del flujo interno. El dimetro ptimo se promedia en un ciclo completo del motor Stirling y se

    encuentra en una forma iterativa.

    Doptar= 4 m' ( 2 . 0 2 3 Bo0 . 3 5 8Pr- 0 . 0 7 1).(6)

    Para la tecnologa propuesta, un dimetro ptimo de 1.03 mm se ha obtenido para el flujo forzado interno. La solucin de

    modelado se basa en un diseo que comprende 612 conductos de fluido paralelas de 1 mm de dimetro interno y 600 C en

    el lado del intercambiador de calor caliente.Al utilizar el mismo enfoque, el mtodo podra extenderse al flujo externo de los

    productos de combustin a fin de obtener toda la optimizacin del intercambiador de calor. El intercambiador de micro-calor

    se ha realizado a travs de un proceso de SLM de la micro-polvo de acero inoxidable AISI 316L. El prototipo se muestra en

    las Figuras6 y7 . La resolucin espacial del proceso puede llegar a un valor de alrededor de 0,2 mm.

    Figura 6. Vista superior del intercambiador de calor desde el colector .

    Figura 7. Vista lateral del intercambiador de calor .

    La caldera de pellets

    La caldera de pellets ser fabricado a partir de un prototipo inicial para darse cuenta de una tecnologa de final de

    mercado. Figura8 muestra el primer diseo de la caldera, lo que tendr un quemador dedicado (Figura 9 ) colocado por

    debajo del intercambiador de calor de Stirling.

    Figura 8. Representacin Pellet caldera .

  • Figura 9. Pellet quemador de la caldera .

    El sedimento se inserta por un tornillo espiral automtico que puede ser controlado con respecto a la entrada de calor al

    cambiar su velocidad. El aire primario se inyecta en la parte nivel del quemador y los controles del proceso de combustin,

    la temperatura de la llama, y la potencia;que es capaz de proporcionar la cantidad correcta de agente

    comburente. Dependiendo de los requisitos trmicos de proceso, la potencia puede ser oscil entre 18 y 5 kW TH , que es la

    potencia mnima requerida por el motor de Stirling para generar 1 kW e en la salida. Mientras que la potencia mxima se

    utilizar para tomar el sistema en las condiciones de trabajo, el estado estacionario se mantiene a travs de la potencia

    mnima para mantener el motor en marcha y la generacin de energa elctrica a una potencia nominal. De tal manera, el

    sistema ser cogeneracin de energa para una mayor cantidad de horas por ao, lo que aumenta los beneficios econmicos

    del sistema. En la actualidad, no ha sido posible desarrollar una caldera de valor calorfico completo debido a los efectos de

    corrosin potenciales en los gases de escape del sistema causado por partculas, azufre y otros contaminantes potencialmente

    a una concentracin peligrosa en el interior del pellet de biomasa.

    El generador elctrico y el sistema de gestin de la carga

    El MRT-1k Stirling, para generar energa elctrica, est interconectado con un generador elctrico y una unidad de

    control. El generador elctrico es un generador de imn permanente trifsico, personalizado por Moog Italiana, capaz de

    generar 1 kW EL a una tasa de velocidad de 1500 rpm (vase la figura10 ).

    Figura 10. generador elctrico de Moog .

    La energa elctrica generada se controla mediante el control de la energa trmica generada por el quemador de pellets y

    transferido dentro del motor Stirling. El control de la transmisin (ver Figura11 ) de freno voluntad el motor a una velocidad

    ptima en la eficiencia global mximo, el acoplamiento de la velocidad de rotacin del motor con la energa elctrica

    generada. Al mismo tiempo, la potencia generada requiere estabilizacin a un nivel de tensin fijo antes de la segunda etapa

    de conversin de voltaje AC. Esto debe llevarse a cabo de acuerdo con las normas establecidas por el organismo de gestin

    de la energa (es decir, 50 Hz del valor de frecuencia a una tensin de 230 ACV y el nivel admitido de componentes de

    corriente DC).

    Figura 11. control de la transmisin de Moog .

    Para llevar a cabo los pasos descritos anteriormente, se ha seleccionado una serie de componentes, respectivamente, una

    unidad de control proporcionado por Moog Italiana (ver propiedades de las figuras 12 ,13 y14 ) y un inversor para

    aplicaciones de energa elica, adecuadas para una amplia gama de condiciones de prueba.

    Figura 12. Generador eficiencia vs. Poder .

    13. Figura Generador velocidad Potencia de salida frente .

  • Figura 14. Principales actuaciones de generadores elctricos .

    La eficiencia de estas dos conversiones elctricas son, respectivamente, 88-90% para la primera etapa entre la energa

    mecnica y el voltaje directo y 90-95% para la segunda etapa a travs del inversor, en el rango de 1 kW e . La eficiencia

    puede aumentar significativamente en el aumento de poder sobre 3.2 kW e . En pocos meses, los dos conversiones pueden

    ser realizadas por una unidad de control de dos ejes bajo la realizacin de las industrias Moog; este nuevo control de

    accionamiento se integran en una sola unidad de los dos sistemas mencionados anteriores y ser capaz de alcanzar una

    eficiencia global de 92-95%, la integracin de un sensor de control del generador.

    Conclusiones

    La tecnologa presentada est entrando en el proceso de prueba en condiciones de laboratorio controlado en una primera

    etapa de las pruebas MRT-1K y el interior de la caldera de prototipo en una segunda etapa. El banco de pruebas se ha

    realizado en la Fondazione Bruno Kessler [FBK] para ambas etapas en base a:

    Gas -Naturales quemador-controlado balance de masa, a travs de un controlador de flujo de masa aplicado al conducto de

    gas, y el balance de energa, a travs del clculo del contenido de energa en las diferentes etapas, desde el flujo msico del

    gas de entrada al interior del motor y en el agua circuito de refrigeracin externo

    -En El equilibrio caldera de pellets, la masa y la energa en las diferentes etapas, en el interior del quemador, en el motor

    Stirling y en el circuito de agua

    La tecnologa se pondr a prueba en relacin con el rendimiento y la eficiencia general, el nivel de ruido y la fiabilidad,

    pruebas de larga duracin, y la hora antes ndice de fallo significa. El sistema completo se incluir entonces en una serie de

    proyectos previstos dentro de la Provincia de Trento, como el 'Mountain Cottages de maana, "un programa territorial

    iniciado por la Provincia de Trento, y el" FBK - MIT Inicio Conectado Sostenible', un proyecto en cooperacin entre la

    Fondazione Bruno Kessler y el Instituto de Tecnologa de Massachusetts. Una actividad de puesta en marcha se ha previsto

    para la industrializacin y comercializacin de la tecnologa final. El impacto a nivel local o bien puede ser apoyado por la

    Agencia local de la Energa de la Provincia de Trento para plantas e instalaciones de conversin de biomasa a pequea

    escala con respecto a las plantas de energa de biomasa cogeneracin ms grandes. Muchas de las actividades locales estn

    en camino para darse cuenta de toda una cadena de actores involucrados en el mbito local[ 11 ].