CASO LEBRERO. El asfaltado de carreteras se realiza mediante cisternas calorifugadas que calientan la

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Ángeles Cuenca Ramos
hace 5 años
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1 CASO LEBRERO Objetivo del proyecto El asfaltado de carreteras se realiza mediante cisternas calorifugadas que calientan la emulsión bituminosa gracias a los quemadores de gasóleo instalados en su parte posterior. El calentamiento del asfalto consigue reducir su viscosidad y facilitar un flujo uniforme por la rampa de rociado. El objetivo de este proyecto consistió en mejorar el rendimiento térmico de la cisterna, considerando tanto una mayor rapidez de calentamiento que reduzca el tiempo de espera hasta la utilización del material y por otro lado, reduciendo el consumo de combustible para calentar la muestra. Metodología El proyecto se abordó definiendo dos áreas de mejora: la eficiencia del quemador y la transferencia de calor desde los tubos calefactores a la emulsión. Las áreas de mejora se evaluaron mediante ensayos experimentales y simulaciones numéricas que permitieron comparar de una forma sencilla y directa el incremento de las prestaciones conseguidas con cada modificación de diseño. La cisterna seleccionada para el estudio correspondió al modelo CCA de COMOPLESA LEBRERO con una capacidad de 8000L. Resultados En primer lugar, se caracterizó la densidad, el calor específico, la viscosidad y el comportamiento reológico de la emulsión bituminosa, así como la variación de estas propiedades con la temperatura. A continuación, se analizó experimentalmente el

2 calentamiento de una cierta cantidad de agua en diseño inicial de la cisterna, comparando la eficiencia obtenida con el quemador inicial y con un quemador comercial. Esta eficiencia, definida como el cociente de la energía transmitida al fluido dividida por la energía suministrada por el consumo de gasóleo, alcanza un valor del % con el quemador inicial, pero se incrementa hasta el % con el quemador comercial. El tiempo de calentamiento del sistema inicial es ligeramente superior a 1 h, pero este tiempo se incrementa hasta 1.43 h con el quemador comercial. Por ello, conviene mejorar la tasa de transferencia de calor y reducir el tiempo de calentamiento del sistema. Con este objetivo, se analizó el flujo fluido en el interior de la cisterna mediante simulaciones numéricas. Se observó que el caudal de emulsión recirculada por el sistema de bombeo apenas impactaba sobre la superficie de los tubos calefactores, generándose un camino directo entre la entrada del fluido recirculado y el pozo de aspiración del sistema de impulsión que reduce la mezcla del fluido, y por lo tanto, la tasa de transferencia de calor. Los tubos calefactores presentaron una forma de U, siendo el flujo de calor transferido notablemente mayor en el brazo de la U en cuyo extremo se inserta el quemador correspondiente. Un total de 17 prototipos virtuales se construyeron con el fin de evaluar la influencia de factores como la posición de los quemadores junto al eje de la cisterna o en los extremos, la localización de los tubos de entrada y salida de la emulsión, la introducción de obstáculos que dificulten el flujo directo desde el tubo de entrada al pozo de aspiración o la modificación del área de transferencia de calor que mejore la convección natural desde los tubos calefactores a la emulsión bituminosa. En consecuencia, se definió un diseño mejorado de la cisterna con las siguientes modificaciones:

3 - El tubo de entrada del caudal de emulsión recirculada se tapa en su extremo y se abren dos aberturas laterales con el fin de que el flujo de entrada impacte directamente sobre los tubos calefactores. - El montaje de tres aletas longitudinales sobre los brazos de los tubos calefactores que contienen cada quemador facilita la transferencia de calor por convección natural desde la parte superior de los tubos hacia la emulsión. - Se instala una tajadera que impide la comunicación directa entre el tubo de entrada y el pozo de aspiración. Esta tajadera además, funciona como superficie extendida para la transferencia de calor desde los tubos calefactores a la emulsión. - Los quemadores se instalan junto al eje de la cisterna. Esta modificación resulta inocua a la mejora de la transferencia de calor, pero facilita el montaje y la reparación de la cisterna. Finalmente, el diseño mejorado con el quemador comercial se comparó numérica y experimentalmente con el diseño inicial obteniendo una eficiencia del % y un tiempo de calentamiento de 1.31 h. Es decir, el diseño mejorado de la cisterna ahorra un 40 % de combustible incrementando el tiempo de calentamiento en un 28 %. Para más información: M Miana, O Cantín, C Millán, JR Valdés, C Bernad, JM Sánchez: Enhancement of the termal design of bitumen emulsion tanks by Scale Analysis, CFD models and experimental tests, Applied Energy, 88 (2011), pp Fotos:

4 Cisterna CCA de COMOPLESA LEBRERO de 8000 L. Líneas de corriente del flujo de emulsión bituminosa a la entrada de la cisterna, impactando sobre el tubo calefactor.

5 Diseño mejorado de la cisterna, donde se aprecia la nueva disposición de los tubos calefactores, la tajadera que evita el flujo directo desde la entrada a la salida, y las aletas longitudinales sobre los tubos calefactores que incorporan el quemador.

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