Comparación de comportamiento térmico y eficiencia energética de la calefacción eléctrica de CA vs. CC en una columna de destilación mediante análisis de termografía infrarroja

El objetivo de mi investigación es demostrar la ventaja de usar alimentación de CA y DC en un elemento calefactor dentro de una caldera de columna de destilación. Estudios recientes abordan el análisis termográfico en columnas de destilación alimentadas por CA/CC por separado, pero ningún trabajo combinó ambos enfoques. Para empezar, monta la cámara térmica para la adquisición.

Selecciona la paleta de colores de hierro en el menú de la cámara térmica y asegúrate de que se aplica correctamente antes de continuar. Establece el valor de corrección de emisividad en 0,95 desde el menú de la cámara térmica. Luego coloca la cámara térmica aproximadamente a 80 centímetros del boilerplate.

Sosteniendo la cámara térmica aproximadamente a 60 centímetros sobre el suelo, orienta la cámara hacia el boilerplate en la columna de destilación. Pulsa el botón de guardar para grabar el termograma en la memoria de la cámara térmica. Captura los termogramas cada cinco segundos durante las muestras uno a 1.500 en la interfaz local.

Repite la adquisición durante 20, 60 y 100 voltios bajo condiciones de corriente alterna y corriente continua. Registra el nombre de cada termograma capturado y la muestra de temperatura estándar correspondiente mostrada en la interfaz local. Para comenzar la adquisición de datos estándar de temperatura, almacena los archivos temporales generados por la interfaz local del proceso.

Renombra y guarda los archivos almacenados en la carpeta del proceso actual. Recoge los archivos CSV generados durante la prueba y genera un único archivo que contenga todos los datos adquiridos del proceso. Guarda el archivo consolidado para análisis.

Para comenzar la preparación de los datos, extrae termogramas de la cámara térmica. Transfiere todos los archivos de imagen a la estación de trabajo de análisis. Revisa los termogramas extraídos y descarta cualquier imagen no deseada.

Marca manualmente un punto de referencia en cada termograma. Luego crea un gráfico de visión general de la temperatura del proceso usando el archivo de datos del proceso generado previamente. Relacionar los datos de temperatura de la caldera desde la interfaz local con los termogramas de proceso capturados.

Para desarrollar un algoritmo para el procesamiento de termogramas, primero carga una imagen en una variable dentro del entorno de análisis. Define el tamaño de los vectores para los ejes del grafo usando la variable imagen. Luego, define el área para detectar rangos de temperatura mínima y máxima basándose en la imagen de análisis.

Prepara la figura para la gráfica. A continuación, carga la imagen del termograma en una variable para procesar. Define un área de búsqueda para el punto de referencia previamente marcado.

Aísla el punto de referencia y obtén sus coordenadas. Luego, usa las coordenadas para indicar el área de análisis. Ahora, convierte el área de análisis a escala de grises.

Calcula el valor medio de temperatura del área en escala de grises. Aísla las áreas de temperatura máxima e mínima en la imagen. Convierte los números gráficos en texto numérico.

Convierte los valores medios a temperaturas máximas y mínimas escaladas según los rangos de imagen, y almacena los valores medios totales y las etiquetas correspondientes. Por último, grafica los resultados medios totales para visualizar los datos procesados del termograma. Las mediciones de temperatura usando 100 voltios de corriente continua variaron durante todo el proceso, mientras que las mediciones con 100 voltios de corriente alterna se mantuvieron más estables.

A 100 voltios de corriente continua, la variación térmica en la sección de la caldera era mayor que con la corriente alterna. La DC presentó áreas más controladas debido a una progresión más suave y a una dispersión creciente, pero no abrupta. Bajo condiciones de 60 voltios, las mediciones de temperatura eran más estables con corriente alterna. La evolución térmica usando corriente alterna de 60 voltios mostró un aumento gradual de la temperatura durante el arranque, mientras que con corriente continua de 60 voltios el calentamiento era más pronunciado y rápido.

La tendencia gráfica de temperatura en 20 voltios mostró una variación notable para CC, mientras que la CA resultó en un perfil más gradual y estable. Los termogramas por debajo de 20 voltios de corriente alterna mostraron temperaturas que oscilaban entre 22,8 y 26,3 grados Celsius. Nuestro protocolo utilizaba análisis TIR para ofrecer una visión más clara del comportamiento térmico en relación con la fuente de energía dentro del proceso.

Nuestros hallazgos muestran que seleccionar un suministro adecuado de CA o CC optimiza el rendimiento, reduce los costes energéticos y mejora la calidad de la destilación. Investigaciones futuras investigarán a fondo las bases de termogramas para métodos de detección y cómo la fatiga del actuador térmico influye en el comportamiento transitorio del proceso.