Comparação de comportamento térmico e eficiência energética do aquecimento elétrico AC vs. DC em uma coluna de destilação usando análise de termografia infravermelha

O escopo da minha pesquisa é demonstrar a vantagem do uso de fontes de alimentação AC e DC em um elemento de aquecimento dentro de uma caldeira de coluna de destilação. Estudos recentes abordam a análise termográfica em colunas de destilação alimentadas por AC/DC separadamente, mas nenhum trabalho combinou ambas as abordagens. Para começar, instale a câmera térmica para aquisição.

Selecione a paleta de cores do ferro no menu da câmera térmica e certifique-se de que ela está corretamente aplicada antes de prosseguir. Defina o valor de correção de emissividade para 0,95 no menu da câmera térmica. Depois, posicione a câmera térmica aproximadamente 80 centímetros do boilerplate.

Segurando a câmera térmica aproximadamente 60 centímetros acima do piso, oriente-a em direção ao boilerplate na coluna de destilação. Pressione o botão de salvar para gravar o termograma na memória da câmera térmica. Capture termogramas a cada cinco segundos durante as amostras de um a 1.500 na interface local.

Repita a aquisição por 20, 60 e 100 volts sob condições de corrente alternada e corrente contínua. Registre o nome de cada termograma capturado e a amostra de temperatura padrão correspondente exibida na interface local. Para iniciar a aquisição de dados de temperatura padrão, armazene os arquivos temporários gerados pela interface local do processo.

Renomeie e salve os arquivos armazenados na pasta do processo atual. Colete os arquivos CSV gerados durante o teste e gere um único arquivo contendo todos os dados adquiridos do processo. Salve o arquivo consolidado para análise.

Para iniciar a preparação dos dados, extraia termogramas da câmera térmica. Transfira todos os arquivos de imagem para a estação de trabalho de análise. Revise os termogramas extraídos e descarte quaisquer imagens indesejadas.

Marque manualmente um ponto de referência em cada termograma. Depois, crie um gráfico de visão geral da temperatura do processo usando o arquivo de dados do processo gerado anteriormente. Relacione os dados de temperatura da caldeira da interface local aos termogramas de processo capturados.

Para desenvolver um algoritmo para processamento de termogramas, primeiro carregue uma imagem em uma variável dentro do ambiente de análise. Defina o tamanho dos vetores para os eixos do grafo usando a variável imagem. Depois, defina a área para detectar faixas mínimas e máximas de temperatura com base na imagem de análise.

Prepare a figura para o gráfico. Em seguida, carregue a imagem do termograma em uma variável para processamento. Defina uma área de busca para o ponto de referência previamente marcado.

Isole o ponto de referência e obtenha suas coordenadas. Depois, use as coordenadas para indicar a área de análise. Agora, converta a área de análise para tons de cinza.

Calcule o valor médio da temperatura da área em escala de cinza. Isole as áreas de temperatura máxima e mínima na imagem. Converta os números gráficos em texto numérico.

Converta os valores médios para temperaturas máximas e mínimas escaladas de acordo com os intervalos da imagem, e armazene os valores médios totais e as etiquetas correspondentes. Por fim, plote os resultados médios totais para visualizar os dados processados do termograma. As medições de temperatura usando 100 volts DC variaram ao longo do processo, enquanto as medições usando 100 volts AC permaneceram mais estáveis.

Em 100 volts DC, a variação térmica na seção da caldeira era maior do que na corrente alternada. DC apresentou áreas mais controladas devido à progressão mais suave e ao aumento, mas não à dispersão abrupta. Sob condições de 60 volts, as medições de temperatura eram mais estáveis com corrente alternada. A evolução térmica usando 60 volts AC mostrou um aumento gradual da temperatura durante a inicialização, enquanto com 60 volts DC, o aquecimento era mais pronunciado e rápido.

A tendência gráfica de temperatura em 20 volts mostrou variação perceptível para DC, enquanto AC resultou em um perfil mais gradual e estável. Termogramas abaixo de 20 volts AC mostraram temperaturas variando de 22,8 graus Celsius a 26,3 graus Celsius. Nosso protocolo utilizou análise TIR para fornecer uma visão mais clara do comportamento térmico em relação à fonte de energia dentro do processo.

Nossas descobertas mostram que selecionar uma fonte adequada de CA ou DC otimiza o desempenho, reduz os custos de energia e melhora a qualidade da destilação. Pesquisas futuras investigarão de forma aprofundada as bases de termogramas para métodos de detecção e como a fadiga do atuador térmico influencia o comportamento transitório do processo.