Modelo teórico para cuantificar la eficiencia térmica del calentador eléctrico en una secadora doméstica de ropa

Theoretical model to quantify the thermal efficiency of the electric heater in a household clothes dryer

En este trabajo de difusión se presenta la mejora de la generación y transferencia de calor en el calentador eléctrico de una secadora doméstica de ropa, con el desarrollo de un modelo teórico para estimar la eficiencia térmica, basado en el flujo másico y la potencia eléctrica del calentador como variables de entrada, y la eficiencia térmica del calentador como variable de salida, con el calentador analizado como un componente aislado. Se realizaron pruebas al calentador para determinar la función matemática de su eficiencia térmica. Del análisis de resultados se observó la tendencia exponencial típica de un sistema sobreamortiguado, base del modelo matemático cuyo coeficiente de predicción es 0.96.El modelo matemático se comprobó con flujo másico alto obteniendo un error relativo máximo de 0.66 %, y provee de información suficiente para elevar la eficiencia en 7.7%. El rango de potencia en el que fue probado el modelo matemático desarrollado para el calentador es de 1 KW hasta 5 KW, el cual es el rango recomendado para su uso.

1.Introducción 

En este documento se aborda el problema de mejorar las condiciones de generación, transferencia y transporte de calor en el calentador eléctrico de las secadoras domésticas de ropa, con la intención de reducir el consumo de energía en la secadora. Esta investigación se realiza en un calentador eléctrico de tipo remoto, en una secadora de ropa como la que se muestra en la Figura1.

En general, la mejora en la eficiencia de la secadora doméstica de ropa puede ser fruto de la mejora del sistema completo o de la mejora de un sistema local considerando todas las variables globales. Por otra parte, el enfoque de este trabajo se dirige a la mejora de un solo componente: la fuente de calor, que es la encargada del consumo de más del 80% de la energía en la secadora, de ahí la importancia para seleccionarlo como componente para ser analizado. 

Para lograr la caracterización del calentador se propuso un modelo teórico-experimental, de tal manera que se pueda obtener la eficiencia térmica del calentador a cualquier potencia y flujo másico sin necesidad de evaluar experimentalmente el calentador.

La experimentación y modelo consideran el calentador de la secadora como un componente aislado, de tal manera que pudiera ser examinado sin la influencia de las variables de ruido asociadas al proceso de secado, tales como el incremento en la humedad del aire, el incremento de la temperatura ambiente, y cambios en la resistencia del calentador [1]-[4].

1.1 Fundamentación y justificación 

Una secadora eléctrica doméstica de ropa de entre 7 y 7.5 ft3, tiene un consumo anual de energía de por lo menos 967 KWh, que representa el 8.6 % de la energía promedio consumida en un hogar de los Estados Unidos, reducir esta cantidad de energía tiene un aporte directo en la reducción de la creación de nuevas plantas generadoras de energía [1]. Obteniendo un ahorro del 5 % de la energía total consumida por la secadora (lo necesario para cubrir la regulación del departamento de energía que entrará en vigor en 2015 [2]), se ahorran más de 48 KWh por año que equivale a casi 0.5 % del consumo energético en un hogar promedio en los Estados Unidos.