modelamiento de un intercambiador de calor en solidwork

2. Proceso de obtención del azúcar - CULTIVO Y TRANSPORTE - MOLIENDA - CLARIFICACIÓN - EVAPORADORES - CRISTALIZACIÓN - SEPARACIÓN - REFINACIÓN

6. La empresa azucarera SAN JACINTO, esta ubicada en el pueblo de San Jacinto – Chimbote. Ingenio que tiene en su haber importantes máquinas térmicas , de las cuales solo será objeto de estudio el intercambiador N 2 .

7. vista planta azucarera.avi

8. VISTA DETALLE INTERCAMBIADOR vista detalle intercambiador.avi

9. CONSIDERACIONES A TOMAR: 1.- Obtención de flujo calórico. 2.- Obtener MLTD. 3.- Calcular T m a fin de obtenerlas propiedades físicas del fluido. 4.- Suponer U d para calcular el área de transferencia de calor(A). 5.- El Área se divide en tubos, numero de pasos y se hallan todas las condiciones geométricas. 6.- Se verifica la caída de presión. 7.- Con la geometría obtenida se calcula el coeficiente de transferencia de calor y se lo compara con el U d .

10. Capacidad de la planta: 4000 Ton/día,  183709.3 lb/h Temperatura del jugo que entra: Te = 167 ºF  75 ºC Temperatura del jugo que sale: Ts = 221 ºF  105 ºC

11. Calor específico del jugo: Cp = (1 – 0.0056 Bx) BTU / lb  ºF Margen de temperatura: Temperatura del Vapor: 168700 + 75900 log(Pve/1atm ) Tv = 232.33 ºF 1687 – 330 log(Pve/ 1atm) Entalpía de condensación del Vapor : Hv = (2493.96 – 2.07468Tv – 0.00296Tv 2 ) KJ / Kg VAPOR DE CALENTAMIENTO MARGEN DE TEMPERATURA Vapor de escape Tv – Ts = 6 a 3 ºC Vapor 1º Efecto Tv – Ts = 10 a 12 ºC Vapor de los otros efectos Tv – Ts = 15 a 20 ºC

12. MEDIA LOGARÍTMICA DE LAS DIFERENCIAS DE TEMPERATURA (MLDT):  T = MLDT = ( Tv – Te) – (Tv – Ts)   T = 30.82 ºF Ln (Tv – Te) (Tv – Ts) Tv es constante mientras calienta el jugo.

13. Ud = 1 . Rv + Rp + R L Rv : Resistencia en el lado del vapor de agua. Rp : Resistencia de la pared del tubo. R L : Resistencia en el lado del líquido. Ud = 4.353  Tv  V 0.8 (W/m 2  K)

14. SUPERFICIE DE INTERCAMBIO DE CALOR: VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN DEL JUGO EN LOS TUBOS: Es conveniente que la velocidad del jugo no descienda de 1 m/s, Así también, si la velocidad es muy alta(mayor a 2 m/s), el paso del jugo por el calentador, provoca una pérdida de carga muy importante, la cual se hace rápidamente insostenible.

17. Modelado CAD Intercambiador de calor hecho en SOLID WORKS

18. La simulación con elementos finitos se hizo con el software COSMOS FLOWORKS para un modelo tridimensional de un intercambiador de calor de carcasa y tubos. En el proceso de análisis y diseño se utilizan herramientas de cálculo como el Análisis por elementos finitos (FEA) y la dinámica de fluidos computacional (CFD). La Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) se utiliza, actualmente, en la modelización, visualización y análisis de fluidos y transferencia de calor. Permite a los usuarios optimizar las características de funcionamiento de los nuevos diseños y conceptos, reduciendo significativamente el ciclo de comercialización, sus costes y riesgos asociados.

19. Ejemplo de análisis y modelamiento COSMOS FLOWORKS

20. Esquema de cálculo Entrada de jugo de caña m = 23.148 kg/s Te = 75ºC = 348.15 ºk Cp= 3.82 Kj/Kg.ºK Salida de jugo de caña m = 23.148 kg/s Ts = 105ºC = 378 ºk Entrada de Vapor m = 1.25 kg/s Te v= 111.29 ºC = 384.44 ºk P = 7psi Salida de Vapor Tsv = 105.97 ºC = 379.12 ºk P = 7psi

21. Mallado

22. DOMINIO COMPUTACIONAL

23. RESULTADOS Flujo de Vapor

24. Flujo de Vapor

25. Flujo jugo de caña de azucar

26. Flujo jugo caña de azúcar