Intercambiador de calor

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modelamiento de un intercambiador de calor en solidwork

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  • Secuencia de procesamiento caña de azúcar
  • Secuencia de procesamiento caña de azúcar
  • El CAD es una técnica de análisis, una manera de crear un modelo del comportamiento de un producto aun antes de que se haya construido. Los dibujos en papel pueden no ser necesarios en la fase del diseño.

Transcript

  • 1.  
  • 2. Proceso de obtención del azúcar - CULTIVO Y TRANSPORTE - MOLIENDA - CLARIFICACIÓN - EVAPORADORES - CRISTALIZACIÓN - SEPARACIÓN - REFINACIÓN
  • 3.  
  • 4.
    • En la clarificación el jugo debe llegar a 105 ºC.
    • Intervienen directamente en el proceso de
    • obtención del azúcar.(EVAPORADORES)
  • 5.
    • Intercambiador de calor de:
    • Casco y Tubos.
    • de Placas.
    • de Contacto directo con el vapor.
    • de tipo espiral.
  • 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.  
  • 15.
    • PÉRDIDAS DE PRESIÓN EN LOS CALENTADORES:
      • La pérdida de presión en el tramo inicial:  P in = 0.065  ρ  V 2 /2
      • La pérdida de presión por fricción:  P fr = ξ r  L ρ  V 2 /2
      • d 
    • depende del número de Reynolds y de la aspereza de la superficie del tubo.  
      • La pérdida de presión a la salida de los tubos en la cámara deflectora:
    •  P a = ρ  V 2 /2
    •   Por lo tanto: La pérdida total en el lado del jugo de un calentador para “n” pasos será:
    •  
    •  P = n  Σ  P = n  (  P e +  P in +  P fr +  P a )
    •  P = n  ρ  V 2 /2 ( 1.565 + 0.025  ). L
    • d
  • 16.  
  • 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
  • 27.  
  • 28.
    • Es posible desarrollar de sistemas virtuales dentro de un entorno, permitiendo en muchos casos eliminar los prototipos físicos.