Precalentamiento del agua de entrada a la caldera

1. Resumen
2. Aspectos teóricos de los intercambiadores de tubo y coraza
3. Medición directa e indirecta de los parámetros principales de la caldera
4. Selección y cálculo del intercambiador a utilizar
6. Bibliografía

Análisis para la selección y el cálculo de un intercambiador de calor para el precalentamiento del agua de entrada a la caldera

Resumen

En los últimos años se ha ido elevando la cultura de ahorro de energía, cada día son más las alternativas para lograr dicho propósito.

Nuestro país, insertado en una difícil situación económica, busca nuevas vías para hacer uso eficiente de sus recursos. Por ello, cada esfuerzo que se haga por el bien de la economía, es sin dudas un aporte más para el desarrollo y bienestar de nuestro pueblo.

Este trabajo se desarrolla en la Universidad. En la que se cuenta con dos calderas, las que son utilizadas para la cocción de los alimentos. Una de ellas (la más pequeña), expulsa al medio ambiente, los gases producto de la combustión, a una temperatura que es aprovechable. Se quiere diseñar un equipo que aproveche dichos gases, para precalentar el agua de alimentación a la caldera.

Para lograr este objetivo, se contó con la ayuda de diversos libros de transferencia de calor, en los que se consultaron metodologías de cálculo necesarias para el diseño de dicho intercambiador de calor.

Este trabajo consta de 3 capítulos fundamentales:

1. Aspectos teóricos de los intercambiadores de tubo y coraza
2. Medicion directa e indirecta de los parametros principales de la caldera.
3. Selección y calculo del intercambiador a utilizar.

CAPÍTULO 1.

1 ASPECTOS TEÓRICOS DE LOS INTERCAMBIADORES DE TUBO Y CORAZA

1.1. Características de los Intercambiadores de Tubo y Coraza.

Los intercambiadores de tubo y coraza ofrecen una razonable compactación y permiten un económico proceso de transferencia de calor en concordancia con la fortaleza de la estructura mecánica y constructiva.

Permiten una fácil limpieza por el lado de los tubos y generalmente aceptable por el lado de la coraza. Una amplia variedad de las características o parámetros del diseño necesitan requerimientos especiales tales como, presiones extremas y temperaturas, vibraciones, erosiones, corrosión, cambio de fase y reposición de los componentes. Son permitidas áreas de transferencia en el rango de 0.1-90000 m2 en una coraza simple. Por todo esto, los intercambiadores de tubo y coraza son los más utilizados en la energía, control ambiental y procesos industriales en una vasta variedad de servicios.

La mayor desventaja de los intercambiadores de tubo y coraza es que los mismos no pueden ser modificados una vez que han sido construidos, en oposición a otros tipos. Escoger un óptimo y eficiente método de diseño es fundamental para garantizar la utilidad y funcionabilidad adecuada y prolongada de estos equipos(Wilbur.1985).

1.1.1. Componentes básicos.

(Wilbur.1985), señala que mientras existe una enorme variedad de las características específicas de diseño que se manejan en los intercambiadores de tubo y coraza, el número de componentes básicos es relativamente pequeño; así mismo hace la siguiente descripción de estos y sus características.

El intercambiador térmico más simple es aquel en el cual los fluidos frío y caliente se mueven en iguales u opuestas direcciones en un tubo concéntrico. Cuando los flujos tienen iguales direcciones se le denomina flujo paralelo, en este caso ambos fluidos entran por el mismo extremo, fluyen en la misma dirección y abandonan el equipo por el extremo opuesto; en el caso contrario, flujos en direcciones opuestas, se le conoce como contracorriente, los fluidos frío y caliente entran por extremos opuestos y salen por extremos opuestos.

Otra configuración, la que nos ocupa en nuestro caso, son los intercambiadores de tubo y coraza. Estos difieren de los demás en el número de corazas, de tubos y pasos de tubos, además de poseer otros aditamentos como los deflectores, que tienen un objetivo específico dentro del equipo.

Tubos. Los tubos, A en la figura 1.1, son los componentes básicos de los intercambiadores de tubo y coraza, proveen la superficie de transferencia de calor entre el fluido que fluye por dentro del tubo y otro fluido que fluye a través del exterior de los mismos. Los tubos se construyen sin costura o soldados a lo largo de la superficie. Los materiales más empleados son aceros de bajo contenido de carbono, aceros de bajas aleaciones, aceros inoxidables, cobre, admiralty, cobre-níquel, aluminio(en forma de aleaciones), titanio, y otros materiales para aplicaciones específicas.

Figura 1.1- Esquema de las partes principales de un intercambiador de tubo y coraza.

Los tubos pueden ser lisos o con pequeñas aletas en la superficie exterior. Estas aletas son usadas cuando el fluido en el lado de la coraza tiene un coeficiente de transferencia de calor mucho menor que el del lado de los tubos.

a-) b-)

Figura 1.2- Configuraciones típicas para los tubos.

a-) Paso cuadrado, b-) Tresbolillo

La superficie de estas aletas incrementan de 2 ½ – 5 veces el área de transferencia de calor, lo que ayuda a contrarrestar el bajo coeficiente de transferencia.

Los tubos son arreglados en un patrón regular, usualmente uno de los mostrados en la figura 1.2. Estas configuraciones están caracterizadas por la relación de distancia de centro a centro de tubos adyacentes con respecto al diámetro del tubo. Un pequeño valor de esta relación significaría un gran valor del área de transferencia por unidad de volumen.