Trabajo Dise Os Intercambiadores




Contenido

Introducción 2
Objetivos 3
Condiciones de operación 4
Condiciones de trabajo 4
Condiciones de flujo de agua 5
Condiciones de flujo gases 6
Geometría aletas y calculo eficiencia global 9
Resistencia térmica global y calculo transferencia global 10
Caídas de presión 13
Error de transferencia global de calor 13
Bibliografía 14









Introducción
Una práctica común de uso racionaly eficiente de la energía en las empresas, es instalar en las calderas de vapor economizadores. Estos intercambiadores aprovechan la energía de los gases de combustión para precalentar el agua de alimentación de la caldera. De esta manera, es posible aumentar entre 3 y 5 puntos porcentuales la eficiencia de la caldera.
En este trabajo se diseñara un intercambiador de calor con todos los conceptosaprendidos en el curso transferencia de calor y el modulo de intercambiadores de calor del curso diseños térmicos, y se analizara la importancia de un recuperador de calor para una empresa calculando el dinero que esta se ahorrara anualmente.

















Objetivos
Objetivo general
Diseñar un economizador para la caldera de una empresa
Objetivos específicos
Calcular
 Longitud y tamañodel tubo de intercambio de calor.
 Diagrama de la configuración del economizador.
 Comparación de ahorro de energía y dinero por instalar el recuperador de calor.
 Calor recuperado.
 Caída de presión en agua.
 Caída de presión en gases.
 Temperatura de salida del agua.
 Temperatura de salida de los gases de combustión.
 Seleccione el material adecuado













Condiciones de operación
Caldera pirotubular
 Capacidad nominal: 500 BHP
 Factor de carga: 70%
 Horas de uso: 24h durante 340 días al año.
 Temperatura de entrada del agua: 70°C
 Temperatura de salida de gases de combustible: 210°C (a 70% de carga)
 Eficiencia global de la caldera 75%
Propiedades de combustible.
 Gas Natural.
 Poder calorífico Superior: 10.4 kWh/m3
 Precio del Gas natural: $700 COP/m3Condiciones de trabajo

Primero que todo se halló la potencia térmica (kw) utilizando la capacidad, el factor de carga y la eficiencia global de caldera. Luego hallamos el flujo volumétrico del gas natural dividiendo la potencia térmica entre el PCS y con la relación aire/combustible se halló el flujo volumétrico del aire, sumando ambos flujos nos da el flujo volumétrico total de los gases. Tomando unadensidad del gas de 0.748 kg/m3 se halla el flujo másico del gas. Para hallar el flujo másico del agua se tomó la entalpia de vaporización de 2060 kj/kg.

condiciones de trabajo
 
 
caldera pirotubular


capacidad
500
BHP
factor de carga
0,7

Uso
8160
h/año
TinH20
343
K
T in gases
483
K
eficiencia global caldera
0,75

potencia térmica
4564
Kw
flujo volumétrico gases in
438,846
m3/h
flujovolumétrico aire
4594,719
m3/h
flujo volumétrico total
5033,565
m3/h
diámetro de chimenea
1,2
M
velocidad de los gases
4450,639
m/h
densidad del gas
0,748
kg/m3
flujo másico del gas
1,046
Kg/s
entalpía de vaporización
2060
kj/kg
flujo másico del agua total
1,662
kg/s
Tabla.1 condiciones de trabajo

PCS
10,4
Kwh/m3
$ gas natural
700
COP/m3
relacion aire/combustible
10,47

Tabla 2 propiedades delcombustible
Condiciones de flujo de agua

Con base en las conductividades térmicas de los materiales se escogió el aluminio ya que comparado con el acero inoxidable es mucho mejor , es económico comparado con el cobre y es comercial. La longitud, el número de tubos paralelos, el número de columnas se eligieron por diseño, se seleccionó el patrón de la geometría de tubos con aletas circulares el cualtiene la siguiente grafica


Tabla.3 (geometria de los tubos)


Para hallar el Reynolds del agua se utilizó la siguiente ecuación



Luego se halló el nusselt con la siguiente ecuación



Que tiene las siguientes condiciones

El Reynolds nos dio 7620 por esto se eligio utlizar esta ecuacion aunque de un poco menos de 10000, y para hallar el coeficiente de conveccion se utilizo la conductividad...