Abstract:
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El presente proyecto se centra en la simulación numérica de un intercambiador de doble tubo
equicorriente que evapora agua con el fin de recuperar el calor residual de una instalación
que utiliza gas-oil como combustible.
El fenómeno de la ebullición es uno de los procesos de transferencia de calor con cambio de
fase más complejo. Normalmente para su estudio se realizan una serie de hipótesis que
facilitan la labor, como pueda ser suponer el flujo de calor aportado constante o temperatura
de pared constante, las cuales este proyecto evita realizar.
La ebullición en flujo implica además la circulación de una mezcla bifásica de composición no
constante, ya que el líquido se evapora continuamente. Primeramente se presentan las
ecuaciones gobernantes para el flujo bifásico. A continuación, con el objetivo de un correcto
análisis del proceso de transferencia de calor, se efectúa un estudio detallado de los
diferentes regímenes de flujo y su transición, a través del desarrollo de un mapa de flujo
(flow-pattern).
En la región de flujo bifásico es necesario determinar el coeficiente de convección para un
óptimo diseño del intercambiador. Más adelante se muestran algunas ecuaciones de
coeficientes promedios, desarrolladas experimentalmente por sus autores, y se propone un
modelo actual para la obtención de un coeficiente basado en el mapa de flujo.
De este modo se desarrolla un programa basado en la discretización del sistema, con la
finalidad de abordar una simulación térmica de todo el cambiador y desarrollar un algoritmo
que controle en cada punto de la geometría el estado del fluido a evaporar. El conocimiento
de dicho estado gracias al diseño del mapa de flujo, la correcta aplicación de un coeficiente
que se adapte al correspondiente régimen y el hecho de prescindir de hipótesis
determinantes, establecen que la simulación realizada se adecue lo máximo a la realidad del
proceso. |