Transferencia de calor y materia en el interior de tubos horizontales enfriados por aire /
Introducción: 1.Antecedentes: Los intercambiadores de calor de tubos aleteados enfriados por aire han encontrado amplia difusión en la industria en las últimas décadas, debido a que el fluido refrigerante empleado, aire, no necesita procesamiento previo, y su costo operativo se reduce sólo a la impu...
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| Autor Principal: | |
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| Formato: | Libro |
| Idioma: | Spanish |
| Publicado: |
1996.
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| Materias: | |
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| Sumario: | Introducción: 1.Antecedentes: Los intercambiadores de calor de tubos aleteados enfriados por aire han encontrado amplia difusión en la industria en las últimas décadas, debido a que el fluido refrigerante empleado, aire, no necesita procesamiento previo, y su costo operativo se reduce sólo a la impulsión del mismo a través del equipo. En PLAPIQUI se ha desarrollado un algoritmo de cálculo para la simulación rigurosa de enfriadorse sin cambio de fase y condensadores de vapores puros, esto es, los casos en los que la temperatura del fluido varía linealmente o es independiente, respectivamente, del calor intercambiado (Urbicain y Paloschi (1981), González y Echarte (1988)). El algoritmo tiene la particularidad de que plantea y resuelve las ecuaciones de balance y de transferencia que gobiernan el proceso, en un tramo de longitud finita reducida de tubo, previa adopción de dos temperaturas desconocidas. La extensión secuencial del cálculo en forma iterativa hasta lograr la convergencia de las variables adoptadas, permite la solución de todo. Urbicain y Paloschi (1981) probaron la unicidad de la solución y la convergencia del método. 2.Objeto del trabajo: Esta Tesis tiene por objetivo efectuar el modelamiento de los procesos que tienen lugar en el interior de los tubos de intercambiadores de calor enfriados por aire, con el fin de: a) incorporar los modelos al programa general de simulación rigurosa paso a paso; b) efectuar el diseño óptimo de equipos, ya sea desarrollando una estrategia para tal fin, o utilizando un algoritmo de programación no lineal. Es posible identificar cuatro procesos que se pueden dar en el interior de los tubos de un intercambiador de calor horizontal enfriado por aire: 1) enfriamiento sin cambio de fase; 2) condensación isotérmica (un solo componente); 3) condensación de un componente puro en presencia de un no condensable; 4) condensación de mezclas. Los dos primeros procesos fueron modelados cuando se desarrolló el programa de simulación paso a paso, siendo motivo de esta Tesis el modelamiento de los dos últimos, teniendo en cuenta que el fluido de proceso y el refrigerante circulan en flujo cruzado. Por otra parte, cuando se diseña un equipo de intercambio calórico con aire como refrigerante, es conveniente contar con un algoritmo de optimización que permita alcanzar un objetivo tal como, por ejemplo, minimizar el costo de la unidad. Se emplean en esta Tesis dos modalidades para alcanzar ese objetivo: 1) búsqueda a través de todas las combinaciones posibles de cierto conjunto de variables, de aquél equipo que, verificando ciertas restricciones impuestas, constituya el de costo mínimo; 2) utilización de un algoritmo de optimización de programación cuadrática sucesiva el cual, a través del hallazgo y actualización de líneas de búsqueda, halla el equipo de mínimo costo que satisface las restriccinoes impuestas al problema. 3. Formato de la Tesis: En el capítulo 2 se describe el programa para la simulación rigurosa de un enfriador o condensador de un vapor puro, con el modelo aplicable a un elemento de tubo de escasa longitud en esas condiciones de proceso. En el capítulo 3 se presenta el modelo de condensación de un vapor puro en presencia de un no condensable, con las aproximaciones que permiten el planteo de un sistema de ecuaciones no lineales con respecto a la temperatura de la interfase líquido - vapor en un elemento de tubo y con el detalle del cálculo del coeficiente superficial de transferencia de calor del lado del proceso. Se describe el algoritmo iterativo para la solución del sistema, y se presentan los resultados para un condensador de vapor de agua - dióxido de carbono. En el capítulo 4 se hace un tratamiento similar al anterior para el caso de la condensación de un mezcla de vapores, analizando modelos de literatura desarrollados para flujo co - y contracorriente en tubos concéntricos y en equipos de carcasa y tubos. De ese análisis surge la propuesta de adaptar uno de esos modelos a la configuración de flujo cruzado típica de los aerointercambiadores y, en particular, de plantear un modelo que calcula la transferencia de masa hacia la interfase a partir de condiciones de equilibrio en la misma. Se presentan los resultados de corridas experimentales efectuadas en un equipo instalado en una planta y de valores calculados con el programa al que se le incorporaron los modelos descriptos. Los capítulos 5 y 6 corresponden al diseño, es decir la obtención del equipo adecuado para una carga calórica conocida. En el capítulo 5 se reseñan los fundamentos teóricos y los cálculos básicos, tales como área, coeficiente de transferencia de calor, pérdida de carga de la corriente de proceso y del aire, y costos. En el capítulo 6 se describe el algoritmo de diseño y se muestran los resultados obtenidos para diferentes tipos de procesos. En el capítulo 7 se implementa un algoritmo de programación no lineal en la solución del problema de diseño con el costo mínimo como función objetivo, transformando el problema de diseño en uno de optimización. Finalmente, en el capítulo 8 se establecen conclusiones generales, así como se esbozan líneas de trabajo a ser encaradas en etapas posteriores.CALIFICACION DEPARTAMENTO DE GRADUADOS Calificación de la defensa oral: Sobresaliente - 10 (diez) Fecha: 5/12/96 |
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| Descripción Física: | 131 h. : il. ; 29 cm. . |
| Bibliografía: | Incluye referencias bibliográficas. |