Intercambiadores de calor: cómo optimizar su desempeño con simulación CFD
Los intercambiadores de calor y equipos térmicos presentes en procesos industriales están sometidos a fenómenos que pueden afectar su desempeño, confiabilidad y vida útil. Una distribución inadecuada del flujo, bajas tasas de transferencia de calor, pérdidas de presión, cambio de fase, ensuciamiento o diferencias importantes de temperatura pueden reducir la eficiencia del equipo y generar condiciones no deseadas de operación.
A nivel estructural, las diferencias de temperatura y las cargas de operación pueden producir dilataciones diferenciales, deformaciones y esfuerzos térmicos que deben ser evaluados durante el diseño o la revisión de un equipo. En intercambiadores y recipientes a presión, comprender la interacción entre los fenómenos térmicos y estructurales resulta fundamental para tomar decisiones de diseño y operación.
Por ello, la simulación numérica permite analizar estos fenómenos antes de realizar modificaciones físicas, comparar alternativas de diseño e identificar posibles problemas de desempeño térmico y comportamiento estructural.
Este webinar mostrará cómo la simulación numérica puede utilizarse para analizar problemas de transferencia de calor y comportamiento estructural en intercambiadores de calor y otros equipos de proceso. Se abordarán estrategias de modelado mediante CFD para estudiar la distribución de temperatura, el flujo, la transferencia de calor, el cambio de fase y el efecto del ensuciamiento sobre el desempeño de los equipos.
También se presentará cómo conectar los resultados térmicos con el análisis estructural para evaluar fenómenos como la dilatación diferencial y los esfuerzos generados por las condiciones térmicas y de operación. Se incluirán aplicaciones en radiadores e intercambiadores de calor, así como una introducción al análisis de recipientes a presión bajo los criterios de ASME BPVC Section VIII.
El enfoque estará orientado a aplicaciones reales de ingeniería, mostrando criterios prácticos para seleccionar estrategias de modelado, simplificar geometrías y utilizar herramientas de simulación para evaluar alternativas antes de realizar cambios físicos en los equipos.
¿Qué aprenderá?
Identificar los principales problemas térmicos que pueden afectar el desempeño de un intercambiador de calor, como distribución no uniforme de temperatura, baja transferencia térmica, pérdidas de presión y ensuciamiento.
Comprender cómo utilizar la simulación CFD para analizar el flujo, la temperatura y la transferencia de calor en intercambiadores y otros equipos térmicos.
Conocer estrategias de modelado para abordar diferentes niveles de complejidad, incluyendo cambio de fase y representación del efecto del ensuciamiento.
Conocer criterios generales para abordar el análisis estructural de recipientes a presión de acuerdo con ASME BPVC Section VIII. Reconocer cuándo utilizar diferentes estrategias de modelado y herramientas de simulación para resolver problemas de ingeniería térmica y estructural.
Temario
- Problemas típicos en intercambiadores de calor: distribución de temperatura, zonas de bajo desempeño térmico, pérdida de presión, ensuciamiento y limitaciones de transferencia de calor.
- Aplicación de CFD a transferencia de calor: estrategias de modelado, definición de condiciones de frontera y evaluación de temperatura, velocidad y transferencia térmica.
- Estrategias de modelado: cuándo utilizar un modelo detallado y cuándo recurrir a simplificaciones para reducir el costo computacional.
- Cambio de fase: consideraciones para modelar procesos donde intervienen evaporación, condensación u otros fenómenos multifásicos.
- Ensuciamiento (fouling): cómo representar el efecto de depósitos sobre las superficies de transferencia y evaluar su impacto en el desempeño térmico.
- Dilatación diferencial: evaluación de los efectos de las diferencias de temperatura sobre la expansión de los componentes y los esfuerzos térmicos.
- Análisis estructural de equipos de proceso: evaluación de esfuerzos y comportamiento mecánico en componentes sometidos a cargas térmicas y de presión.
- Recipientes a presión: introducción al análisis estructural y criterios de evaluación asociados a ASME BPVC Section VIII.
- Demo propuesta: modelado de un intercambiador de calor, análisis térmico mediante CFD y posterior evaluación del efecto de las temperaturas sobre el comportamiento estructural del equipo.
Datos del ponente
Manuel Pacherres, especialista en simulación CFD con experiencia en aplicaciones industriales mediante Ansys Fluent.