Resumen de Optimización termodinámica de la transferencia de calor en flujos internos de gases con insertos tipo anillo cónico

Miguel Baritto Loreto, Sergio Otero Flores, Luis Suárez, Johane Bracamonte Baran

• español

  El uso de insertos estáticos permite el diseño de intercambiadores de calor de menor volumen, pero también pueden ser implementados en equipos existentes para mejorar su rendimiento. En este trabajo se desarrolla una metodología para la optimización termodinámica de insertos cónicos para el calentamiento de gases en tuberías a partir de un modelo algebraico adimensional. Se plantean y resuelven dos casos de optimización: el diseño de un intercambiador de calor en donde las únicas variables fijas son la temperatura de entrada y la transferencia de calor requerida. El segundo caso es la incorporación de los insertos a un intercambiador existente, en donde la temperatura de carga, flujo de masa y las características geométricas de la tubería son los parámetros fijos. Como resultados se presenta un análisis paramétrico en donde se estudia la influencia de distintos parámetros de diseño en la temperatura de descarga y la irreversibilidad termodinámica. Luego se presentan los resultados del proceso de optimización para distintas combinaciones de parámetros, y se discute las tendencias encontradas en las configuraciones óptimas. Los resultados son aplicados en un ejemplo para ilustrar el interés práctico de la metodología. Se encontró que para ambos casos de optimización las configuraciones óptimas corresponden a la mínima severidad de los insertos, mientras que los diseños óptimos corresponden siempre a la mínima relación de aspecto posible (L/D) para las tuberías, mientras que el número de tubos, contemplado en el número de Reynolds, se ajusta para satisfacer la temperatura de descarga.

• English

  The use of static inserts allows reducing the volume of heat exchangers at the design stage, although they could also be installed in operating equipment to enhance their performance. In this work, an original methodology is developed for the thermodynamic optimization of conical ring inserts within cylindrical piping for gas heating, using a dimensionless algebraic model. Two optimization cases are considered: the design of a new heat exchanger, and the retrofitting of an operating equipment. In the former only the mass flow, charge temperature and heat rate are known, whereas all geometrical characteristics are fixed for the latter. As results, this article presents a parametric study for discharge temperature and entropy generation, and the result of optimization methodology applied to several parameter combinations. The trends observed for optimal configurations are discussed and an example is solved to illustrate the practical value of the proposed methodology. It was found that optimum configuration leads to less severe inserts, and that best designs are those with lower pipe aspect ratio (L/D), while the tube count, used in Reynolds number calculation, is adjusted to meet temperature requirements.