Método generalizado para predecir el desempeño de platos corrugados para uso en intercambiadores de calor tipo Compabloc

Abstract

El objetivo de este proyecto es mostrar el área de oportunidad que existe en el desarrollo de correlaciones generalizadas confiables para estimar el desempeño térmico e hidráulico de los platos con corrugación tipo Chevron y desarrollar una metodología de diseño novedosa y precisa para el diseño de intercambiadores de calor de tipo welded plate (WPHE). La metodología inicia con la selección del plato térmico a través de un diagrama de parámetros y genera un espacio de diseño con múltiples opciones de selección según limitaciones del proceso y posteriormente se analiza la viabilidad térmica y económica del diseño. Para el diseño de equipos de intercambio de calor compactos, específicamente Compabloc, es necesario contar con correlaciones generalizadas para estimar el desempeño termohidráulico de los platos con corrugación Chevron. En este trabajo se desarrollaron correlaciones generalizadas a partir de datos experimentales para todo el régimen de flujo y número de Reynolds. En aplicaciones industriales, la recuperación de calor está limitada por factores termodinámicos y económicos. El aumento de la recuperación de calor en un intercambiador de calor que ya se encuentra en operación requiere mayores costos en términos de inversión de capital y bombeo debido al aumento del tamaño y la caída de presión. Una opción de diseño para compensar el rápido crecimiento de las dimensiones del equipo para satisfacer un incremento en carga térmica consiste en utilizar estrategias para aumentar la recuperación de calor aumentando el coeficiente de transferencia de calor con un aumento moderado en la caída de presión. Los intercambiadores de calor Compabloc tienen características de construcción que los hacen adecuados para tales fines. La nueva metodología de diseño para este tipo de intercambiador que se propone en este trabajo analiza su aplicación en proyectos de Retrofit (readecuación) y el enfoque explota el uso de Rutas Térmicas como la forma más simple y práctica de identificar proyectos de ahorro de energía. Se discute la importancia de analizar y cuantificar la propagación de perturbaciones de temperatura en las redes de recuperación de energía. La aplicación de la metodología a dos casos de estudio demuestra la viabilidad económica del uso de intercambiadores Compabloc, encontrando que con un costo adicional de bombeo de $66,776.12 USD/año, una superficie total de 1,140.8 m2 y una inversión de capital de $1,062,272.0 USD, se pueden recuperar 24.8 MW de energía adicional, ahorrando $5,339,675.52 USD/año, con un retorno de la inversión de 2.8 meses.