Desarrollo de un modelo de cálculo de transferencia de calor para intercambiadores (paila) pirotubulares de la industria panelera

Abstract

El trabajo propone un modelo de cálculo basado en el método NTU que describe la transferencia de calor, con diferentes correlaciones que se ajustan teóricamente a las condiciones del proceso permitiendo definir la ganancia de calor en función de la geometría de los pirotubos para contribuir más adelante en la optimización de estos tipos de intercambiadores. Se hizo una selección preliminar de las geometrías de pirotubo a evaluar entre varias geometrías, bajo criterios básicos de selección como la ganancia de transferencia de calor, construcción, facilidad para la circulación de los jugos, el grado de dificultad para la limpieza de diferentes geometrías etc. El trabajo se realizó en la planta piloto del centro de investigación CIMPA Barbosa, Santander donde se evaluaron tres geometrías de pirotubo, la elíptica, circular y trapezoidal. Para determinar la ganancia de calor de cada geometría, se midió el calor sensible y latente de vaporización utilizando como fluido de trabajo el agua. Cada geometría fue evaluada bajo tres intervalos de temperatura y a tres diferentes potencias. El modelo de cálculo tuvo el mejor ajuste a una temperatura media entre (700-500ºC) con un porcentaje de error de aproximadamente el 4%. Para el intervalo màs alto de temperaturas (800 y 700ºC) tuvo un porcentaje de error del -10% y para el tercer intervalo de temperaturas (500-300ºC) con el mayor porcentaje de error del 20%. Según los criterios de selección básicos presentados en este documento la mejor geometría de pirotubo es la elíptica. La ganancia de calor es función en primer lugar de la temperatura, seguida de la geometría y por último de la potencia. La geometría trapezoidal fue la que gano más calor, jugando al parecer un papel importante el área transversal de paso de los gases y el área de lámina que rodea los pirotubo. 1