Diseño de un intercambiador de calor de tubos concéntricos mediante un estudio teórico para el proceso de calentamiento de amoníaco - Malla Peña, Jessica Tatiana (Machala : Universidad Técnica de Machala, 2022)
The objective of this work is the design of a concentric tube heat exchanger through a theoretical study for heating ammonia. It was determined that the basic principle for designing this type of equipment consists in establishing the initial parameters: temperature of the fluids and the internal diameter of the pipes. On the other hand, the design criteria were selected, which consisted of two phases: technical design and thermal design. The technical design consisted mainly in the selection of the most suitable material to achieve optimal operating performance, in this case it was stainless steel; while for the thermal design the following parameters were established: Reynolds number (Re), Nusselt number (Nu), volumetric flows (v), heat capacities (C), convection coefficients (h), global heat transfer coefficient (U), among others. Finally, after using a simplified calculation model such as the one proposed in this written work, the main thermal parameters for the design of the concentric tube heat exchanger were obtained, which are: internal diameter (D1) of 100 mm, external diameter of the inner tube (D2), inner diameter of the outer tube (D3), thickness (e) and length (L); with which it was possible to raise the temperature of liquid ammonia (NH3) from 20℃ to 62.54℃ using water at 80℃ as heating medium and, obtaining an efficiency of 70.9% for its use in the synthesis of granulated urea in the fertilizer industry.
El presente trabajo tiene como objetivo el diseño de un intercambiador de calor de tubos concéntricos mediante un estudio teórico para el calentamiento de amoníaco. Se determinó que el principio básico para diseñar este tipo de equipos consiste en establecer los parámetros iniciales: temperatura de los fluidos y el diámetro interno de las tuberías. Por otro lado, se seleccionaron los criterios de diseño, los cuales consistieron en dos fases: diseño técnico y diseño térmico. El diseño técnico consistió principalmente en la selección del material más adecuado para lograr un rendimiento óptimo de operación, en este caso fue el acero inoxidable; mientras para el diseño térmico se establecieron los siguientes parámetros: número de Reynolds (Re), número de Nusselt (Nu), flujos volumétricos (v), capacidades caloríficas (C), coeficientes de convección (h), coeficiente de transferencia de calor global (U), entre otros. Finalmente, después de empelar un modelo simplificado de cálculo como el que se planteó en este trabajo escrito, se obtuvieron los principales parámetros térmicos para el diseño del intercambiador de calor de tubos concéntricos que son: diámetro interior (D1) de 100 mm, diámetro exterior del tubo interior (D2), diámetro interior del tubo exterior (D3), espesor (e) y longitud (L); con el cual se logró elevar la temperatura del amoníaco líquido (NH3) de 20℃ a 62,54℃ empleando como medio de calefacción agua a 80℃ y, obteniendo una eficiencia del 70,9% para su utilización en la síntesis de urea granulada en la industria de los fertilizantes.
Keywords: INTERCAMBIADOR DE CALOR; DISEÑO; TUBOS CONCENTRICOS; AMONIACO