Software Para La Distribución de Tubos en Intercambiadores de Calor

SOFTWARE PARA LA DISTRIBUCIÓN DE TUBOS EN INTERCAMBIADORES DE CALOR 

PEDRO ACOSTA CARLOS ARTURO CABRA SÁNCHEZ SEBASTIAN CARDONA ANGEL DÍAZ REY MARLON ESPINOZA JUAN SEBASTIÁN MARTÍNEZ SUÁREZ JHON ALEXANDER MADRIGAL MENESES LAURA PRIETO

SISTEMAS TÉRMICOS

OMAR GELVEZ Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER  FACULTAD DE INGENIERAS FSICO ! MEC"NICAS ESCUELA DE INGENIERA MEC"NICA BUCARAMANGA #$%&

INTRODUCCIÓN Sabiendo la gran importancia que tiene para un estudiante de ingeniería mecánica la comprensión del diseño térmico de intercambiadores de calor y en particular  intercambiadores de casco y tubos, se hace necesario contar con una herramienta informática que nos facilite este proceso de diseño, puesto que los cálculos empleados llegan a ser demasiado tediosos, además la presencia de varios procesos iterativos señalan al ordenador como la herramienta más práctica para la solución de este problema. En este orden de ideas se han desarrollado varios programas que han tratado de dar  solución al diseño de intercambiadores presentando dificultades en la parte especifica de la distribución de tubos. Este programa presenta una solución alternativa en la cual se puede lograr una distribución de tubos equitativa dependiendo del nmero de pasos por tubo y del arreglo.

OB'ETIVOS !onstruir un programa que permita tener una distribución de tubos equitativa para cada tipo de arreglo y numero de pasos por tubo.



"eterminar el diámetro requerido estándar con el nmero de tubos para lograr una distribución uniforme

DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA Este programa fue construido gracias a la versátil herramienta #$% de &'()'* debido a su practicidad, atractivo y sencille+ en su programación.

D()o* +e en)r(+( !on los datos del nmero de tubos, tipo de arreglo, numero de pasos y diámetro del tubo, obtendremos la información necesaria para determinar el "() y el claro diametral )bb requeridos para nuestro -(( ingresado y predecir todas las variables geométricas que influyen en la distribución organi+ada y equitativa de los tubos

D()o* +e *(,i+( En esta sección podremos obtener el valor de nuestro diámetro del casco estandari+ado y el nmero de tubos que deberían caber en nuestro diámetro. (ambién se muestra el numero de tubos por paso y el nmero total de tubos -(( que grafica, para p oder comparar y tomar decisiones con respecto a la meor opción para distribuir los tubos.

#raficas / pasos por los tubos, arreglo 012

/ pasos por los tubos, arreglo 3452

/ pasos por los tubos, arreglo 342

CÓDIGO FUENTE 6unción utili+ada para el espaciamiento de la tubería en el intercambiador para un paso de /, en sus respectivas alineaciones 01,34,71 grados.

function [Cbh,Fsbp,rss,Fw,Sw,Sm,rs,rlm,Nc,Res,Nb,Lix,Lox,hi,Lbcmax,Lbcmin,NTT_dib, NTP,C,Lbch,Lbo,Lbi,Stb,Sbp,Ssb,NT,NT!,NTP_f"#NPT$N%&'()L*+F,L+F,-.TL ,NTT_-is,Ltp,Lbb,Lbc,Lef,-S,-c,m_casco,arre/lo,NPT,T*,T,fluidoc,-t,mater ial0 -c#-c1*222 r#-t13 dctl#-.TL45r3 Ro#dctl13 circle)2,2,-.TL103 6 hold on if NPT##$   NTP#round)NTT_-is1$03 6 7 de tubos por paso end if arre/lo##* 6arre/lo de 82   s_p#Ltp529:3   Ltp_eff#Ltp3   -x#Ltp3   -;#Ltp529<$$3

  ;i#Ltp529$3   Lpp#29<$$5Ltp3 end if arre/lo##   s_p#29=2=5Ltp3   Ltp_eff#29=2=5Ltp3   -x#*9>*>5Ltp3   -;#29=2=5Ltp3   ;i#Ltp529$3   Lpp#29=2=5Ltp3 end if arre/lo##8   s_p#23   Ltp_eff#Ltp3   -x#Ltp3   -;#Ltp3   ;i#Ltp529$3   Lpp#Ltp3 end Ntp#23 Ntf*#23 6x#Ltp3 ;#;i3 ?#*3

67 total de tubos en  pasos 67 total de filas

66 while Ntp1@NTP if)?14floor)?100##2   x#29$5LtpAs_p3 else   x#29$5Ltp3 end   Rx#sBrt))Ro04;03 while x@Rx3

               

     

circle)x,;,r03 circle)4x,;,r03 if ;##2 Ntp#NtpA*3 Ntf*#Ntf*A*3 else Ntp#NtpA3 circle)x,4;,r03 circle)4x,4;,r03 a)?0#Ntp3 end x#xA-x3 D#;3 end if ?##*3 Ntubosf*#Ntp3 x*#x4-x3 elseif ?##3 Rx#Rx3

end      

Ntf*#Ntf*A*3 ;#;A-;3 ?#?A*3

end 66 xplaca#Ltp4)-t103 !#x*ALtp_eff3 if RxE#!3   &SP#Ntubosf*53 else   &SP#)Ntubosf*4*053 end i#sBrt))-S104;i053 if arre/lo## Sm#Lbc5))5xplaca0A)&SP405)Ltp4-t0A)i4)5)x*A)-t1000003 Lbbx#)i45)x*A)-t10003 Sbp#Lbc5Lbbx3 else Sm#Lbc5)i4)Ntubosf*5-t003 6Sm#Lbc5)LbbA))Ntubosf*05)Ltp4-t004)Ltp4-t0A)5xplaca003 Lbbx#i4))Ntubosf*405)Ltp_eff4-t0045xplaca4Ntubosf*5-t3 6como la hiGo profe 6Lbbx#i4)5)xplacaA)-t100A))Ntubosf*405)Ltp_eff00A-t03 Sbp#Lbbx5Lbc3 6Sbp#Lbc5)-S4)))Ntubosf*4*05)Ltp_eff004)Ltp_eff0A)5)xplacaA)-t1000 A-t003 end

66 Res#))-t05m_casco01)Sm5-c03 #sBrt))Ro04;03 relacion#)Lbc1-S03 if Res@822   C#4*9=<5relacion8A898$5relacionA89:$*>5relacionA>9=H3 elseif ResE#822 II Res@#*222   C*#4*9=<5relacion8A898$5relacionA89:$*>5relacionA>9=H3   C#429H>>5relacion84298*$5relacionA*>9:*5relacionA*>9<:3 C'#[C* C"3 ResJ#[822 *222"3 C#interp*)ResJ, C', Res03 else 6ResE*222   C#429H>>5relacion84298*$5relacionA*>9:*5relacionA*>9<:3 end h#);4-;0A29$5Ltp3 6 %bica la linea de diJision de paso a una altura por encima de la ; de la ultima fila del paso * Lbch#)C5-S01*223 Db#)-S104Lbch3 if Db@#h   Nfplatinas#)floor))Db4;i01-;003

 

Db#;iA)Nfplatinas5-;03 if arre/lo##8   Db#;iA)Nfplatinas5-;0A)-;103 else end elseif DbE#h   Nfplatinas#?4*3 end NTcc#Nfplatinas53 6numero de filas entre puntas de bafles linepasos),2,4,203 6dibu?a linea horiGontal en el centro del -.TL linepasos)2,h,2,4h03 6dibu?a linea Jertical en el centro del -.TL linepasos),h,4,h03 6dibu?a linea horiGontal de diJision de paso entre pasos *, ; el 8 superior linepasos),4h,4,4h03 6dibu?a linea horiGontal de diJision de paso entre pasos *, ; el 8 inferior 6linepasos),Db,4,Db036dibu?a linea horiGontal en el centro del -.TL 6linepasos),4Db,4,4Db036dibu?a linea horiGontal en el centro del -.TL 66 Ntp8#23 Ntf#23 x#23 ;#hA29$5Ltp36reinicialiGa el Jalor de ; para continuar distribu;endo los tubos en el paso 8 ?#*3 i#*3 while ;@dctl1 if)?14floor)?100##2   x#s_p3 else   x#23 end   Rx#sBrt))Ro04;03 while x@Rx3

           

circle)x,;,r03 circle)4x,;,r03 if ;##2 Ntp8#Ntp8A*3 Ntf#NtfA*3 else Ntp8#Ntp8A3 circle)x,4;,r03 circle)4x,4;,r03 end x#xA-x3

  end            

Ntf#NtfA*3 ;#;A-;3 ?#?A*3 if DbE#hA29$5Ltp while ;E#Db II i##* K#)Ntf053 K)*0#K3 o)*0#Ntp83

   

Nfplatinas#NTccAK)*03 i#iA*3 end end

end hold on Ntp8#Ntp84ceil)Ntf103 6numero de tubos en las puntas NTT_dib#5NtpA5Ntp83 6numero de tubos dibu?ados NtfT#5)NtfANtf*03 6numero total de filas NTP_f#Ntp136 numero de tubos por paso para el centro 66 if DbE#hA29$5Ltp  NTcc#NTccAK)*0  G#Nfplatinas  Db#)hA29$5Ltp0A)))K)*0104*05-;0 if arre/lo##8   Db#)hA29$5Ltp0A)))K)*0104*05-;0A)-;10 else end  NT#)o)*00A)Ntp50ANtp84*3 6resto ese * porBue en 2)*0 se cuenta un tubo de ms en la primera fila  NT!#NTT_dib4NT3  Fw # NT!1NTT_dib3 else  G#Nfplatinas3  NT#)a)G00ANtpANtp83  NT!#NTT_dib4NT3  Fw # NT!1NTT_dib3 6fraccion de numero de tubos en una Jentana end linepasos),Db,4,Db03 linepasos),4Db,4,4Db03 Fsbp#Sbp1Sm3 if LbbE#9:5)Ltp4-t0   Nss#floor)NTcc1$03 else   Nss#23 end rss#Nss1NTcc3 if Res@#*22   Cbh#*98:3 else   Cbh#*9:3 end theta_ds#5acos)*4)5C1*22003 (cir#)))-S1005theta_ds013 alpha#)pi4theta_ds013 cir#Db1tan)alpha03

(trin/#cir5Db3 Sw#)(cir4(trin/04)NT!5-t03 6aca empieGo ;o 6Jamos a calcular el Mr Lts#29*5-S3 Lef#Lef5*2223 Lti#Lef45Lts3 6Lto es la lon/itud efectiJa de entrada Lef, formula para tubo normales )no en %0 Nb#)Lti1Lbc04*3 NTC!#)29<1Lpp05)-S5)C1*2204))-S4dctl01003 Nc#)NTccANTC!05)NbA*03 Nb#round)Nb03

lo Bue llamamos

6Bue necesito pal Ms, o?o con la /raficas B di?o el profe 66 [(c,c,Cc,-c,&c,Fc,Kc,c,Oc"#Prop)T*,T,fluidoc03 'nsmax#sBrt)>:221c03 -nsmin#)*e805sBrt)m_casco1))pi1>05'nsmax5c003 6 se multiplica por )*e80 para obtener mm Lbi#L*+FA-nsminA:9>3 6lon/itud entre el bafle ; el cabeGal Lbo#L+FA-nsminA:9>3 6lon/itud entre bafle ; tapa posterior Lix#Lbi1Lbc3 Lox#Lbo1Lbc3 66 66 6Jamos a calcular el Ml 6calculo de la lon/itud entre balfes maxima, depende de -t switch material case * 6acero if -t##$98:   Lbcmax#8823 elseif -t##H9::   Lbcmax#>>>9:3 elseif *9=   Lbcmax#::H3 elseif -t##*:9<=:   Lbcmax#$$29:3 elseif -t##*H92:   Lbcmax#=$3 elseif -t##9:   Lbcmax#<=$9:3 elseif -t##:9>   Lbcmax#H>23 elseif -t##8*9=:   Lbcmax#***=9:3 elseif -t##8<9*   Lbcmax#*=23 elseif -t##:29<   Lbcmax#*:<=9:3 end case  6aluminio if -t##$98:

                   

Lbcmax#=9,:3 elseif -t##H9:: Lbcmax#8<*3 elseif -t##*9= Lbcmax#><9:3 elseif -t##*:9<=: Lbcmax#:=*9:3 elseif -t##*H92: Lbcmax#$$29:3 elseif -t##9:3 Lbcmax#=$3 elseif -t##:9> Lbcmax#<*83 elseif -t##8*9=: Lbcmax#H$:3 elseif -t##8<9* Lbcmax#**2:3 elseif -t##:29< Lbcmax#*8H=3 end

end if -S@Lbcmax   Lbcmax#-S3 end Lbcmin#295-S3 Lbmax_act#5Lbc3 if -t@#8*9< if Lbmax_act@#H22   Ltb#29<3 elseif Lbmax_actEH223   Ltb#29>3 end elseif -tE8*9<   Ltb#29>3 end Stb#)pi1>05))-tALtb04-t05NTT_dib5)*4Fw03 Lsb#89*A2922>5-S3 6claro diametral entre el bafle ; el casco Ssb#pi5-S5)Lsb105))8$24)theta_ds5*<21pi0018$203 6area de flu?o de la corriente de fu/a entre el bafle ; el casco rs#Ssb1)SsbAStb03 rlm#)SsbAStb01Sm3 66 6.TR.S -(T.S P(R( &L C(LC%L. -&L F(CT.R Mi if)ResE*e80 if)arre/lo##*0   a*#298*3   a#4298<<3   a8#*9>:23   a>#29:*H3 end if)arre/lo##0

       

       

a*#298=3 a#4298H$3 a8#*9H83 a>#29:3 end if)arre/lo##80 a*#293 a#429<3 a8#*9*<=3 a>#298=3 end

end if)Res@*220 if)arre/lo##*0   a*#29*8<3   a#429$$3   a8#*9>:23   a>#29:*H3 end if)arre/lo##0   a*#29H3   a#429$$3   a8#*9H83   a>#29:3 end if)arre/lo##80   a*#29H83   a#429$>3   a8#*9*<=3   a>#298=3 end end if)*22@Res@*e80 if)arre/lo##*0   a*#29:H83   a#429>==3   a8#*9>:23   a>#29:*H3 end if)arre/lo##0   a*#29=83   a#429:3   a8#*9H83   a>#29:3 end if)arre/lo##80   a*#29>2<3   a#429>$3   a8#*9*<=3   a>#298=3 end end a#a81)*A29*>5Resa>03 ?i#a*5)*9881)Ltp1-t00a5Resa3

6factor ?i empleado para calcular hi

66calculo del coeficiente de transferencia de calor por conJeccion

hi#?i5Cc5)m_casco1)Sm5*e4$005)Fc)418005)*9)29*>003 multiplica por *e4$ para pasar a mm a m9

6 el se sm

En el código primario se coloca la siguiente función para poder hacer la llamada

if NPT##$ [Cn,Lbch,Nb,Nc,NT,NTcc,NTT_dib,NT!,Res,Sbp,Sm,Ssb,Stb,Sw"#NPT$N%&'()L* +F,L+F,-.TL,NTT_-is,Ltp,Lbb,Lbc,Lef,-S,-c,m_casco,arre/lo,NPT,T*,T,flu idoc,-t,material0 end

CONCLUSIONES Se logro el diseño y programación de un soft8are especiali+ado en reali+ar la distribución de los tubos para un intercambiador de calor, solucionando los  problemas que se presentaban en los soft8are para diseño térmico de intercambiadores de casco y tubos

Su diseño de interfa+ sencillo y ameno hace que este soft8are sea una ayuda didáctica para el aprendi+ae de estudiantes de ingeniería mecánica.