Optimización de diseños factibles de intercambiadores de calor de coraza y tubos por el método Bell-Delaware

Abstract

Heat exchangers shell and tube, are the most common process equipment industry to transfer thermal energy between a hot and a cold fluid without direct contact. Given that a heat exchanger is integrated by a set of mechanical elements, whose dimensions cover a wide range of values, based on genetic algorithms to find systematically cheap design is proposed. To this end, a novel algorithm in which the values of a set of independent variables that facilitate the design calculations in this type of equipment specified is used. One function of this algorithm is that use of the method of Kern is done to determine initial estimates of geometric and operational variables rigorous design procedure based on the Bell-Delaware method, which provides results more attached to reality. Aninfo:eu-repo/semantics/other of the most important characteristics of this procedure is that it uses tubes count tables which contain information provided by manufacturers of this type of equipment is needed to determine the standard diameter of the shell as a function of the number of tubes, diameter Standard tubes, tube arrangement, number of tube passes and the tube bundle type. Furthermore, the proposed procedure also considers both geometric constraints and operational feasibility set by design codes or recommended as good design practice. These constraints include upper and lower speed limits for both fluids, and the spacing ratio baffles / diameter of the shell, among info:eu-repo/semantics/others. That is why the proposed design procedure provides feasible exchangers, ie, because commercially available equipment consists of standard components dimensions or configurations.

Los intercambiadores de calor de coraza y tubos, son los equipos de proceso más comunes en la industria para transferir energía térmica entre un fluido caliente y uno frío sin contacto directo. Dado que un intercambiador de calor se integra por un conjunto de elementos mecánicos, cuyas dimensiones abarcan un gran rango de valores, se propone un método basado en algoritmos genéticos para encontrar de manera sistemática el diseño más económico. Para tal efecto, se utiliza un novedoso algoritmo en el cual se especifican los valores de un conjunto de variables independientes que facilitan los cálculos de diseño en este tipo de equipos. Una de las funciones de este algoritmo, es que se hace uso del método de Kern para determinar estimadas iniciales de variables geométricas y operacionales del procedimiento de diseño riguroso basado en el método Bell-Delaware, que proporciona resultados más apegados a la realidad. Otra de las características más importantes de dicho procedimiento es que utiliza tablas de conteo de tubos, las cuales contienen información proporcionada por fabricantes de este tipo de equipos que es necesaria para determinar el diámetro estándar de la coraza como una función del número de tubos, diámetro estándar de los tubos, arreglo de tubos, número de pasos por los tubos y el tipo de haz de tubos. Además, el procedimiento propuesto también considera restricciones de factibilidad tanto geométricas como operacionales establecidas por códigos de diseño o recomendadas como buenas prácticas de diseño. Estas restricciones incluyen límites superiores e inferiores para las velocidades de ambos fluidos, y la relación espaciado de bafles/diámetro de la coraza, entre otras. Es por ello que el procedimiento de diseño propuesto proporciona intercambiadores factibles, es decir, equipos disponibles comercialmente porque están constituidos por componentes de dimensiones o configuraciones estándares.