estudio de distribución de flujo y eficiencia energética en horno … · 2014-05-27 · estudio...
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Estudio de Distribución de Flujo y
Eficiencia Energética en Horno de
Procesos Utilizando ANSYS Fluent
Agustín Marticorena (alfredo.a.marticorena@ypf.com)
Marcela Ravicule
Delfina Luck
Y-TEC (YPF Tecnología)
PRESENTACIÓN DE LA COMPAÑÍA
Y-TEC es una compañía de desarrollos
tecnológicos orientados a contribuir con
el crecimiento sostenido de la industria
energética nacional. Fue creada por YPF
en sociedad con el CONICET.
Su misión es investigar, desarrollar,
producir y comercializar tecnologías,
conocimientos, bienes y servicios en el
área de petróleo, gas y energías
alternativas.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
¿Qué es un horno de procesos?
Es un equipo industrial utilizado para
entregar calor a una corriente por medio de
fuego directo.
Chimenea
Damper
Entrada y salida
de fluido de
procesos
Tubos Sección
Radiante
Sección
Convectiva
Aislación
térmica
Quemadores
Sección
convectiva (6m altura)
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
• Mal aprovechamiento energético en zona convectiva del
horno debido a asimetrías.
Chimeneas (9m altura)
Se registran diferencias de temperatura de
gases en cada chimenea
Disposición asimétrica de chimeneas, placas
porta tubo y bafles
L: 20 m aprox.
Sección
radiante
Actualmente
se intenta
corregir
operando
dampers.
(práctica no
recomendada)
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
$ Optimizar arreglo de bafles
$$$ Mover chimeneas y optimizar arreglo de bafles
$$$$$$$$$ Mover chimeneas, mover placas porta tubo y optimizar arreglo de bafles
• Alternativas a estudiar
Mayor dificultad
Mayor costo
METODOLOGÍA
• Simulación 2D de corte longitudinal de zona convectiva y
chimeneas
– Bancos de tubos modelados como 3 regiones de
medios porosos con intercambio de calor
– Zona radiante modelada como una entrada extendida
– Ancho de chimenea corregido para mantener relación
de áreas de entrada y salida
Original
2D Diferencia
Chimenea
METODOLOGÍA
• Parámetros de caída de presión y transferencia de calor en medios porosos - Se utilizaron datos de un simulador
de hornos 1D.
- Se verificó el ajuste de resultados en
CFD con una geometría simplificada
Geometría simplificada Malla Resultados
METODOLOGÍA
• Malla - Estructurada
- Triangular en inmediaciones de bafles
- Muy refinada
RESULTADOS
• Geometría actual • Temperaturas y velocidades bajas a la
derecha del horno.
• Recirculaciones y altas velocidades en
los bordes inferiores de algunas placas
• Diferencia de temperaturas entre
chimeneas
• Mayor presión en zonas de bajo flujo
Contornos de presión
Contornos de temperatura
Contornos de velocidad ascendente
RESULTADOS
Contornos de temperatura
Registros históricos de Temperatura
de chimeneas
• Geometría actual
– La simulación reproduce la
tendencia de datos
históricos
RESULTADOS
• Propuesta 1
– Mover chimenea
– Optimizar arreglo de bafles
(Punto de partida: criterio de diseño)
• Propuesta 2 (configuración simétrica)
– Mover chimenea
– Mover placas porta tubo
– Optimizar arreglo de bafles
• Propuestas de mejora • Propuesta 0
– Optimizar arreglo de bafles:
>>No se obtuvieron buenos resultados<<
RESULTADOS
• Contornos de velocidad ascendente
GEOMETRÍA ACTUAL
PROPUESTA 1
PROPUESTA 2
RESULTADOS
• Contornos de temperatura
GEOMETRÍA ACTUAL
PROPUESTA 1
PROPUESTA 2
RESULTADOS
• Contornos de presión
GEOMETRÍA ACTUAL
PROPUESTA 1
PROPUESTA 2
CONCLUSIONES Y PRÓXIMOS PASOS
• Las Propuestas 1 y 2 dan buenos resultados .
• Se logran perfiles parejos de Velocidad, Temperatura y Presión a lo largo
del equipo
• Se decidió implementar la alternativa menos costosa: Propuesta 1.
• Se completó la ingeniería y análisis estructural de la modificación. Se
está trabajando en su implementación.
PREGUNTAS
• Preguntas
Gracias por su atención
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