Metodología para el cálculo del desempeño térmico de turbuladores helicoidales en calderas de vapor: modelo matemático y simulación

Abstract

El desempeño térmico que hoy en dia ofrecen las maquinas generadoras de vapor es medido principalmente por la cantidad de calor que es aprovechado. Para incrementar la transferencia de calor dentro los recipientes de presión se usan turbuladores que distribuyen uniformemente el contenido de gases de combustión al paso del haz de tubos. En este artículo se analizó el desempeño de los turbuladores helicoidales al interior de una sección del haz de tubos, presente en el segundo paso de calentamiento de una caldera pirotubular. Se deduce el modelo matemático de la transferencia de calor de los gases de combustión de acuerdo al régimen de fluidez. Para la caracterización del modelo se obtienen los contornos de imagen a partir de fotogrametría digital, apoyados en el software CAD para el procesamiento del sólido en 3D. Se realiza la simulación de los flujos de gases que atraviesan estos dispositivos, calculando la temperatura de los gases, componentes de velocidad, transferencia de calor y caídas de presión, comparando los resultados con un entorno sin turbulador aumentando la transferencia de energía en un 31,23%. Así mismo se establece un patrón de la trayectoria que obtienen los gases en presencia de los turbuladores.

Today, the thermal performance offered by steam generators is measured mainly by the amount of heat that is used. To increase the heat transfer within the pressure vessels, turbulators are used for distributing the gases fluxes passaging through the tube bundle. This article analyzed the performance of helical turbulators inside a section of tube bundle, located in the second heating step of a pirotubular boiler. The mathematical model of the heat transfer of gases fluxes is deduced according to the flow rate. For image characterization, contours are obtained from digital photogrammetry and the 3D solid processing was supported by software CAD. The simulation of flows gases that pass through these devices is performed, calculating the temperature of gases, speed components, heat transfer and pressure drops, comparing the results with an environment without turbulator increasing the energy transfer by 31,23%. A pattern of the trajectory that gases obtain in the presence of turbulators is also established.