Diseño de un intercambiador de calor de una caldera tipo helicoidal mediante mecánica computacional

Abstract

La presente memoria toma lugar dentro del Proyecto FIC-R Instalación de planta piloto de aprovechamiento de residuos para generación de energía y secado de leña del Departamento de Tecnologías Industriales de la Universidad de Talca. La alterativa de solucionar el problema planteado por este proyecto requiere de una caldera de lecho fluidizado con tubos de tipo helicoidal de tamaño demostrativo la cual no es posible encontrar en el mercado. Se solicita entonces el diseño del arreglo de tubos que sea resistente a las cargas que se ve solicitado (temperatura y presión). De esta forma, surge la oportunidad de hacer uso de la mecánica computacional para realizar el diseño y el posterior estudio de resistencia mecánica. Mediante el diseño asistido por computador se logra crear un modelo 3D el cual se puede importar a un programa de análisis mediante el método de elementos finitos. A continuación se genera la malla, se establecen las condiciones de borde y se obtienen los resultados. Se observó que es necesario utilizar soportes para mantener los desplazamientos dentro de límites admisibles. Así se analizan numéricamente diferentes configuraciones para los soportes, variando geometría y posición, y se entrega una solución con desplazamientos mínimos y esfuerzos bajo el límite de fluencia. Finalmente, se anexan los planos de fabricación, un póster esquemático y un artículo donde se expone el trabajo realizado. Palabras clave: Caldera helicoidal, Intercambiador, mecánica computacional, elementos finitos./ ABSTRACT: The Departamento de Tecnologías Industriales de la Universidad de Talca. The solution given by this project requires an expositive size Fluidized-Bed Boiler with Coil-type Tubes which cannot be found in the commerce today. It’s requested then a bundle of coils design that endure loads to be exposed (temperature and pressure). Thus, the opportunity arises to apply Computational Mechanics to perform the design and a following mechanic strength study. Through Computer-aided design it is able to create a 3D model which can be imported through a Finite Elements Analysis Software. Then, the mesh is generated, boundary conditions are applied and results are obtained. It was observed that it is necessary to use supports to keep deformations and stress within allowable limits. Thereby, different support settings are numerically analyzed, changing geometry and location, in order to give a solution with minimal displacements and stresses below the yield strength limit. Finally, manufacturing drawings, a schematic poster and an article are provided. Key Words Coil-Type Boiler · Heat Exchanger · Computational Mechanics · Finite Elements.