Diseño de un intercambiador de calor bifásico

Abstract

Los intercambiadores de calor son una parte fundamental de la industria química, petrolera, gasista, y afines. Un caso particular y relevante es el uso de intercambiadores de calor con cambio de fase, donde al menos uno de los fluidos cambia de estado entre la entrada y la salida, este tipo de intercambiadores es fundamental en muchas aplicaciones industriales y de energía debido a su alta eficiencia térmica. Basándonos en esto último, en este proyecto se pretende diseñar un intercambiador con cambio de fase que permita condensar amoniaco para su posterior uso como vector energético del hidrógeno. Partiendo de unos parámetros de entrada (temperaturas y caudales de los fluidos) se calculará y diseñará un intercambiador de calor de carcasa y tubos con cambio de fase (de vapor a líquido), es decir, un condensador, siguiendo unas normas y códigos de diseño estandarizados. El intercambio de calor se producirá entre agua líquida y vapor de amoniaco, que se pretende condensar. Una vez diseñado, se analizarán los resultados y se elaborará la documentación adecuada para su uso por los siguientes agentes de la cadena de calor, los procesistas de planta y la ingeniería de fabricación. Se obtiene un diseño de un intercambiador de calor eficiente que condensa toda la cantidad de vapor de amoniaco que entra para su posterior uso como vector energético de hidrógeno

Heat exchangers are a fundamental part of the chemical, oil, gas and related industries. A particular relevant case is the use of heat exchangers with phase change, where at least one fluid change its state during the process. This type of exchanger is essential in many industrial and energy applications due to its high thermal efficiency. This project aims to design an exchanger with phase change that allows ammonia to be condensed for its subsequent use as an energy vector for hydrogen. Starting from some input parameters such as temperatures or flow rates of the fluids, a shell and tube heat exchanger with phase change (from vapor to liquid), a condenser, will be calculated and designed, following design standards and codes. The heat exchange will occur between liquid water and ammonia vapor, which is intended to be condensed. Once designed, the results will be analyzed and the appropriate documentation will be prepared for use by the following agents in the heat chain, plant processists and manufacturing engineering. An efficient heat exchanger design is obtained, it condenses the entire amount of ammonia vapor that enters for later use as a hydrogen energy vector