Desarrollo de un software de simulación para el sistema evaporador-condensador del laboratorio de ingeniería química de la Universidad de Carabobo

Abstract

En el presente trabajo se desarrolla un software de simulación para el sistema evaporador-condensador del Laboratorio de Ingeniería Química a fin de brindar una herramienta operativa, didáctica y de investigación. Este trabajo se desarrolla con la finalidad de cumplir con los requisitos exigidos por la Universidad de Carabobo para optar al título de Ingeniero Químico; así como también para afianzar y ampliar los conocimientos adquiridos en el transcurso de la carrera. A fin de cumplir con los objetivos establecidos, se estudian las variables como: temperaturas de entrada y salida de los fluidos en el sistema, las masas de condensado en el sistema, el tiempo de recolección de éstas masas, la presión de operación en la coraza del evaporador, el nivel de líquido en los tubos del evaporador y el caudal del rotámetro ubicado a la entrada del líquido de enfriamiento que circula por la coraza del condensador; siendo las tres últimas variables las de mayor importancia, debido a que las mismas son directamente manipulables y controlables. Entre los modelos matemáticos más importantes se encuentran los balances de masa, de energía y las correlaciones que describen los diferentes coeficientes convectivos. La fase experimental del trabajo se realizó en el sistema evaporador-condensador, ubicado en el Laboratorio de Ingeniería Química de la Universidad de Carabobo. El sistema consta de dos equipos de intercambio térmico tipo tubo y coraza dispuestos verticalmente (un evaporador y un condensador), un separador de fases, un mecanismo de vasos comunicantes y un equipo de intercambio térmico tipo doble tubo. La metodología utilizada para alcanzar los objetivos propuestos fue la realización de veinticinco (25) experimentos, con la finalidad de determinar una correlación para el coeficiente convectivo interno balanceado del evaporador, en los cuales se toman en cuenta la presión de operación en la coraza del evaporador ( Pop ), el nivel de líquido en los tubos del evaporador ( N ) y el caudal del rotámetro ubicado a la entrada del líquido de enfriamiento que circula por la coraza del condensador (Q) como variables fundamentales en el comportamiento del coeficiente antes mencionado. Adicionalmente, se realizan otros experimentos para la validación de la correlación propuesta y luego se desarrollan las subrutinas y la interfaz del programa de simulación. Finalmente, se valida el software de simulación mediante el uso de métodos estadísticos. Entre los resultados obtenidos en el trabajo de investigación se concluye que el poder predictivo de la correlación es excelente, siendo la desviación máxima reportada de 1,6899%. Además, el comportamiento de la temperatura de pared del condensador que mejor se adapta es el caso A (cuando se comporta como el fluido caliente). Por otra parte, la incorporación de la correlación propuesta en el objetivo 2 genera resultados más reales para presiones de operación y niveles de líquidos elevados; y para presiones y niveles de líquidos bajos, las ecuaciones bibliográficas genera resultados más reales que los arrojados con la incorporación de la nueva correlación. Finalmente, se recomienda incluir las pérdidas de calor al ambiente en las correlaciones del simulador, ya que para éstas se asumió un sistema adiabático; y colocar deflectores en el equipo del condensador con el fin mejorar la transferencia de calor en el equipo debido al aprovechamiento del área de transferencia, corrigiendo a la vez el comportamiento errático del perfil de temperatura del fluido que circula por la coraza.