Diseño de un intercambiador de calor para una planta de relicuefacción de GNL

Abstract

[Resumen] En este proyecto, tomaremos como referencia los datos de funcionamiento reales con los que trabaja una planta de relicuefacción instalada a bordo de un gasero para realizar el diseño de uno de los intercambiadores de calor que utiliza. Comenzaremos haciendo una introducción sobre la planta de relicuefacción y sus procesos para saber algo más sobre este tipo de dispositivo, y la maquinaria que la conforma. También explicaremos conceptos sobre transferencia de calor necesarios para poder comprender los cálculos que haremos, haciendo hincapié en la conducción y la convección, ya que son las principales formas de transferencia de calor en intercambiadores. Hablaremos sobre los tipos de intercambiadores de calor que nos podemos encontrar y los elementos que emplean y sus geometrías, así como un análisis general para el cálculo de estos. Por último, partiremos de datos relativos a caudales, temperaturas y presiones con el objetivo de hacer una selección adecuada de materiales y longitud de los tubos. Para hacer los cálculos de dimensionamiento, nos apoyaremos con el EES (Engineering Ecuation Solver) que contiene información sobre una gran cantidad de fluidos y extensas bibliotecas con información relativa a transferencia de calor e intercambiadores. Comenzaremos haciendo el diseño de un intercambiador de carcasa y tubos, ya que resulta más sencillo y maneja conceptos con los que estamos más acostumbrados a trabajar y a continuación, haremos el diseño de un intercambiador de calor compacto. Cuando tengamos los resultados, compararemos las dimensiones de ambos para ver cual se puede adaptar mejor a una planta de relicuefacción a bordo de un barco.

[Summary] In this Project, we are going to take as reference the real working data that a reliquefaction plant installed on a gas tanker works with for the design of one of its heat exchangers. We will start doing an introduction about the reliquefaction plant and its processes for knowing a bit more about this device and its machinery. We will explain some heat transfer concepts that are necessary for understanding the calculations that we are going to do, talking specially about conduction and convection which are the main heat transfer mechanisms in heat exchangers. We will talk about the kinds of heat exchangers we can find and their elements and geometries and a review about their general calculation. For the last, we will begin from data related to flows, temperatures, and pressures with the objective of doing a right selection of materials and tube length. For doing our dimensional calculations, we will support us with the EES (Engineering Ecuation Solver) which contains information about a lot of fluids and big libraries with data related to heat transfer and heat exchangers. We will begin designing a shell and tube heat exchanger because it is easier, and it uses concepts we are used to. We will also design a compact heat exchanger, and when we get the results, we will compare their dimensions to value which one adapts better to a reliquefaction plant onboard.

[Resumo] Neste proxecto, tomaremos como referencia os datos de funcionamento reais cos que traballa unha planta de relicuefacción instalada abordo dun buque gaseiro para realizar o deseño dun dos intercambiadores que emprega. Comezaremos facendo unha introdución sobre a planta de relicuefacción e os seus proceso para coñecer algo máis sobre este dispositivo es a maquinaria que o forma. Tamén explicaremos conceptos de transferencia de calor necesarios para comprender os cálculos que faremos, poñendo especial interese na condución e na convección, xa que son os princiapis xeitos de transferencia de calor nos intercambiadores. Falaremos sobre os tipos de intercambaidores que podemos atopar es os seus elementos e as súas xeometrías ademáis dun análise xeral para o seu cálculo. Por último, partiremos de datos relativos a caudais, temperaturas e presións co obxectivo de facer una selección adecuada de materiais e lonxitude dos tubos. Para facer os cálculos apoiarémonos no EES (Engineering Ecuation Solver) o cal conten información sobre moitos fluidos e bibliotecas moi extensas con información relativa a tranferencia de calor e intercambiadores. Comezaremos facendo o deseño dun intercambiador de carcasa e tubos xa que resulta máis doado e emprega conceptos cos que estamos máis afeitos a traballar, e a continuación, faremos o deseño dun intercambiador compacto. Cando teñamos os resultados, compararemos as dimensión obtidas en analizaremos cal de eles pode adaptarse mellor a una planta de relicuefacción abordo dun barco.