Simulacion numérica del campo de velocidades, presión y temperatura de flujo de jugo de caña en un evaporador Roberts

Abstract

En la Industria del azúcar los evaporadores juegan un rol importante en el proceso de cristalización del cristal de azúcar y economía térmica. En este trabajo de tesis dos objetivos principales se pretendió alcanzar. El primer objetivo fue determinar el comportamiento del campo de velocidades, temperaturas y presiones del jugo de caña de un sistema de dos-fases de un evaporador Roberts. El segundo objetivo fue determinar el efecto del diseño de entrada del jugo al evaporador sobre el coeficiente de transferencia de calor. Se definió como objeto de estudio el jugo de caña y el Evaporador tipo Roberts. Para simular computacionalmente el movimiento de la partícula de jugo de caña en un medio ambiente de dos-fases se usó el código CFX-ANSYS, el cual calcula el campo de flujo por el Método del Volumen Finito. Se uso un evaporador Roberts de 1050 m2 de Industrial Pucalá en Lambayeque; del cual se registraron las condiciones del flujo tanto de jugo de caña como de vapor. Para determinar el efecto del sistema de alimentación de jugo sobre el coeficiente de transferencia de calor se usaron tres evaporadores de 700 m2, 845 m2, y 1134 m2, respectivamente. Para validar el perfil del campo de temperaturas simulados computacionalmente se tomaron datos experimentales del jugo hirviendo, colocando bulbos de temperatura sobre y debajo de la calandria del evaporador. Resultados computacionales obtenidos de la simulación computacional del campo de velocidades, temperatura y presión del jugo de caña de un evaporador Roberts mostraron que la velocidad del jugo cae dramáticamente el fondo de la calandria. Abundante recirculación de jugo ocurre entre la línea de salida de jugo evaporado y el tubo central de recirculación. En cuanto al campo de temperatura, el fluido alcanza las temperaturas más altas en la parte media de la altura de la calandria y su presión decrece uniformemente desde el fondo al cuerpo del evaporador. Respecto al diseño del sistema de alimentación de jugo al evaporador, los resultados muestran que la temperatura del jugo es influenciada, siendo los alimentadores excéntricos al eje central del evaporador los que presentan coeficientes de transferencia de calor más alto. Los valores del campo de temperaturas simulados computacionalmente y los medidos experimentalmente mostraron estar en buena concordancia, validando el modelo computacional desarrollado en esta tesis.