La aplicación de la fluidodinámica computacional (CFD) al diseño de un intercambiador de calor de carcasa y tubos es menos habitual de lo que se podría suponer dado que estas técnicas de simulación de fluidos se adaptan especialmente bien para la simulación de este tipo de equipos.
Reto de la simulación de un intercambiador de calor de carcasa y tubos
Sin embargo se suelen utilizar otras herramientas de diseño. ¿Por qué?. La representación de la geometría en un intercambiador de carcasa y tubos es compleja; el tamaño típico de un tubo es mucho menor que el tamaño típico de las zona de entrada y salida, por lo que se requiere una malla computacional mucho más refinada en los tubos. Dado el número de tubos tan elevado de estos intercambiadores (en aquellos de tamaños considerables pueden ser 1000, 2000, 3000 tubos o más), la malla computacional necesaria puede elevarse a valores de centenares de millones de celdas como mínimo. El coste computacional de simulaciones con tales mallas no es asumible para un fabricante de este tipo de equipos; en algunos casos, el coste de la simulación puede aproximarse al coste de fabricación del propio equipo.
Nuestra alternativa
En nablaDot hemos desarrollado una metodología multiescala, embebiendo un modelo de física reducida para cada tubo, que permite la simulación de este tipo de intercambiadores de calor a un coste muy competitivo para el fabricante, manteniendo una precisión similar a la que se obtendría con una malla computacional de centenares de millones de celdas.
Por tanto, obtener la pérdida de presión en un intercambiador de calor de tubos y carcasa, la transferencia de calor, el perfil de temperaturas o la distribución del caudal de fluido por los tubos (con el fin de evitar un reparto heterogéneo del fluido por los tubos) mediante técnicas CFD es posible a un coste asumible para el fabricante.