Estudio de Distribución de Flujo y

Eficiencia Energética en Horno de

Procesos Utilizando ANSYS Fluent

Agustín Marticorena (alfredo.a.marticorena@ypf.com)

Marcela Ravicule

Delfina Luck

Y-TEC (YPF Tecnología)

PRESENTACIÓN DE LA COMPAÑÍA

Y-TEC es una compañía de desarrollos

tecnológicos orientados a contribuir con

el crecimiento sostenido de la industria

energética nacional. Fue creada por YPF

en sociedad con el CONICET.

Su misión es investigar, desarrollar,

producir y comercializar tecnologías,

conocimientos, bienes y servicios en el

área de petróleo, gas y energías

alternativas.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

¿Qué es un horno de procesos?

Es un equipo industrial utilizado para

entregar calor a una corriente por medio de

fuego directo.

Chimenea

Damper

Entrada y salida

de fluido de

procesos

Tubos Sección

Radiante

Sección

Convectiva

Aislación

térmica

Quemadores

Sección

convectiva (6m altura)

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

• Mal aprovechamiento energético en zona convectiva del

horno debido a asimetrías.

Chimeneas (9m altura)

Se registran diferencias de temperatura de

gases en cada chimenea

Disposición asimétrica de chimeneas, placas

porta tubo y bafles

L: 20 m aprox.

Sección

radiante

Actualmente

se intenta

corregir

operando

dampers.

(práctica no

recomendada)

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

$ Optimizar arreglo de bafles

$$$ Mover chimeneas y optimizar arreglo de bafles

$$$$$$$$$ Mover chimeneas, mover placas porta tubo y optimizar arreglo de bafles

• Alternativas a estudiar

Mayor dificultad

Mayor costo

METODOLOGÍA

• Simulación 2D de corte longitudinal de zona convectiva y

chimeneas

– Bancos de tubos modelados como 3 regiones de

medios porosos con intercambio de calor

– Zona radiante modelada como una entrada extendida

– Ancho de chimenea corregido para mantener relación

de áreas de entrada y salida

Original

2D Diferencia

Chimenea

METODOLOGÍA

• Parámetros de caída de presión y transferencia de calor en medios porosos - Se utilizaron datos de un simulador

de hornos 1D.

- Se verificó el ajuste de resultados en

CFD con una geometría simplificada

Geometría simplificada Malla Resultados

METODOLOGÍA

• Malla - Estructurada

- Triangular en inmediaciones de bafles

- Muy refinada

RESULTADOS

• Geometría actual • Temperaturas y velocidades bajas a la

derecha del horno.

• Recirculaciones y altas velocidades en

los bordes inferiores de algunas placas

• Diferencia de temperaturas entre

chimeneas

• Mayor presión en zonas de bajo flujo

Contornos de presión

Contornos de temperatura

Contornos de velocidad ascendente

RESULTADOS

Contornos de temperatura

Registros históricos de Temperatura

de chimeneas

• Geometría actual

– La simulación reproduce la

tendencia de datos

históricos

RESULTADOS

• Propuesta 1

– Mover chimenea

– Optimizar arreglo de bafles

(Punto de partida: criterio de diseño)

• Propuesta 2 (configuración simétrica)

– Mover chimenea

– Mover placas porta tubo

– Optimizar arreglo de bafles

• Propuestas de mejora • Propuesta 0

– Optimizar arreglo de bafles:

>>No se obtuvieron buenos resultados<<

RESULTADOS

• Contornos de velocidad ascendente

GEOMETRÍA ACTUAL

PROPUESTA 1

PROPUESTA 2

RESULTADOS

• Contornos de temperatura

GEOMETRÍA ACTUAL

PROPUESTA 1

PROPUESTA 2

RESULTADOS

• Contornos de presión

GEOMETRÍA ACTUAL

PROPUESTA 1

PROPUESTA 2

CONCLUSIONES Y PRÓXIMOS PASOS

• Las Propuestas 1 y 2 dan buenos resultados .

• Se logran perfiles parejos de Velocidad, Temperatura y Presión a lo largo

del equipo

• Se decidió implementar la alternativa menos costosa: Propuesta 1.

• Se completó la ingeniería y análisis estructural de la modificación. Se

está trabajando en su implementación.

PREGUNTAS

• Preguntas

Gracias por su atención