Propuesta de Diseño de un Vaporizador para una Planta OTEC de 1 MWe

Abstract

Esta tesis fue realizada con el propósito de generar una propuesta de diseño de un vaporizador, el cual cumplirá con la tarea de suministrar el vapor requerido para accionar el turbogenerador de una planta OTEC. A diferencia de las plantas de vapor convencionales, las plantas OTEC utilizan el gradiente de temperaturas existente en el agua de mar como fuente de energía, prescindiendo así de la quema de combustibles fósiles. Se llevó a cabo el diseño físico y térmico de dicho elemento mediante la implementación del Método Delaware Simplificado para el diseño de intercambiadores de calor de tubos y coraza. Los cálculos y resultados se presentan a lo largo de esta tesis. Es importante mencionar que, para poder realizar el diseño del vaporizador, fue indispensable llevar a cabo el cálculo del Ciclo Rankine Orgánico con el cual opera dicha planta, así como proponer un sistema de bombeo con el que será extraída el agua de mar. Las pérdidas de presión en el sistema de tuberías y a lo largo de los intercambiadores, obliga a aplicar un método iterativo al realizar el diseño del vaporizador. Se debe tener en cuenta que el bajo gradiente de temperaturas disponible en el mar, se ve reflejado en una eficiencia térmica sumamente baja, la cual debió ser compensada con el aumento del área de transferencia de calor en los intercambiadores, es decir, contar con una longitud de tubos considerablemente elevada; esto, ocasiona que la caída de presión en los fluidos dentro del vaporizador sea alta, haciendo que la potencia en las bombas y el flujo másico del refrigerante y del agua de mar aumenten. En adición a esto, el fluido de trabajo propuesto en esta tesis difiere del que generalmente se emplea en este tipo de plantas (Amoníaco), lo cual provoca también un aumento en los flujos másicos del agua de mar y del refrigerante, dicho cambio en el tipo de fluido de trabajo a utilizar se justifica con el hecho de que el refrigerante propuesto contiene un menor grado de toxicidad que el Amoníaco. Como resultado final, se presenta el diseño asistido por computadora del vaporizador, en el cual se contemplan los materiales empleados, la longitud y diámetro de los tubos, el espesor de la coraza, la configuración del intercambiador, el espejo de tubos, bridas, entre otros elementos. Con este conjunto de datos, se tiene el diseño final de un vaporizador, teóricamente funcional, que puede ser instalado en una planta OTEC de 1 MWe neto.