Diseño, simulación y construcción de un serpentín evaporador para la industria panelera a baja escala en Colombia//Design simulation and construction of an evaporator coil in the Colombian sugar cane industry

Abstract

En este trabajo se realizó el diseño, la construcción y simulación de un serpentín evaporador para una industria mediana panelera, ubicada en Colombia. El propósito del diseño fue mejorar la geometría del serpentín existente para disminuir tiempo de evaporación del jugo de caña, y consecuentemente el uso de combustible en el proceso. El modelo de termo-transferencia consideró correlaciones para obtener el coeficiente de transferencia de calor del jugo. Adicionalmente se incluyeron aspectos relacionados con el área mínima de intercambio, número de tubos y pasos del serpentín. La simulación permitió, a partir del campo de temperaturas, identificar la geometría más adecuada para la construcción del mismo evitando puntos fríos y de condensación. Los resultados experimentales y de simulación indicaron menor tiempo de evaporación con presiones de vapor inferiores a las que opera el sistema original, lo que se ve reflejado en la disminución del consumo de bagazo durante la generación de vapor.

Palabras claves: serpentín de evaporación, jugo de caña de azúcar, industria panelera, dinámica de fluidos computacional (CFD).
______________________________________________________________

Abstract:

This paper describes the design, construction and numerical simulation of a coil for the evaporation process of the juice of sugar cane process in Colombia. The purpose of this design is to improve the geometry of the existing coil to decrease the evaporation time and consequently the use of fuel. The heat transfer model includes an empirical correlation for obtaining the cane juice heat convection coefficient. In addition, aspects related to the minimum exchange area, the number of tubes and the steps of the coil were included. Using the temperature field obtained from the numerical simulation, we identify the most suitable geometry for the construction of the coil. The simulation and the experimental evaluation in field results show that lower evaporation times are achieved at lower vapor pressures than the original system, which is reflected in the reduction of bagasse consumption during steam generation

Keywords: evaporator coil, sugar cane juice, sugar cane industry, computational fluid dynamics (CFD).