Diseño basado en el análisis de conductos de manejo de gases enfriados con agua

Los conductos enfriados con agua representan una parte integral de los sistemas de gases de salida de alta temperatura en los procesos metalúrgicos. Por lo general, el gas de salida ingresa en estos conductos a temperaturas muy elevadas; por esto, es posible que se requiera un enfriamiento con agua para que la temperatura del revestimiento del conducto se mantenga dentro de los límites permitidos por el diseño. Estos gases de salida suelen contener altos niveles de minerales que pueden generar acumulación de polvo, y existe la posibilidad de que se acumule escoria o de que se salpique metal fundido. Por ello, pueden ser necesarios suministros de limpieza de polvo para eliminar o minimizar la acreción en la pared del conducto, ya que esta podría afectar la eficiencia del enfriamiento con agua y del proceso del sistema. Estos conductos pueden tener una geometría compleja y experimentar una amplia variedad de cargas, entre ellas, cargas por gravedad, presiones de gas y agua, cargas térmicas cíclicas y fuerzas de impacto dinámico. En consecuencia, la evaluación termomecánica de estos conductos enfriados con agua es fundamental y requiere el estudio de fenómenos como gradientes de altas temperaturas, posible ebullición nucleada, expansión térmica progresiva y falla por fatiga. Las pautas y los códigos de diseño basados en las normas no abarcan una evaluación tan exhaustiva debido a su complejidad. Este documento presenta un ejemplo exitoso de implementación de una metodología de diseño basada en el análisis para mejorar el diseño y extender la vida útil de un conducto de transición de un horno enfriado con agua con la ayuda de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) y del Análisis de Elementos Finitos (FEA).