Metodología Pinch

TAREA 1

noviembre 16

2012

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL

DISEÑOS DE PROCESOS

PARTE CONCEPTUAL

¿Qué es la metodología Pinch]? ¿Cuál es su objetivo?

Es una Metodología para el análisis de procesos químicos y sus respectivos servicios auxiliares, mediante la 1° y 2° ley de la termodinámica, que minimiza el nivel de energía externa en las redes de intercambio de calor, utilizando de por medio relaciones entre las corrientes calientes y frías del proceso.

Como objetivo principal se tiene el disminuir el consumo de servicios auxiliares, maximizando la recuperación energética entre las corrientes del proceso. A nivel económico permite reducir los costos de capital como los equipos y reducir los costos de servicio entendida como la energía suficiente para realizar los trabajos.

¿Cuál es la importancia de la determinación del ΔT mínimo? Describa gráficamente cómo se determina.

Al aumentar el ΔT el área de intercambio de calor requerida disminuye, lo que trae consigo un aumento de los costos en servicio auxiliares de calentamiento (steam) o enfriamiento (agua de servicio).

Figura 1: Gráfico de Costos vs Delta Temperatura mínimo

La elección del ΔT mín. debe ser aquella que minimice los costos totales según los costos de servicio aplicados al proceso, junto a la inversión que esta conlleva para poner en marcha.

1.3- Describa brevemente los pasos a seguir de la metodología en estudio.

La metodología se basa en el método de HEN (Heat Exchange Network), donde se aplica un sistema de redes de intercambiadores, donde es posible determinar las interconexiones entre ellos junto a la adición de los servicios auxiliares de vapor y agua según los requerimientos energéticos lo dispongan para cada corriente. El método sigue un patrón definido, donde se establecen las siguientes reglas:

Reglas de oro:

No usar servicio de enfriamiento sobre el punto Pinch

No usar servicio de calentamiento bajo el punto Pinch

No traspasar energía a través del punto Pinch

Junto a esto también se establece que cuando se encuentra muy cerca del punto Pinch:

Las corrientes sobre el Pinch: Cp FRIO > Cp CALIENTE

Las corrientes bajo el Pinch: Cp FRIO < Cp CALIENTE

Se deben respetar estas reglas para obtener una red de intercambio de calor que maximiza la recuperación de energía.

Si se traspasa cierta cantidad de energía a través del Pinch, la misma cantidad deberá agregarse adicionalmente como servicio de calentamiento, y deberá aumentarse el servicio de enfriamiento para remover tal cantidad deseada a optimizar.

PROBLEMA

2.1- Entregue las curvas compuestas caliente y fría. Indique el punto Pinch, zona de integración energética y requerimiento mínimo de servicios auxiliares.

Las corrientes designadas para el caso 23:

Corriente Tipo T° entrada T° Salida Cp[KW/°C] ΔT min

1 Fría 35 110 1,8 12

2 Caliente 135 60 2,5

3 Fría 90 175 2,1

4 Caliente 180 125 0,6

Las curvas compuestas Caliente y Fría están determinadas de la siguiente forma:

Figura 2: Curvas Compuestas Caliente y Fría

Figura 3: Curvas Compuestas Punto Pinch

Luego el punto Pinch se encuentra en los 105[KW] a una temperatura de 96[°C], la zona de integración energética posee una cantidad de 214[KW], mientras que el requerimiento mínimo de servicios auxiliares para calentamiento es de 6[KW] y el de enfriamiento es de 80,1[KW].

Se debe tener en cuenta que este método es impreciso, ya que el hecho de dar por entendido un comportamiento lineal a las curvas, causa un fallo de la aproximación del punto Pinch, sin embargo los delta energía asignados para las zonas de recuperación y de servicios auxiliares, son propicias para ser comparadas con el método numérico y el método de HEN.

2.2- Entregue la gran curva compuesta (GCC) obtenida por medio del algoritmo de tabla problema. Indique además el punto Pinch. ¿Qué otra información se puede obtener?

Figura 4: Gran Curva Compuesta

Del método numérico se puede deducir que el punto Pinch se encuentra a los 96[°C], mientras que el servicio auxiliar de calentamiento es de 6[KW], y el de enfriamiento es de 80,1[KW]; igual a lo determinado por el método analítico. Se puede deducir que este método entrega una justificación numérica de lo apreciado en el método analítico, con lo cual se tiene una corroboración del punto Pinch en 96°C para utilizar en el método HEN al momento de estimar los intercambiadores para optimizar las corrientes.

2.3- ¿Cuál es el número mínimo de intercambiadores de calor?

Sin considerar Pinch:

N° mínimo de intercambiadores =N° Corrientes-1=4-1=3

Considerando Pinch:

N° mínimo de intercambiadores =Corr.Sobre Pinch+Serv.Aux-1+

+Corr.Bajo Pinch+Serv.Aux-1=4+1-1+2+1-1= 6

2.4- Realice el diseño de la red de intercambiadores de calor y mencione las restricciones para el diseño. (Indicar temperaturas y carga térmica de los intercambiadores).

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