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

1. Parte conceptual

1. ¿Qué es la metodología Pinch? ¿Cuál es su objetivo?

La metodología Pinch es una herramienta ampliamente utilizada en el diseño de plantas de procesos, la cual se basa en la recuperación energética de sus corrientes, reduciendo los flujos de servicios necesarios, como vapor, agua, y en general los servicios de calentamiento y enfriamiento. La optimización de este método permite por lo tanto, minimizar la inversión capital de equipos, costo energético y las emisiones de flujos contaminantes.

El objetivo de la metodología Pinch es encontrar la mejor combinación de corriente de procesos que se pueden aprovechar en una planta, para intercambiar calor entre ellas, minimizando así el uso de flujos servicios de calentamiento o enfriamiento.

Las ventajas con la que cuenta la metodología Pinch son principalmente las siguientes:

• Es una metodología sistemática para el diseño integrado de plantas de proceso.
• Se puede aplicar a plantas de proceso ya sea, nuevas o existentes.
• Nos permite considerar diferentes opciones de integración energéticas de sus corrientes.
• Identifica el mínimo consumo de energía necesario.

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

El ΔT mínimo indica el grado de acercamiento de las curvas compuestas frías y calientes, es el gradiente mínimo de la temperatura permitido para que los intercambios de calor  del proceso trabajen. Por otro lado, se tiene que al ir disminuyendo el ΔT mínimo, las posibilidades de recuperación energética de las corrientes serian cada vez mayor, al igual que la inversión de equipos intercambiadores de calor. Por lo tanto la importancia otorgada al ΔT mínimo radica principalmente en los costos asociados a la operación del proceso (flujos de servicios) y a la inversión capital del número de intercambiadores de calor. Lo anterior es posible visualizarlo en las curvas compuestas que se obtienen en la metodología Pinch, en las cuales se mostrará para cada ΔT mínimo sobre la posición de la curva,  la cantidad máxima de calor a recuperar en el proceso y la cantidad mínima de enfriamiento y calentamiento que deben suministrar los flujos de servicios asociados.

La optimización de costo de capital asociados a os equipos que facilitan la transferencia de calor entre corrientes y los flujos de servicios necesarios para el proceso, se determinan a través del gráfico costos servicios v/s ΔT mínimo (Figura 1), donde es posible apreciar que a mayores ΔT mínimo se obtienen costos mayores de operación. Sin embargo para la curva de costos de área v/s ΔT mínimo, para ΔT mínimo más altos se necesita una menor área de transferencia de calor, disminuyendo costos de inversión. La unión de éstas curvas genera una tercera curva que representa los costos totales, donde es posible determina el ΔT mínimo óptimo a seleccionar para realizar el método Pinch.

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Figura 1. Gráfica Costo v/s ΔT mínimo.

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

A continuación se listan los principales pasos a seguir para el uso de la metodología Pinch.

1. Identificar las corrientes frías y calientes del proceso a analizar, posteriormente realizar las curvas compuesta caliente y compuesta fría.
2. Graficar las curvas compuesta caliente y fría en un solo gráfico, para posteriormente modificar alguna de ellas en busca del ΔT mínimo de diseño.
3. Al modificar la ubicación de las curvas se determina el punto Pinch, además de determinar el valor de la energía de la integración energética y la energía necesitaría que deben aportar los flujos de servicios (calentamiento y/o enfriamiento).También es necesario comprobar el punto Pinch obtenido, a través del algoritmo de la tabla problema y su respectiva gráfica (intersección de las curvas).
4. Se realiza la “gran curva compuesta” basada en  el algoritmo de la tabla problema y además se determina los excesos y déficit de energía en cada intervalo de temperatura. La “gran curva compuesta” mostrará el punto Pinch y comprobará el valor de la energía requerida de servicios.
5. Finalmente se realiza la red de intercambios entre las corrientes frías y calientes, determinando además el número de intercambiadores de calor mínimo requeridos dentro del proceso. En este paso se ubica el punto Pinch y las zonas que estén sobre y bajo éste punto, por otro lado se deben colocar las corrientes de servicios disponibles utilizando los siguientes criterios:

1. No es posible transferir flujos de servicio de calentamiento bajo el Pinch y poner no se poner servicios de enfriamiento sobre el Pinch.
2. Se debe respetar el ΔT mínimo de diseño entre intercambios de corriente y usar la siguiente regla para asignar corrientes de intercambio cercano al Pinch.

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1. Problema

De acuerdo a las condiciones requeridas por el proceso mostrado, cuyas características y condiciones se resumen en la Tabla 1, responda lo siguiente:

Tabla 1. Características y condiciones de las corrientes de proceso.

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

Para determinar las curvas compuestas caliente y fría, se ordenan de menor a mayor las temperaturas de las corrientes frías y calientes por separado y se calculan las entalpias asociadas a estos de acuerdo a , generándose las siguientes tablas.[pic 4]

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