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Descripción, uso y ejercicios del método pinch
Tipo: Diapositivas
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S. Benz, A. Santa Cruz, N. Scenna
Centro de Aplicaciones Informáticas en el Modelado de Ingeniería UTN - Facultad Regional Rosario
Curso de Postgrado de Actualización
Alimentación Vapor Reactor
ProductoAlimentación no reaccionadaSubproducto
AE
Vapor
AE No reaccionado
Vapor
AE Producto
Subproducto
Reciclo
Vapor
Vapor
AE AE
Producto
Subproducto
Alimentación Vapor Reactor
AE
Vapor
AE No reaccionado
Vapor
AE
Reciclo
El problema de Síntesis de RIC puede definirse como...
Uno de los enfoques para la síntesis de una RIC de mínimo costo anual...
¾ Diseñar una RIC que minimice el consumo de servicios de calefacción y enfriamiento (disminuye los costos operativos); esto es que la red propuesta funcione con la máxima recuperación energética (MER).
¾ Generar la red de intercambio compatible con la condición de MER, minimizando el número de equipos de intercambio y con ello el área de intercambio (disminuye el costo de capital).
Para desarrollar el tema se hará uso de un ejemplo sencillo aplicados aplicado a la industria química. En el diagrama se puede identificar, dos corrientes calientes y dos corrientes frías y las tareas a realizar por el sistema de intercambio térmico Características generales de la RIC
Ejemplo
F1 C
C
F
Características generales de la RIC
(caliente)^415030 1,5 -
Flujo de capacidad calorífica (KWl/ºC)
∆Tmin = 10ºC Temp vapor = 200ºC Temp agua enf = 15ºC
(fría)^380140^240
(caliente)^217060^ -
(fría)^120135^230
Calor a intercambiar (KW)
Temp de salida deseada (ºC)
Temp de entrada (ºC)
Tipo y nro de corriente
Características generales de la RIC
¾ Las corrientes calientes (CC) se representan por flechas de izquierda a derecha, y las corrientes frías (CF) por flechas de derecha a izquierda.
¾ Las temperaturas se indican sobre las corrientes en puntos de interés.
¾ Los intercambiadores se representan por medio de círculos y, en caso de existir integración energética, se dibujan como nexos entre corrientes frías y calientes. Generalmente los calentadores aparecen en el extremo izquierdo sobre la corriente fría y los enfriadores en el extremo derecho de las corrientes calientes.
Diagrama de grilla
Leyes Termodinámicas
Se asume que el calor puede ser transferido desde cualquier corriente caliente a cualquier corriente fría.
Esta condición puede ser no factible ya que la transferencia de calor puede ocurrir solamente de zonas de temperatura más elevada a zonas de temperatura más baja (2° ley de la termodinámica).
Debe haber una diferencia de temperatura que actúe como fuerza impulsora para transferir calor entre corrientes calientes y frías. (∆T (^) mín) = 0, área de transferencia infinita Se debe determinar la máxima recuperación de energía posible con una mínima diferencia de temperatura adoptada (∆T (^) mín) Se debe determinar la demanda remanente de energía Leyes Termodinámicascuyo balance debe ser satisfecho con servicios auxiliares.
¾El cálculo de menor consumo posible de servicios auxiliares compatibles (vapor de calefacción, agua de enfriamiento) compatible con la restricción que define la mínima diferencia de temperaturas permitida entre las corrientes sujetas a intercambio (ej: ∆T (^) min = 10ºC)
¾El número mínimo de unidades requeridas para obtener la RIC con mayor recuperación energética.
Antes de conocer la RIC, se puede anticipar...
Se introduce ahora, el concepto de...
Corrientes Compuestas Frías
Corrientes Compuestas Calientes
Análisis del diagrama T - H ¾ De 170 a 150ºC:
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Q (1)^ Q (2)^ Q (3) H
T
Corriente Compuesta Caliente (CCC) Se obtiene trazando en cada intervalo de temperatura la curva T – H para una corriente cuyo flujo de capacidad calorífica (m Cp) (^) C , es igual a la suma de los flujos de la capacidad calorífica de las corrientes individuales que hay en cada intervalo
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Q 1 (3)^ Q 1 (2)^ Q 3 (2)^ Q 3 (1)^ H
T
F (^1) F 3
Construcción de la Corriente Compuesta Fría (CCF)
Corrientes Compuesta Fría
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Q 1 (3)^ Q 1 (2)^ + Q 3 (2) H
T
Q (^) f(T)
Q 3 (1)
¾ La proyección de la curva de la CCC sobre el eje “H” corresponde a la entalpía total disponible en el conjunto de corrientes calientes. ¾La proyección de la curva de la CCF sobre el eje “H” corresponde a la entalpía total requerida por el conjunto de las corrientes frías. ¾Las curvas de las corrientes compuestas pueden efectuar desplazamientos horizontales sin alterar la información que ellas proveen.
Propiedades Gráficas
Propiedades Gráficas
¾ Trazada una recta vertical sobre el diagrama T-H, si ésta intercepta simultáneamente a la CCC y la CCF, entonces es posible el intercambio energético entre ambas corrientes. ¾La magnitud del solapamiento entre las corrientes compuestas caliente y fría indica una medida del intercambio energético entre ellas (b-c) ¾Trazada una recta vertical sobre el diagrama T-H, si ésta intercepta solo una de las corrientes compuestas, la tarea de calefacción o enfriamiento se satisface mediante servicios auxiliares (a – b) y (c – d)
20
40
60
80
100
120
140
160
180
H
T
80
(^140135)
Q (^) C(T) Q Q (^) E Q (^) I f(T) Q^ V
∆ T (^) min
El mínimo consumo de servicios auxiliares depende de la diferencia mínima de temperaturas preestablecido entre las corrientes sujetas a intercambio: i , j.
(∆tmin) (^) i, j > 0
Para el ejemplo, se adopta (∆tmin ) i, j = 20 ºC
Mínimo Consumo de SA
Se puede observar que al disminuir el ∆T hasta adoptar el mínimo permitido:
¾Aumenta Q (^) I
¾Disminuyen QV y QAE
¾Diminuye el ∆T en todos
los puntos de intercambio
Tiende a aumentar el área de intercambio
Disminuyen las cargas térmicas en calefactores y enfriadores
Tabla del problema
¾ Para la corriente compuesta caliente: T = T ¾ Para la corriente compuesta fría: T = T + ∆T (^) min
Diagrama T - H
Estas transformación corresponde a un corrimiento hacia arriba de la curva compuesta fría en la cantidad ∆T (^) min. En el PINCH, las curvas CCC y CCF hacen contacto en el diagrama T-H, mientras que en términos reales tengan una diferencia igual a ∆T (^) min.
20
40
60
80
100
120
140
160
180
H
T
PINCH
Intervalonro 1 2 3
4 5
Sectorización del problema
¾En el diagrama T-H, se distinguen Intervalos de Temperatura. ¾En cada intervalo, el flujo de capacidad calorífica para las CCC y CCF son constantes. ¾Los cambios de estos valores ocurren precisamente en los extremos de cada intervalo
Esta operación se puede representar gráficamente en un diagrama de corrientes calientes y frías
