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ejercicio metodo pinch y reglas de oro
Tipo: Ejercicios
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Subido el 27/10/2021
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INGENIERÍA QUÍMICA
Profesor(a): Raúl Gómez Tagle
INGENIERÍA QUÍMICA En base al siguiente diagrama, hallar los valores de las corrientes de entalpia y que cantidad de calor se recupera de las corrientes calientes y frías, de igual manera calcular cuales son los requerimientos mínimos para servicios externos y realizar los diagramas de huesos. Suponer que la capacidad calorífica es constante y la especificación de diseño ΔTmin es 20°C Corriente T- InicialºC F-Final ºC FCp. kW/ºC Entalpia 1 40 180 1.50 - 210 2 60 180 1.00 - 120 3 220 120 0.75 75 4 140 80 1.50 90 5 100 40 2.00 120 Las curvas compuestas se construyen con la suma acumulada de entalpias de las corrientes, por un lado, las calientes y por otro las frías, incluidas en los intervalos de temperaturas.
INGENIERÍA QUÍMICA Colocación de los puntos de temperatura y entalpia en la grafica T-Frio ΔT ΔH ∑ΔH 40 0 0 0 60 20 30 30 180 120 300 300 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 300
INGENIERÍA QUÍMICA En base a los datos de T-caliente y T-fría se realiza 1 sola grafica con ambos datos y resulta lo siguiente: Este choque de líneas viola la segunda ley de la termodinámica, por lo que se modificaran sus valores de calor: Qcalentamiento min = 115 Qenfriamiento min= 70 Terminación = 400 Punto Pinch de 80 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 250 300 350
25 75 125 175 225 0 50 100 150 200 250 300 T-Frio T-Caliente
INGENIERÍA QUÍMICA Balance de energía ΣΔH calientes = 285 kw ΣΔH frías = 330 kw Q calentamiento = 115 Q enfriamiento = 70 *Calor integrado = ΣΔH calientes – Qcf min = 285 – 70 = 215 kw ΣΔHfr – Q cal min = 330 – 115 = 215 kw ΣΔH caliente – ΣΔH fría = QD = 285-330 = 45 kw La diferencia de entalpias de corrientes = 285 – 330 = 115 – 70 = 45 = QD
INGENIERÍA QUÍMICA corriente T inicial
final T inicial T final 1 40 180 50 190 2 60 180 70 190 3 220 120 210 110 4 140 80 130 70 5 100 40 90 30 ordenando las temp. De mayor a menor t0 210 t1 190 t2 130 t3 110 t4 90 t5 70 t6 50 t7 30 Para el cálculo de entalpias corriente tipo FCP T inicial T final 1 fría 1 50 190 2 fría 1.5 70 190 3 caliente 1 210 110 4 caliente 0.75 130 80 5 caliente 2 90 30
INGENIERÍA QUÍMICA Para el cálculo de curva compuesta Cascada de calor cascada corregida t0 210 0 90 t1 190 15 70 t2 130 - 90 105 t3 110 - 95 20 t4 90 - 115 0 punto Pinch t5 70 - 95 20 t6 50 - 85 30 t7 30 - 45 70 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150
INGENIERÍA QUÍMICA
Gráfica de la Grand curva compuesta Esta se puede construir a partir de las curvas compuestas o por medio de la cascada de calor. Primero se trazan los ejes de la gráfica con la temperatura en el eje vertical, con los valores de temperatura corregida más alta y el valor de cascada corregida más alto se ubica el primer punto, de la misma manera se ubican los puntos restantes y se unen los puntos con rectas, en la distancia en el eje de entalpias desde cero hasta el valor de temperatura más alta corresponde al valor de calentamiento mínimo mientras que el calor de enfriamiento se ubica en el mismo punto de entalpías a la temperatura más baja, el punto en el que la curva toca al eje vertical corresponde al punto Pinch
INGENIERÍA QUÍMICA Regla de oro El diagrama de las curvas compuestas se muestran las 3 reglas de oro del método Pinch:
INGENIERÍA QUÍMICA Las curvas compuestas permiten visualizar la transferencia de calor entre las corrientes del proceso arriba del Prince por ejemplo en este caso se presentan las corrientes 1, 2 , 3 y 4 pero no está presente en la corriente 5 mientras que abajo del Pinch sólo se presentan las corrientes 1, 2 , 4 y 5 pero no la 3, con esta información se puede determinar el número de cambiadores de calor que tendrá la red con el diseño Pinch. Combinaciones posibles del punto Pinch Se evalúan las cantidades de calor disponible de las corrientes calientes y el requerido de las corrientes frías arriba del pinch se determinan las posibles combinaciones en cambiadores de calor incluyendo los servicios, arriba del pinch tenemos las corrientes 3 y 4 calientes y las corrientes 1 y 2 frías así vemos que puede transferir la corriente cuatro su calor a la corriente uno agotando la corriente cuatro y después lo que le falta será con la corriente 3 y los servicios, de la misma manera se hacen las combinaciones posibles con las corrientes abajo del punto pinch, se suman el número de las combinaciones posibles es decir las flechas entre las corrientes y esto corresponde al número de cambiadores de calor tanto arriba del punto pinch que se tienen cuatro como abajo del punto pinch también se tienen cuatro dando un total de 8 cambiadores de calor para la red.
INGENIERÍA QUÍMICA
INGENIERÍA QUÍMICA
¿Qué cantidad de calor se recuperan las corrientes de las calientes a las frías? 215 kwatts ¿Cuáles son los requerimientos mínimos de servicios externos? 115 kwatts en el calentamiento y de enfriamiento serán 70 kwatts ¿cuál es el número mínimo de cambiadores de calor para la máxima de recuperación de calor? 8 cambiadores de calor ¿Cuál es la temperatura mínima a la que hay que calentar o suministrar el vapor? 170 °C
El método Pinch representa un método simple para el análisis sistemático de los procesos químicos y de los servicios auxiliares. Mediante un análisis termodinámico se calculan los cambios de entalpia en las corrientes que pasan por los intercambiadores de calor, este sirve para poder integrar las corrientes calientes y frías de los procesos químicos, conduciendo a un ahorro en el área de los intercambiadores de calor, un ahorro en el capital, una disminución en la energía de los servicios y en las emisiones contaminantes.
