Integración de calor

V. INTEGRACIÓN DE CALOR
La mayoría de los procesos industriales involucran la transferencia de calor ya
sea de una corriente de proceso a otra corriente de proceso o de una corriente de servicio
auxiliar a una corriente de proceso. Actualmente, las crisis energéticas alrededor del
mundo han llevado a buscar en cualquier diseño de proceso industrial la maximización
de la recuperación de calordentro del mismo proceso y a la minimización de servicios
auxiliares. Para lograr el objetivo de recuperación máxima de energía o de requerimiento
mínimo de energía se requiere de una red de intercambio de calor apropiada. El diseño
de una red de esta naturaleza no es una tarea fácil si se considera el hecho de que la
mayoría de los procesos

involucran un gran número de corrientes y deservicios

auxiliares. El diseño tradicional ha tenido como resultado redes con altos costos fijos y
de servicios auxiliares. Con la ayuda de los conceptos del análisis “pinch”, el diseño de
redes se ha vuelto muy sistemático y metódico.

5.1 Definición de la Tecnología “Pinch”
El término de Tecnología “Pinch” fue introducido por Linnhoff y Vredeveld para
representar un conjunto nuevo demétodos termodinámicos que garantizan un nivel de
energía mínimo en el diseño de redes de intercambiadores de calor. El término de
“análisis Pinch” se utiliza para representar la aplicación de las herramientas y de los
algoritmos de la Tecnología “Pinch” para estudiar procesos industriales.

5.2 Principios del Análisis “Pinch”
La tecnología “Pinch” presenta una metodología simple para el análisissistemático de los procesos químicos y de los servicios auxiliares con la ayuda de la
Primera y Segunda Ley de la Termodinámica. Con la ecuación de energía de la Primera
Ley de la Termodinámica se calculan los cambios de entalpía en las corrientes que pasan
por los intercambiadores de calor. La Segunda Ley determina la dirección del flujo de

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calor, es decir, el calor sólo puedefluir en la dirección de caliente a frío. En un
intercambiador de calor, una corriente caliente no puede ser enfriada por debajo de la
temperatura de entrada de la corriente fría, como tampoco una corriente fría puede
calentarse por arriba de la temperatura de entrada de la corriente caliente. En la práctica
una corriente caliente sólo puede ser enfriada a una temperatura definida por elacercamiento mínimo de temperaturas del intercambiador. El acercamiento mínimo de
temperaturas es la mínima diferencia permitida (∆Tmin) en los perfiles de temperatura
de las corrientes para el intercambiador de calor. El nivel de temperatura en el cual
∆Tmin se observa en el proceso es llamado “punto pinch” o “condición pinch”. El
“pinch” define la fuerza motriz mínima permitida en un intercambiadorde calor.

5.3 Objetivos del Análisis “Pinch”
El análisis “pinch” se utiliza para identificar los costos energéticos, los objetivos
de costo de capital de una red de intercambio de calor y para reconocer el punto “pinch”.
El procedimiento primero predice, antes que el diseño, los requerimientos mínimos de
energía externa, área de la red y número de unidades para un proceso dado en el punto“pinch”. Posteriormente se diseña una red de intercambio de calor que satisfaga esos
objetivos. Finalmente la red se optimiza mediante la comparación de costos energéticos
y los costos fijos de las redes de tal manera que el costo total anual sea mínimo. Por lo
tanto el objetivo primordial de un análisis “pinch” es lograr ahorros financieros mediante
integración de calor en el proceso (maximizarla recuperación de calor del proceso al
proceso y reducir las cargas de los servicios auxiliares).

5.4 Requerimientos mínimos de calentamiento y enfriamiento
El punto de partida para un análisis de integración energética es el cálculo de los
requerimientos mínimos de calentamiento y enfriamiento para una red de intercambio de
calor. Estos cálculos se pueden realizar sin tener que...