diseños termicos


ESTUDIO ENERGÉTICO Y ECONÓMICO DE UNA PLANTA TÉRMICA PETROQUÍMICA




ALEX MAURICIO GARCIA VERGARA
SANTIAGO DIAZ CARDONA
JONATHAN JIMENEZ GONZALEZ
DANIEL CARDONA GUZMAN






UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA MECANICA
MEDELLÍN
2014







1. ESTUDIO ENERGÉTICO DEL PROCESO ACTUAL
1.1 Cálculo de la potencia térmica

Para calcular lapotencia térmica con flujo másico en estado líquido o gaseoso, utilizamos la siguiente ecuación:
T
Dónde:



Para calcular la potencia térmica cunado el flujo es una mezcla de líquido y gas, utilizamos la siguiente ecuación:

Este cálculo se hace para todos los puntos a lo largo de la planta.

Calculo de los gastos másicos
Para el cálculo de los gastos másicos del fluido 9 y 12, realizamosun balance de masa en el nodo bajo el punto 9 en la salida de la columna de destilación y un balance de energía (potencia) en la columna de destilación.


Dejando a un lado las incógnitas y del otro lado los valores conocidos de la ecuación (2) tenemos:

Además tenemos que Pot12 y Pot9 son respectivamente:


Reemplazando (4) y (5) respectivamente en la ecuación (3) y reemplazando losvalores ya conocidos, obtenemos:

Reemplazando (1) en (6):


Despejando tenemos:

Reemplazando los valores numéricos en y realizando las respectivas conversiones se obtiene que:

Reemplazando en y despejando obtenemos que:


Los resultados de potencia y gastos másicos m9 y m12, al igual que los datos de temperatura en los puntos a lo largo de la planta se presentan en lasiguiente tabla.



1.2 Potencia térmica de cada los equipos
La potencia térmica de cada uno de los equipos de la instalación (horno, intercambiadores, evaporador y condensador) es igual al cambio de la energía (potencia) que experimenta el fluido después de pasar por cada equipo.

El resultado de estas potencias se presenta en la siguiente tabla.
En el caso del evaporador la potencia queentra en el evaporador, es igual a la diferencia entre la potencia que sale por el punto 9 y la que pasa por el punto 10, por lo tanto la potencia del evaporador está dada por la siguiente ecuación:



En la tabla se presentan todos los valores como positivos, pero hay que tener en cuenta que utilizando la ecuación anteriormente planteada, algunos valores dan negativos ya que el equipo ellugar de suministrar le extrae energía al fluido.

1.3 Balance energético del horno y la caldera

Para el balance energético en el horno y en la caldera se tiene en cuenta la energía que entra y sale de ellos.
La energía (potencia) que entra es la asociada al combustible y la que sale es la absorbida por el fluido. Idealmente estos dos valores serian iguales, pero en estos procesos sepresentan pérdidas que hacen que no toda la energía almacenada en el combustible sea suministrada al fluido, por lo cual el balance queda definido por:

De esta forma:


El rendimiento es la relación entre la energía obtenida y la necesaria para obtenerla, en este caso:


Conociendo el combustible utilizado y sus respectivos consumos las pérdidas y el rendimiento del horno y la caldera son:Combustible utilizado en el horno y caldera: Gas Natural de Guajira
PCI (Gas Natural) = 41500 kJ/Nm3
Consumo de gas del horno = 400.2 Nm3/h
Consumo de gas de la caldera = 257.18 Nm3/h





1.4 Balance energético global

Para el balance de energía global de la planta se tiene en cuenta únicamente los flujos de energía principales, como son los asociados a los flujos másicos de productos ala salida y de elementos a la entrada, así como la potencia térmica consumida por el horno y la caldera, y el calor desechado por en el condensador. Lo anterior se resume en la siguiente tabla.

Este balance no da como resultado cero ya que el proceso global hay sub-procesos que disipan energía la cual no se está teniendo en cuenta en el balance.

2. BOMBA DE CALOR
2.1
Se estudia la...