Red de Intercambiadores de calor




Consigna
Se tiene el siguiente listado de corrientes que se desea optimizar:








Se dispone de los siguientes servicios:
Agua de refrigeración 16 °C
Vapor de 200 °C
∆T mínimo 10 °F

Obtener:
Temperatura del Pinch
Gradicar H vs. T
N° mínimo de intercambiadores de calor
Cantidad de loops
Cantidad de calor aprovechado para cada opción


Análisis de la Primera LeyCorrientes:
Calientes:



Frías:




Diferencia de temperaturas para cada corriente:
Temperaturas iniciales de cada corriente:





Temperaturas finales de cada corriente:






Salto térmico para cada corriente:





Calor de cada corriente
Se calculan los calores de cada corriente como el producto entre el caudal por su calor específico y el salto térmicocorrespondiente.
Se utiliza como convención de signos que el calor a remover tiene signo positivo y el calor a suministrar tiene signo negativo





Calor disponible en las corrientes calientes:


Calor disponible en las corrientes frías:


Si no existieran restricciones en cuanto a la transferencia de energía, es decir aplicando solo la primera ley, la cantidad de utilidades calientes/fríasrequerida sería igual a la sumatoria de los calores de cada corriente.


Análisis de la Segunda Ley
Diagrama de intervalos de temperatura:
Si se tiene en cuenta que solo se puede transferir energía desde corrientes con mayor temperatura hacia corrientes con menor temperatura, la cantidad de utilidades será probablemente mayor. Para incorporar las consideraciones de la segunda ley al análisisde la integración energética se aplica el método presentado por Hohmann, Umeda y otros y por Linnhoff y Flower. Como primer paso se realiza el diagrama de intervalos de temperatura:
Trabajamos con un Δ T mínimo de 10°F (aproximadamente 5°C) entre las corrientes fría y caliente para asegurar la transferencia energética.
Graficamos dos escalas de temperatura, una para las corrientes frías y otrapara las corrientes calientes, que están desplazadas por 5°C.
Graficamos la información de los intervalos de temperatura de cada corriente.



















Establecemos intervalos de temperatura trazando líneas que corresponden con los comienzos y finales de cada una de las flechas (Temperaturas de entrada y salida de cada una de las corrientes).En cada intervalo de temperatura podemos transferir calor desde las corrientes calientes hacia las corrientes frías por que la diferencia de temperaturas está asegurada, y por supuesto, podemos transferir calor desde cualquiera de las corrientes calientes de un intervalo superior hacia una corriente fría de un intervalo inferior.
Calores de cada intervalo:
Calculamos los calores que setransfieren en cada intervalo individualmente.








































Se puede observar que la sumatoria de los calores disponibles en todos los intervalos coincide con el resultado obtenido con el análisis aplicando la primera ley.
Diagrama de cascada
Con los calores obtenidos para cada intervalo, se realiza el siguiente diagrama decascada:














Temperatura del Pinch:
Del diagrama obtenido se puede observar que no hay transferencia de energía entre los intervalos 4 y 5. A esto le llamamos "PINCH". Por encima de la temperatura del pinch solo proveemos calor desde una utilidad caliente y por debajo de la temperatura del pinch solo retiramos calor hacia una utilidad fría.
El pinch se ubica a 80°C para lascorrientes calientes y a 75°C para las corrientes frías, es decir a un promedio de 77.5°C.

Carga mínima de utilidades:



Se observa que la sumatoria de la carga mínima de utilidades sigue siendo igual que el valor obtenido aplicando la primera ley.


Diagrama Temperatura - Entalpía:

Cálculo de entalpías acumuladas para corrientes calientes
Definimos como condición base que la...