Punto de Pliegue

5/24/2018 Punto de Pliegue

1/15

Diseo e Ingeniera de Procesos

Redes de intercambio de calor [Mtodo heurstico]Ing. Martn Rivera Toledo

1. Introduccin

El diagrama de la cebolla representa laimportancia jerrquica en el diseo de procesosqumicos

Cul es el beneficio de considerar la

integracin trmica?

Para un proceso con reaccin qumica se tienen los siguientes esquemas con y sin integracin trmica


2/15

Contenido

Para el diseo de redes de intercambio de calor es necesario determinar

1.1 El consumo mnimo de servicios de calentamiento y enfriamiento1.1.1 Anlisis de primera ley de la termodinmica1.1.2 Intervalos de temperatura1.1.3 Diagrama de cascada1.1.4 Temperatura del punto de pliegue

1.1.5 Diagrama temperatura vs entalpa

1.2 El nmero mnimo de cambiadores de calor1.3 El rea de transferencia de calor para los equipos

2. Procedimiento

Ejemplo

Se tienen dos corrientes calientes que necesitan ser enfriadas y dos corrientes fras que requieren ser calentadas,el conjunto de propiedades de dichas corrientes se encuentran en la tabla 1.

No corriente Condicin FCp[BTU/h F] Torigen[F] Tdestino[F] Q1disponible[103BTU/ h]1 Caliente 1000 250 120 1302 Caliente 4000 200 100 4003 Fra 3000 90 150 -1804 Fra 6000 130 190 -360

Qi = -10

2.1.1. Anlisis de primera ley de la termodinmica

Para calcular la cantidad de energa disponible para absorber o ceder por cada una de las corrientes de procesose tiene que para un sistema sin cambio de fase


3/15

2.1.2. Intervalos de temperatura

Para determinar la serie de intervalos a considerar se debern:i. ordenar de mayor a menor valor la serie de temperaturas de las corrientes calientes y fras

Calientes: 250 200 120 100Fras: 190 150 130 90

ii. sumar y restar el valor del acercamiento mnimo a las temperaturas de las corrientes fras y calientes,

respectivamente

Calientes - Tmin: 240 190 110 90

Fras + Tmin: 200 160 140 100

iii. ordenar de mayor a menor las serie como sigue:

Calientes & Fras + Tmin: 250 200 200 160 140 120 100 100

Fras & Calientes - Tmin: 240 190 190 150 130 110 90 90

iv. eliminar aquellos conjuntos redundantes de temperaturas, por lo que solo quedan los intervalos siguientes

Tcalientes [F] 250 200 160 140 120 100

Tfras [F] 240 190 150 130 110 90

2.1.3 Diagrama de cascada

Se debern realizar los balances de energa para cada intervalo de temperaturas, para cada corriente y secalcular la diferencia de energa por intervalo Qk

kiiik TCpFQ = i=1,2,..., No. Corrientes calientes

kjjjk TCpFQ = j=1,2,..., No. Corrientes fras

==

=ncs

j

jk

nhs

i

ikk QQQ11

k=1,2,..., No . intervalos


4/15

Diagrama de cascada

cmo se calculan el consumo mnimo deservicios?

Sugerencia: identifique el remanente ms grande negativo y adicinelo como servicio de calentamiento

2.1.4 Temperatura del punto de pliegue

Localice el remanente con valor de cero, all setiene el punto de pliegue!


5/15

2.1.5 Diagrama temperatura vs entalpa

Calculo de balance de energa paral as corrientes calientes y fras para el trazo de las curvas compuestas calientey fra

Corrientes calientes Energa por intervalo[BTU/h]

Energa acumulada[BTU/h]

T = 100 F H0 = 0 0

T = 120 F H1 = 4,000(120-100)=80,000 80,000T = 140 F H2 = (1,000+4,000)(140-120)=100,000 180,000

T = 160 F H3 = (1,000+4,000) (160-120)=100,000 280,000

T = 200 F H4 = (1,000+4,000) (200-160)=200,000 480,000

T = 250 F H5 = 1,000(250-200)=50,000 530,000

Corrientes fras Energa por intervalo[BTU/h]

Energa acumulada[BTU/h]

T = 90 F H0 = 60,000 60,000

T = 130 F H1 = 3,000(130-90)=120,000 180,000

T = 150 F H2 = (3,000+6,000)(150-130)=180,000 360,000

T = 190 F H3 = 6000 (190-150)=240,000 600,000


6/15

Estimacin de reas de transferencia por medio del diagrama de T vs H

mlm

mm

TU

QA

=

2

1

21

lnT

T

TTTml

=

ji

m

hh

U11

1

+

=

Ejercicios

I. Reportea. El costo mnimo de la redb. La(s) temperatura(s) del(os) punto(s) de plieguec. Las curvas compuestas caliente y frad. El rea de transferenciae. La red de intercambio

1.

TMIN=10 K FCp

[kW/K]

Tentrada

[K]

Tsalida

[K]

Servicio Costo

[$/kW-ao]H1 10 450 270 SHP [500 K] 80C1 5 360 480 SLP[420 K] 20C2 5 300 400 CW [300 K] 60C3 4 300 400 Refrig[260 K] 100


7/15

Coeficiente global de transferencia de calor

Userviciocalentamiento= 0.3505 kW/m2 K

Uservicioenfriamiento= 0.2629 kW/m2K

Uproceso-proceso = 0.2629 kW/m2 K

Costo de los cambiadores de calor:

)$,(3.1456 26.0 mACp

Tiempo de operacin: 8500 hr/ao Rapidez de retorno = 0.1

3. Determinacin de la red de intercambio de calor (HEN)

Nmero de unidades = Nmero de corrientes + Nmero de servicios 1

Combinaciones factibles: arriba del punto de pliegue: CCHH CpFCpF

abajo del punto de pliegue: CCHH CpFCpF


8/15

4. Diseo de la red de intercambio de calor

5. Identificacin de ciclos de energa en la red de intercambio de calor


9/15


10/15

6. Reduccin del nmero de cambiadores de calor

Reglas heursticas

1. Romper el ciclo que incluya el cambiador de calor con la carga trmica ms baja2. Siempre remueva la carga trmica ms baja de un ciclo3. Si rompemos un ciclo que cruza el punto de pliegue, normalmente violamos el acercamiento mnimo de


11/15

Para la modificacin de la carga a lo largo de la trayectoria se recomienda:

1. transferir el calor cruzando el punto de pliegue (+Qentra, +Qsale)2. Restaurar el acercamiento mnimo


12/15

Se selecciona romper el ciclo con el cambiador de calor con la carga ms baja ( Q = 20 MBTU/h )


13/15

uso de la trayectoria para restaurar el acercamiento mnimo Revisin de la red


14/15

Segunda ruptura de ciclo


15/15

Punto de Pliegue

Documents

Transcript of Punto de Pliegue