Método de pinch

Método de  pinch

El método de pinch nos ayuda a establecer objetos de energía para poder establecer una red en intercambiadores de calor.

Los reactores serán considerados como una caja negra, y el líquido suministrado a el reactor debe ser calentado, generalmente de una temperatura bastante cercana a la ambiente hasta la temperatura que se necesite para un óptimo funcionamiento en el reactor, también puede ser de manera contraria o inversa de un punto en que el fluido se encuentre a una temperatura mayor y desee bajar la temperatura del fluido antes de entrar al reactor. También existe una corriente  que se conoce como maquillaje ya que no aparece con un cambio de temperatura pero de igual manera se introduce al reactor.

Cabe mencionar que se denomina corriente a cualquier flujo que se requiera ser calentado o enfriado pero cuya composición siga siendo la misma. La corriente que se incrementa la temperatura para la entrada del reactor es considerada como corriente fría y la corriente que está caliente y bajamos su temperatura es considerada como corriente caliente.

Para realizar un calentamiento o en caso de ser requerido un enfriamiento generalmente es utilizado un intercambiador de calor. Se puede reducir el consumo de energía ya que podemos recuperar un poco de calor de la corriente caliente y utilizarlo para calentar la corriente fría en el intercambiador de calor de este modo necesitamos menos vapor y agua y quedan cubiertas las necesidades del proceso.

La cuestión es cuanto calor podemos recuperar, que tan grande debe ser el intercambiador de calor.

Es muy útil un diagrama de temperatura-entalpia ya que nos ayuda a visualizar el contenido de calor en una corriente (H) pero no hay que confundir el término con el significado termodinámico de entalpia específica. La diferencial de flujo de calor, al ser agregado un flujo de proceso aumenta su entalpia. Por tanto se tomara un Cp constante para una corriente que necesita ser calentada para ser suministrada y el calor total agregado será igual al cambio de entalpia de la corriente es decir:

       [pic 1]

El diagrama también nos ayuda a representar el intercambiador de calor y como lo que nos interesa es el cambio de entalpia en los flujos, un flujo puede ser trazado en cualquier punto del eje de la entalpia siempre y cuando tengamos la misma pendiente y el intervalo de temperatura este entre el suministro y el objetivo.

Las curvas compuestas nos ayudan a manejar múltiples flujos, en este caso se tienen que sumar todos los calores o  caudales  de capacidad calorífica de todos los flujos.  De tal modo que solo quede un compuesto de todas las corrientes frías y un flujo de todas las corrientes calientes, para después ser introducidas en el diagrama de T/H.

Estas curvas pueden ser utilizadas para obtener objetivos de valores de energía en valores cuyas unidades esten en ∆, sin embargo se necesita llevar a cabo en una hoja cuadriculada por ende es un método un tanto impreciso.[pic 2]

El punto pinch y su significado

La región sobre el punto pinch, es un disparador de calor neto, con el calor con el que fluye solo fluye calor en el pero no sale calor, ya que en las curvas se representa como si el compuesto caliente cediera todo su calor al compuesto frio dejando solo el calentamiento de la red pública.

A la inversa solo requerimos enfriamiento bajo presión y por ende la fuente de calor es neta que si requiere un intercambiador de calor. Queda dividido en dos regiones termodinámicas distintas estos datos o resultados pueden ser puestos en un algoritmo para facilitar la visualización. Cualquier utilidad de refrigeración sobre el pinch debe incurrir en un extra de calor y viceversa, arrojándonos  las siguientes tres reglas de oro:

• No transfiere calor a través del punto pinch
• No usa servicios de frio por encima del pinch
• No usa calientes debajo del punto pinch

A la inversa, si un proceso utiliza más energía que sus objetivos termodinámicos, debe ser debido a que una o más de las reglas de oro se rompen. Se debe a una compensación deliberada. La descomposición del problema en el pinch  resulta ser muy útil cuando se trata del diseño de redes como se mencionó al inicio.

Con el conocimiento anterior  tenemos  cinco conceptos simples y efectivos:

 ● Objetivos: Una vez que se conocen las curvas compuestas y la Tabla de problemas, sabemos exactamente cuánto calentamiento externo se requiere inevitablemente. De tal modo que conocemos los procesos óptimos con gran rapidez y confianza.

● El pinch: por encima del pinch, el proceso necesita calentamiento externo y por debajo del pinch necesita enfriamiento externo. Esto nos indica dónde colocar hornos, calentadores de vapor, enfriadores, etc. Además de  indicarnos qué servicios de vapor de sitio se deben usar y cómo debemos recuperar el calor del escape de las turbinas de vapor y de gas.

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