4. aspen energy analyzer1

7/25/2019 4. Aspen Energy Analyzer1

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ASPEN ENERGY ANALYZERAnlisis energtico de procesos qumicos

Melanio A. Coronado Hurtado I.Q.

Especialista en Ingeniera de Procesos

Documento para uso acadmicoTodos los derechos reservados

Barranquilla Colombia2014


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1. INTEGRACIN CALRICA - REQUERIMIENTOS

OBJETIVOS

1. Conocer la estructura y los elementos de la interfaz del simulador Aspen Energy Analyzer

2. Elaborar las curvas compuestas y la curva gran compuesta para un conjunto decorrientes calientes y fras

3. Estimar los requerimientos mnimos de los servicios externos de calentamiento yenfriamiento y la temperatura pinch caliente y la temperatura pinch fra

CASO DE ESTUDIO: Una temperatura pinch

Para el anlisis energtico de un proceso qumico se han seleccionado dos corrientescalientes y dos corrientes fras cuyas capacidades calricas totales y sus cambios detemperatura se informan en la Tabla 1.1. Los valores que aparecen en la columnaencabezada con el ttulo H se calculan con el producto del flujo calrico total y ladiferencia de temperatura correspondiente a cada una de las corrientes, estos datosrepresentan el flujo calrico disponible en las corrientes calientes o el flujo calricorequerido en las corrientes fras. Se quiere determinar los requerimientos mnimos deservicios de calentamiento y enfriamiento externos siguiendo el procedimiento de

Hohmann y otros y fijando una diferencia de temperatura mnima T min de 10 Fy, ademselaborar las curvas compuestas y la curva compuesta correspondiente

H1 Caliente 1000 250 120 130000

H2 Caliente 4000 200 100 400000

C1 Fra 3000 90 150 -180000

C2 Fra 6000 130 190 -360000

Total -10000

MCpBTU/(h- F)

CondicinCorrienteT S F

T T F

HBTU/h

Tabla 1.1. Datos para las corrientes de procesos del Caso de estudio


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ASPEN ENE RGY ANAL YZER Interfaz inicial

Para desplegar la interfaz inicial del simulador Aspen Energy Analyzer se recorre lasiguiente ruta: Inicio > Todos los programas > Aspen Tech > Process Modeling V8.0 >

Aspen Energy Analyzer > Aspen Energy Analyzer . La ventana se observa como se

muestra en la Figura 1.1.

Figura 1.1. Ventana inicial de Aspen Energy Analyzer .

La barra del tope o barra de ttulos contiene, en el extremo izquierdo, el logotipo delsimulador y nombre del archivo asignado por defecto y, en el extremo derecho los botones Minimizar, Restaurar, y Cerrar.

La siguiente lnea es la barra de mens. Esta barra contiene varios conjuntos de opciones(File, Edit, Managers, Features, Tools, Window y Help) del ms alto nivel para AEA cuya

explicacin se resume en la Tabla 1.2La tercera lnea o barra de herramientas contiene los smbolos para directamente invocaratajos para algunas funciones aplicables archivo(New Case, Open Case, Save Case, Heat

Integration Manager, Create new HI Case y Create new HI Project) y que tambin se tieneacceso a ellas a travs de opciones incluidas en alguno de los mens. Es un entorno similaral de cualquiera de los programas de Microsoft Windows .


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File: Este comando es usado para definir formatos de salida,abrir trabajos, imprimir y obtener informacin generalsobre AEA

Edit: En este men encontraremos las opcionescopy, cut y paste

Manager: En ese men se una interfaz que nos permite crear yvisualizar todos los proyectos y sus respectivos casos

Features: En este men podemos crear un Nuevo caso o unnuevo proyecto.

Tools: Esta orden sirve para iniciar un trabajo de simulacin( Preferences ).

Window:

En este men encontramos opciones para laconfiguracin del espacio de trabajo, as como parasalvaguardar una pantalla o cargar una previamentesalvada.

Help: Esta funcin da al usuario permiso de llamar lasfacilidades de ayuda tanto en la base de datos delsimulador como en lnea.

Tabla 1.1. Ordenes de la barra de mens de Aspen Energy Analyzer

ASPEN ENE RGY ANAL YZER Estructuras de simulacin

El simulador Aspen Energy Analyzer maneja dos tipos de estructura para la simulacin deredes de intercambio calrico, las cuales son las HI Case y HI Project .

La estructura HI Case (Heat Integration Case) es una herramienta utilizada para el diseode una HEN (red de intercambiadores de calor) y realizar un anlisis en la HEN. Laestructura HI Case contiene un escenario, un set de parmetros de entrada y un diseo conun diagramaGrid (este diagrama se explicar en captulos posteriores) que muestra unaHEN.

La estructura HI Project (Heat Integration Project) es una operacin usada para disearuna HEN. La estructura HI Project es similar a la estructura HI Case excepto en lassiguientes diferencias:

La estructura HI Project puede contener mltiples escenarios y diseos. La estructura HI Project puede cambiarse a modo Retrofit (el cual se explicar en

captulos posteriores). La estructura HI Project no puede realizar un anlisis de la simulacin en el diseo.

Con el caso de estudio de esta leccin se explicar la estructura HI Case


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Creacin de unH I Case Caso de estudio

Para crear una nueva estructura HI Case con los datos suministrados para el caso de estudiose puede seguirla ruta Men Features > Opcin HI Case o haciendo clic en el conoCreat new HI Case de la barra de herramientas. Se despliega una ventana como lamostrada en la Figura 1.2.

Figura 1.2. Ventana para la creacin de un HI Case: Case 1 .

En la parte superior de la ventana HI Case: Case 1 se observa una especie de barra deherramientas mostrada con un conjunto de smbolos o iconos que son atajos para realizarfunciones para el caso de estudio que se introduzca en la cuadrcula central de la ventana.Los atajos situados de izquierda a derecha son Data Transfer From Aspen HYSYS, DataTransfer From Aspen Plus, Data Transfer from Excel, Open Targets View, OpenComposite Curves View, Open Grand Composite Curve View, Open Utility CompositeCurve View y Open HEN Grid Diagram.

La ventana HI Case: Case 1 contiene cuatro paneles que se observan en la parte inferior dela cuadrcula central. Aparece desplegada, por defecto, la denominada Process Streams ylas otras se titulanUtility Streams, Economics, Options y Notes.

Adicionalmente, se observan en la parte mas inferior de la ventana tres botones de presincon las leyendasSet Up Operations, Convert to HI Project y Forbidden Matches. El uso decada uno de los atajos, paneles y botones anteriores se explica a lo largo de las lecciones deeste tutorial

Introduccin de los datos de las corrientes de proceso - PanelPr ocess Str eams

En el Process Streams se observan un conjunto de columnas con sus respectivosencabezados y es en ellas donde se debe insertar la informacin mnima requerida de lascorrientes calientes y fras con las cuales el simulador desarrolla una construccin que permita el anlisis energtico. Se entiende que se deben llenar los siguientes datos para


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cada una de las corrientes consideradas en el caso de estudio: Nombre(Name) , temperaturade entrada(Inlet T) , temperatura de salida(Outlet T) y flujo calrico total(MCp) o laentalpa de la corriente de proceso(Enthalply) .

Inserte la informacin de la Tabla 1.1 como se muestra en la Figura 1.3. Para la fijacin delsistema de unidades, despliegue el menTools y seleccione la opcin Preferences. En el panelVariables de la ventana desplegada seleccione el sistema Field y cierre la ventana para regresar al panel Process Streams.

Figura 1.3. Introduccin de datos de las corrientes de proceso Panel Process Streams

Note que al insertar las temperaturas de entrada (suministro TS) y salida (Objetivo TT), el programa identifica si es una corriente caliente o fra asignndoles los iconos yrespectivamente.

Introduccin de los datos de los servicios Panel Uti li ty Streams

En el panelUtility Streams se seleccionan los servicios o medios de calentamiento yenfriamiento que se van a utilizar dentro del anlisis energtico del caso que se estcreando. En el simulador la representacin de las corrientes de servicios es anloga a la delas corrientes de proceso, las flechas de color rojo ( ) son usadas para demarcar lascorrientes de servicios de calentamiento externos, los cuales son usados para calentarcorrientes de proceso, por otra parte las flechas azules ( ) son usadas para demarcar lascorrientes de los servicios de enfriamiento en la red de intercambiadores, las cuales sonusadas para enfriar corrientes no satisfechas en la integracin energtica.

El simulador tiene una base de datos de los servicios energticos ms comunes, sinembargo tambin tiene la posibilidad agregar utilities propias que no se encuentren en esta base de datos, insertando la informacin necesaria.


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Para la actual simulacin seleccione en la columna encabezada con el ttulo Name, losservicios agua de enfriamiento(Cooling Water) y vapor de alta presin(HP Steam) de la base de datos como se muestra en la Figura 1.4. Se deja y, por lo tanto, se acepta lainformacin adicional asignada por el simulador para las temperaturas, los ndices de costo,los coeficientes de transferencia de calor, el calor especfico, etc. Note que en la parteinferior de la ventana hay dos casillas ( Hot y Cold ) las cuales si estn de color verdesindican que los requerimientos energticos por utilities de calentamiento o enfriamiento sonsuficientes y si estn rojas indican que son insuficientes.

Figura 1.4. Seleccin de los servicios energticos PanelUtility Streams

Introduccin del T min Para introducir el T min haga clic en el icono Open Targets View (Vista de los objetivos delanlisis) cuyo smbolo es y que se encuentra en la parte superior del cuadro de dialogode creacin de HI Case . Aparecer una ventana como la que se muestra en la Figura 1.5con ttulo HI Case: Case 1 Targets . En el panelSummary en la parte inferior izquierdarellene el campo DTmin con el valor del T min fijado (10 F), como se muestra en la Figura1.5.

En la ventana abierta del panelSummary se pueden ver los resultados obtenidos por elsimulador entendido como los objetivos alcanzados con la informacin anteriorsuministrada.

En el cuadro Energy Targets se muestran los objetivos o requerimientos mnimos deservicio de calentamiento y enfriamiento, para el caso de estudio construido los resultadosson 700000 BTU/h y 60000 BTU/h, respectivamente.

En el cuadro Number of Units Targets se muestra los objetivos o necesidades estimadassobre el nmero de unidades de intercambio calrico para mnimos requerimientos de


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servicios externos (MER) y para un mnimo nmero de intercambiadores, para el caso deestudio construido los resultados son 7 y 5, respectivamente.

Figura 1.5. Introduccin del T min Objetivos estimados para la HEN

A la derecha de la ventana se observa el cuadro Pinch Temperatures en donde sedespliegan las temperaturas pinch para las corrientes calientes y para las corrientes fras, para el caso de estudio considerado el resultado es un solo pinch con valores de 140 F paralas temperaturas calientes y 130 F para las temperaturas fras. Adems se puede observarotra informacin, como reas de transferencia de calor para intercambiadores y objetivosestimados relacionados con los costos de la red de intercambiadores de calor. Nuevamente,se observan las bandas de color verde que indican que los servicios de calentamiento yenfriamiento estimados son suficientes.

Creacin de las curvas compuestas

El despliegue de las curvas compuestas para las corrientes calientes y fras se lograhaciendo clic sobre el conoOpen Composite Curve View representado por el smbolo .Para el caso de estudio considerado las curvas compuestas correspondientes se observancomo se muestra en la Figura 1.6.

Para ver los valores de algn punto de la grfica, se hace un clic derecho sobre esta y seselecciona la opcinCross Hair. Luego se coloca el centro de la cruz en el punto en el cualse desea ver los valores de X (entalpa) e Y (Temperatura). Para verificar los resultadossobre los requerimientos energticos reportados como resultados coloque el puntero delmouse en los puntos extremos de las curvas compuestas y lea las coordenadas de cada unode dichos puntos. La necesidad mnima del servicio de enfriamiento es la diferencia entrelas abscisas de los puntos iniciales de las curvas compuestas y la necesidad mnima del


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servicio de calentamiento es la diferencia entre las abscisas de los puntos finales de lascurvas compuestas.

Figura 1.6. Curvas compuestas para el caso de estudio.

La edicin del grfico anterior se puede hacer haciendo clic derecho sobre el rea en donde

se encuentran las curvas compuestas para desplegar un men contextual y seleccionar laopcinGraph Control. Con lo anterior se despliega una ventana como la mostrada en laFigura 1.7 en donde la edicin del grfico se hace en los paneles disponibles con losnombres de Data, Axes, Title, Legend y Plot Area

Figura 1.7. VentanaGraph Control


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Utilizando el recurso de la Figura 1.7 se hacen visibles los marcadores en forma cuadradaen cada una de las curvas compuestas, se le da a las leyendas sobre los ejes y al ttulo de laFigura el tipo de letraTimes New Roman y se hace aparecer la leyenda que ilustra el colorde las curvas compuestas

Creacin de la curva gran compuesta

El despliegue de la curva gran compuesta para el caso de estudio considerado se lograhaciendo clic sobre el conoOpen Grand Composite Curve View representado por elsmbolo . Para el caso de estudio considerado, la curva gran compuesta correspondientese observa como se muestra en la Figura 1.8.

Figura 1.8. Curva gran compuesta para el caso de estudio

Para ver los valores obtenidos para las necesidades del servicio de enfriamiento, delservicio de calentamiento y de la temperatura pinch promedio, haga clic derecho sobre elrea del grfico y seleccione la opcinCross Hair. Luego coloque el puntero del mouse enlos puntos extremos de la curva gran compuesta para leer las necesidades de los servicios ydespus coloque el puntero del mouse sobre el punto de intercepcin de la curva con el ejede las ordenadas. El color negro de la curva gran compuesta se logra haciendo clic derechosobre el rea del grfico, seleccionando la opcinGraph Control y sobre el panel Data seselecciona el color deseado.


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Creacin de la curva gran compuesta servicios

El despliegue de la curva gran compuesta servicio para el caso de estudio considerado selogra haciendo clic sobre el conoOpen Utility Composite Curve View representado por elsmbolo . Para el caso de estudio considerado, la curva gran compuesta servicio

correspondiente se observa como se muestra en la Figura 1.9.

Figura 1.9. Curva gran compuesta servicio para el caso de estudio

La curva gran compuesta servicio muestra con lneas rojas las necesidades de servicios decalentamiento y enfriamiento y las temperaturas a las cuales se utilizan, de acuerdo a losmedios seleccionados o asignados en la informacin inicial del caso de estudio. La grficamuestra que se ha elegido un medio de calentamiento con una temperaturaconsiderablemente alta y que, posiblemente, sirva un vapor de menor presin que elseleccionado.

Herramienta Open Targets View

Al presionar el iconoOpen Targets View colocado dentro de la barra de herramientas de laventana para la creacin de un nuevo caso HI, se despliega una ventana como la que semuestra en la Figura 1.10. Se abre por defecto el panelSummary y contiene adems los paneles con nombresUtility Targets, Range Targets y Plots/Tables


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Figura 1.10. Ventana HI Case: Case 1 Targets

El contenido del panelSummary se detall en una seccin anterior, y a continuacin se

quiere explicar el panel Plots/Tables porque en l se encuentra una informacin importanterelacionada con los propsitos de esta leccin. La ventana que se observa al hacer clic sobrela leyenda de dicho panel es la que se muestra en la Figura 1.11.

Figura 1.11. Ventana HI Case: Case 1 Targets Panel Plots/Tables

Debajo de la barra de herramientas de la Figura 1.11 se observan dos cuadros desplegablesy la opcin que se observa desplegada, por defecto en cada uno de ellos, esComposite


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Curve. Debajo del cuadro desplegable situado a la izquierda de la ventana se observa unatabla con los valores de las entalpas de las corrientes calientes y fras para graficarlas yconstruir las curvas compuestas. Debajo del cuadro desplegable situado a la derecha de laventana se observan las curvas compuestas obtenidas anteriormente y que se desplegaronsiguiendo los atajos observados en la ventana para la creacin del caso HI.

Si el cuadro desplegable de la izquierda se deja seleccionada la opcinComposite Curve , yse despliega el cuadro desplegable de la derecha se observa que se dispone de un men deopciones para observar un conjunto adicional de grficos que se construyen para el anlisisenergtico de un caso de estudio. En la Figura 1.12 se muestra que en el cuadro desplegablede la derecha, se ha seleccionado la curva compuesta balanceada, Balanced Composite

Curve, y debajo se despliega dicha representacin.

Figura 1.12. Ventana HI Case: Case 1 Targets Panel Plots/TablesCurva compuesta balanceada

Con la inclusin de las corrientes de servicios energticos externos se observa que lascurvas compuestas no muestran diferencias de entalpas en sus puntos iniciales y puntosfinales, es decir que no se notan requerimientos energticos porque estos son satisfechos


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por los servicios incluidos dentro de la representacin. En la Figura 1.13 se muestra laseleccin de la curva gran compuesta en ambos cuadros desplegables. En la tabla queaparece debajo del cuadro desplegable de la izquierda se observan los datos calculados parala construccin de dicha curva y debajo del cuadro desplegable de la derecha se observa elgrfico correspondiente.


Panel Plots/TablesCurva gran compuesta

Guardar archivo

Aspen Energy Analyzer 8.0 da la posibilidad de guardar la simulacin de un HI Case o un HI Project , como un fichero con extensin hch . Para guardar el archivo de la simulacindel caso de estudio realizado se sigue la rutaMen File > OpcinSave As o se haceclic en el icono de la barra de tareas. Luego aparecer un cuadro de dilogo donde secoloca el nombre deseado, en nuestro caso se guarda con el nombreleccion1 .

Caso de estudio

Ahora se le deja a lector realizar el anlisis energtico del caso de estudio cambiando elvalor de la diferencia de temperatura mnimaTmin a valores de 5F, 15F y 20F.


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS KEMP, I. C., Pinch Analysis and Process Integration: A user Guide in Process

Integration for the efficient Use of Energy , 2nd Ed., IChemE, Oxford (2007).

SMITH, R.,Chemical Process Design and Integration , John Wiley & Sons, WestSussex (2005).


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2. RED CON OBJETIVOM ER

OBJETIVOS

Aplicar el mtodo pinch para el diseo de una red de intercambiadores de calor conel objetivo de utilizar los requerimientos mnimos de servicios de calentamiento yenfriamiento externos. ( Minimum Energy Requirements o Maximum Energy

Recovery o MER ). Disear una red de intercambiadores de calor aplicando el mtodo pinch y con la

asistencia del simulador Aspen Energy Analyzer .



Hohmann y otros y fijando una diferencia de temperatura mnima T min de 10 F y, ademsdisear una red de intercambiadores de calor con objetivo MER

H1 Caliente 1000 250 120 130000

H2 Caliente 4000 200 100 400000

C1 Fra 3000 90 150 -180000

C2 Fra 6000 130 190 -360000

Total -10000

MCpBTU/(h- F)


T T F

HBTU/h



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Abriendo un caso existente

El caso de estudio considerado en esta leccin es el mismo de la leccin 1 y el archivo deltrabajo elaborado en ella se guard con el nombre deleccion1.hch. Para abrir el archivoanterior, se sigue una de las rutas que hagan que se llegue hasta la localizacin en donde

est guardado dicho archivo y se hace doble clic sobre el nombre del archivo. Una de lasrutas posibles, inicia con el despliegue de la ventana Abrir, presionando el botn de la barra de herramientas y navegar a travs de las carpetas y archivos hasta encontrar lalocacin del archivo previamente guardado.

Informacin inicial para el diseo de una red de intercambio calrico

El primer paso para empezar el diseo de la red es la consideracin de los estados pinch encuanto al nmero de ellos y a los valores de las temperaturas observados en cada uno dedichos estados. Esto se hace con el fin de determinar y especificar las zonas de intercambio(calentamiento o enfriamiento).

En el simulador se puede acceder a esta informacin, presionando el iconoOpen TargetView para desplegar la ventana HI Case: Case 1 Targets que en su parte derecha muestraun cuadro titulado Pinch Temperatures en donde se pueden leer la informacin sobre lastemperaturas pinch tanto para las corrientes calientes (140 F) como para las fras (130 F).(Observe la Figura 2.1)


En esta ventana tambin se puede leer los resultados arrojados por el simulador conrespecto a los requerimientos mnimos energticos de servicios de enfriamiento ( 60000


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Btu/hr) y calentamiento (70000 Btu/hr), y las estimaciones en cuanto al nmero deintercambiadores requeridos (7) requeridos en un diseo con un objetivo MER.

rea de trabajo H EN Grid Diagram

Para acceder al rea de construccin se da clic en el iconoOpen HEN Grid Diagram , yaparecer una ventana con ttulo HI Case: Case 1 HEN Diagram , como la ilustrada en laFigura 2.2, la cual ser el espacio de trabajo donde se configurar la red.

Figura 2.2. Ventana HI Case: Case 1 HEN Design

HEN Grid Di agram

La ventana HI Case: Case 1 HEN Diagram abre, por defecto, en el panelGrid Diagramcuya ventana es el rea en donde se disea la red de intercambiadores de calor. Aldesplegarse, inicialmente, muestra lneas rojas y azules que representan a las corrientescalientes y fras, respectivamente. Las de un estilo a trazos son corrientes de proceso y lasde un trazado continuo son corrientes de servicio. Las de un color rojo muestran unadireccin, con una saeta, de izquierda a derecha mientras que las de color azul muestranuna direccin, con una saeta de derecha a izquierda. En los extremos de cada una de laslneas se muestran los valores de las temperaturas inicial y final de cada una de lascorrientes. Estas corrientes se clasifican como corrientes calientes o a enfriar ( ) ycorrientes fras o corrientes a calentar ( ). Debajo de la barra de ttulo de la ventana HICase: Case 1 HEN Diagram se observa una barra de herramientas con un conjunto de


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iconos que al presionarlos se permiten y se cumplen funciones requeridas en la elaboracindel diseo de una red de intercambiadores de calor.

Las herramientas disponibles en la ventana HI Case: Case 1 HEN Diagram para lacreacin de una red de intercambiadores de calor se resumen en la siguiente tabla.

Nombre Icono Descripcin

Add H eat ExchangerPermite aadir intercambiadores de calor dentro de una corriente de proceso y/oservicio en el diagrama

Add Spli tPermite aadir un divisor y un separador slo en las corrientes de proceso dentro deldiagrama. En el presente trabajo llamaremos splitter al conjunto separador mezclador

Open Optimization Vi ewPermite optimizar la HEN minimizando el costo total anualizado o por minimizacintotal de rea

Open Topology View Permite ingresar a la vista topolgica.

View Capital andEn ergy Targets

Permite acceder al Targets view

Open NetworkPerfor mance Vi ew

Permite acceder a la vista de rendimiento de HEN.

Open Network CostView

Permite acceder a la vista de costos de la HEN. Este muestra todos los costosimportantes

Open Bar Chart Vi ew Permite acceder al grfico de barras

Vi ew the Dr ivin g ForcePlot

Permite acceder a la grfica de la fuerza impulsora

Open Cross Pin ch L oadView

Permite acceder al Cross Pinch Load view.

Open Heat ExchangerStatus View

Permite acceder a la vista del estado del intercambiador de calor.

Open Unsatisfi ed StreamView

Permite acceder al Stream Load Status view.

Switch str eam dir ectionPermite cambiar la direccin de las flechas en el diagrama.

Show/hide Pinch l ines Permite mostrar/ocultar las lneas de temperatura Pinch en el diagrama

Open HEN diagramproperti es Vi ew

Permite acceder al HEN a la vista del diagrama de las propiedades, el cual permitecambiar las propiedades de visualizacin del programa

Tabla 2.2. Iconos de la barra de herramientas de la ventana HI Case: Case 1 HEN Diagram


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A estos objetos se les puede encontrar tambin en una paleta como la que se muestra en laFigura 2.3 mediante el botnOpen Palette View ubicado en la parte inferior derecha dela ventana, esta paleta varia su contenido segn en que se est trabajando.

Figura 2.3. Paleta de objetos - Design Tools

Diseo de la HEN

Para el diseo de una red de intercambiadores de calor se seguir la receta descrita acontinuacin:

a) Insertar la lnea vertical de las temperaturas pinch: esto se logra presionando eliconoShow/hide Pinch lines de la barra de herramientas. Observe la Figura 2.4

Figura 2.4. Ventana HI Case: Case 1 HEN Design - Divisin pinch


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La lnea vertical a trazos observada en la Figura 2.4 pasa a travs de lastemperaturas pinch y divide a la zona de trabajo en dos secciones referenciadascomo la zona por encima del pinch (la de la izquierda) que es el subproceso quedemanda calentamiento y la zona por debajo del pinch (la de la derecha) que es elsubproceso que demanda enfriamiento.

b) Seleccionar las corrientes que van a ser sometidas a intercambio mediante eluso de inecuaciones entre los MCp (heurstica) de las corrientes de cada reginde intercambio: esta heurstica es normalmente usada para especificar losintercambiadores los cuales se encuentran localizados en los alrededores del punto pinch ya que este es el punto con mayor cantidad de restricciones termodinmicas.Por encima del pinch, por ejemplo, se harn los siguientes intercambios H1-C1, H2-C2 y H1-C2.

RED POR ENCIMA DEL PINCH Instalacin del Intercambiador H1-C1

Para la instalacin deintercambiadores , se da clic derecho sostenido en el icono Add Heat Exchanger ubicado en la barra de herramientas de la ventana HI Case: Case 1 HEN Design y se traslada el puntero del mouse hasta colocarlo sobre la corriente que se deseasea parte de un intercambio energtico, luego de esto aparecer un punto rojo lo cual indicaque la corriente ha sido seleccionada para un intercambio calrico. El punto rojo que seobserva en la Figura 2.5. es insertado siguiendo la explicacin anterior para instalar elintercambiador entre la corriente H1 y la corriente C1

Figura 2.5. Instalacin de un Intercambiador


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Seguidamente con el clic izquierdo sostenido se traza una lnea de conexin entre el puntorojo (corriente H1) con la otra corriente (C1) que har parte del intercambio energtico.Esta accin originar la creacin de un intercambiador entre dichas corrientes y se observacomo se ilustra en la Figura 2.6.

Figura 2.6. Instalacin de un intercambiador H1-C1

Se requiere la especificacin necesaria para que el intercambiador sea termodinmicamentesatisfactorio. Para ello se hace doble clic izquierdo en alguno de los crculos extremos que

representan el intercambiador y se desplegar una ventana como la observada en la Figura2.7. Note que la banda amarilla diceUnder-specified (subespecificado)

Figura 2.7 Ventana de especificaciones del intercambiador H1-C1


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En este intercambiador se especifican la temperatura de salida de la corriente caliente H1 de140 F (temperatura pinch caliente), la temperatura de entrada de la corriente fra C1 de130 F (temperatura pinch fra) y se verifica el cuadroTied encima de la temperatura de150 F para confirmar que la temperatura de salida de la corriente fria es dicho valor


Con la especificacin de las temperaturas anteriores, el simulador hace un balance de calora travs del intercambiador y calcula la carga calrica intercambiada y la temperatura deentrada de la corriente caliente y la banda verde confirma que el intercambiador se

encuentra completamente especificado. Adicionalmente, la ventana de especificaciones delintercambiador H1-C1 muestra las diferencias de temperaturas terminales notndose quesatisfacen el requerimiento de un valor mnimo de 10 F y tambin muestra el rea detransferencia de calor (161.3 ft2) requerida en el intercambiador. Si se observa el diagramaconstruido hasta ahora para la red se observar que sobre uno de los crculosrepresentativos del intercambiador aparece el valor de la carga calrica intercambiada(60000 Btu/hr).

Instalacin del Intercambiador H2-C2En forma similar al procedimiento explicado en el tem c, se instala un intercambiador queconecte a la corriente H2 con la corriente C2. El diagrama se ver como se observa en laFigura 2.9. Al hacer doble clic sobre algunos de los crculos extremos que representan alintercambiador H2-C2 se despliega su ventana de especificaciones y que se observa comose muestra en la Figura 2.10.


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De acuerdo a la Figura 2.11, en este intercambiador se especifican la temperatura de salidade la corriente caliente H2 de 140 F (temperatura pinch caliente), la temperatura deentrada de la corriente fra C2 de 130 F (temperatura pinch fra) y se verifica el cuadroTied debajo de la temperatura de 200 F para confirmar que la temperatura de entrada de lacorriente caliente es dicho valor

Con la especificacin de las temperaturas anteriores, el simulador hace un balance de calora travs del intercambiador y calcula la carga calrica intercambiada y la temperatura desalida de la corriente fra y la banda verde confirma que el intercambiador se encuentracompletamente especificado. Adicionalmente, la ventana de especificaciones delintercambiador H2-C2 muestra las diferencias de temperaturas terminales notndose quesatisfacen el requerimiento de un valor mnimo de 10 F y tambin muestra el rea detransferencia de calor (931.5 ft2) requerida en el intercambiador. Si se observa el diagramaconstruido hasta ahora, para la red, se observar que sobre uno de los crculosrepresentativos del intercambiador aparece el valor de la carga calrica intercambiada(240000 Btu/hr).

Instalacin del Intercambiador H1-C2

En forma similar al procedimiento explicado en el tem c, se instala un intercambiador queconecte a la corriente H1 con la corriente C2. El diagrama se ver como se observa en laFigura 2.12. Al hacer doble clic sobre algunos de los crculos extremos que representan alintercambiador H1-C2 se despliega su ventana de especificaciones y que se observa comose muestra en la Figura 2.13.



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En este intercambiador se especifican la temperatura de entrada de la corriente caliente H1de 250 F, la temperatura de entrada de la corriente fra C2 de 170 F y se verifica el cuadroTied debajo de la temperatura de 200 F para confirmar que la temperatura de salida de lacorriente caliente es dicho valor


Se observa en la ventana de especificaciones que la carga calrica intercambiada es de50000 Btu/hr, que la temperatura de salida de la corriente fra es de 178.3 F y que lasdiferencias de temperatura terminales satisfacen el requerimiento de un valor mnimo de 10F.


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El diagrama grid construido hasta ahora muestra a la corriente C2 con un tramo final atrazos lo que indica que ha sido satisfecha completamente en su necesidad calrica. Estoexplica que haya necesidad de utilizar el servicio de calentamiento para suministrarle a lacorriente C2 el faltante calrico, en virtud de que las corrientes calientes de procesotransfirieron su capacidad calrica por encima del pinch.

Instalacin del Intercambiador HP Steam-C2

La conexin se hace en la misma forma que en los casos anteriores y se nota ahora unadiferencia en los colores que representan a los intercambiadores entre corrientes de proceso(color negro) y los intercambiadores entre una corriente de proceso y una corriente deservicio de calentamiento (color rojo). Observe la Figura 2.15.

Figura 2.15. Instalacin de un intercambiador HP Steam-C2

Al hacer doble clic sobre algunos de los crculos extremos que representan alintercambiador HP Steam-C2 se despliega su ventana de especificaciones como la que seobserva en la Figura 2.16.

En este intercambiador se especifica la carga calrica intercambiada que es de 70000Btu/hr, y se verifica el cuadroTied debajo de la temperatura de 190 F para confirmar quela temperatura de salida de la corriente fra es dicho valor. En la Figura 2.17 se muestra laventana con las especificaciones completas y se observa el resultado del clculo del rea detransferencia que es 6.917 ft2 y las diferencias de temperatura en los extremos mayores queel mnimo fijado de 10 F.


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Figura 2.16 Ventana de especificaciones del intercambiador HP Steam-C2

Figura 2.17 Ventana de especificaciones del intercambiador HP Steam-C2

Se observan unos valores considerablemente grandes, lo cual se entiende por la seleccindel HP Steam como medio de calentamiento y por la pequea disminucin de temperaturafijada para esta.

Resultados del diseo de la red por encima del pinch Panel Grid Di agram

En la Figura 2.18 se muestra la red de intercambiadores de calor diseada por encima del pinch, el panel que despliega el entorno para elaborar el diseo de la red se denominaGrid Diagram y est localizado en la parte inferior de la ventana HI Case: Case 1 HEN Diagram .


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Figura 2.18. Red de intercambiadores de calor por encima del pinch

Al presionar el icono del panelGrid Diagram , el diseo grfico muestra a las cargascalricas intercambiadas escritas encima del crculo superior que representa a cada uno delos intercambiadores y tambin se ven escritas las temperaturas de entrada y salida de lascorrientes en cada intercambiador.

Adems, se identifica a un intercambiador entre corrientes de proceso con color negro y aun intercambiador entre una corriente de proceso y una corriente de servicio decalentamiento con color rojo.

Se nota que hay tramos continuos de lneas de corrientes de procesos que anteriormente semostraban por trazos, lo anterior es indicacin de que la disponibilidad calrica de lacorriente caliente no ha sido totalmente utilizada o el requerimiento calrico de la corrientefra no ha sido totalmente completado.

Resultados del diseo de la red por encima del pinch Panel Work Sheet

Al presionar el icono del panelWork Sheet se despliega una ventana que contiene lainformacin sobre las especificaciones de los intercambiadores instalados en el diseo de la

red como se observa en la Figura 2.19.Es la informacin tabulada de cada uno de los intercambiadores instalados que incluye lacorriente fra y la corriente caliente, las temperaturas inicial y final de cada una, laverificacin de su fijacin como parmetro para el diseo, la carga calrica intercambiada,el rea de transferencia de calor y las diferencias de temperatura en los terminales caliente yfrio.


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Figura 2.19. Especificaciones de los intercambiadores instalados en la red diseada

RED POR DEBAJO DEL PINCHSiguiendo la heurstica sobre el cruce de corrientes por debajo del pinch se decide un cruceentre la corriente caliente H2 y la corriente fra C1, un cruce entre la corriente caliente H1 yla corriente de servicio de enfriamiento y otro cruce entre la corriente H2 y la corriente deservicio de enfriamiento

Instalacin del Intercambiador H2-C1

Al instalar un intercambiador entre la corriente caliente H2 y la corriente fra C1, eldiagrama se observa como se muestra en la Figura 2.20.

Figura 2.20. Red de intercambiadores de calor Construccin por debajo del pinch


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Al desplegar la ventana de especificaciones del intercambiador entre H2 y C1 se observa laventana mostrada en la Figura 2.21.


En este caso se verifican los cuadrosTied que especifican la temperatura de entrada de lacorriente fra, es decir 90 F, y la temperatura de salida de la misma, es decir 130 F. Alhacer esto el simulador calcula la carga calrica porque conoce adems el flujo calricototal de la corriente fra. Adems se verifica el cuadroTied que especifica la temperatura deentrada de la corriente caliente y con ello el simulador calcula la corriente de salida dedicha corriente. La ventana se observa, entonces como se muestra en la Figura 2.22.


Con el intercambiador H2-C1 completamente especificado el diagrama de la red diseada,hasta ahora, se observa como se muestra en la Figura 2.23.


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Se nota que el intercambiador H2-C1 se encuentra por debajo del pinch, que las lneasazules que representan las corrientes de proceso fras se encuentran con un trazo continuolo que indica que sus requerimientos calricos han sido satisfechos completamente por lascorrientes fras, y las lneas rojas que representan las corrientes de proceso calientesmuestran segmentos a trazos lo que indica que todava disponen de un exceso calrico queha de transmitirse al servicio de enfriamiento.

Instalacin del IntercambiadorH 1-Coolin g Water

Al instalar un intercambiador entre la corriente caliente H1 y la corriente del servicio deenfriamiento oCooling Water, el diagrama se observa como se muestra en la Figura 2.24.



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Y la ventana de especificaciones se observa como se muestra en la Figura 2.25.

Figura 2.25 Ventana de especificaciones del intercambiador H1-Cooling Water

Al verificar los cuadrosTied que fijan la temperatura de entrada de la corriente caliente, esdecir 140 F, y la temperatura de salida de la misma corriente, es decir 120 F, la ventanade especificaciones ilustra que el intercambiador ha quedado completamente especificado yse nota como se muestra en la Figura 2.26

Figura 2.26 Ventana de especificaciones del intercambiador H1 -Cooling Water

Se observa que al especificar las temperaturas de entrada y salida de la corriente caliente elsimulador calcula la carga calrica intercambiada y fija como temperaturas de entrada ysalida para el agua de enfriamiento las especificadas al seleccionarla como medio enfriante.El rea de transferencia de calor del intercambiador es 10.53 ft2 y las diferencias detemperatura en los extremos del intercambiador son mayores que 10 F. El diagrama de la


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red diseada con la inclusin de este ltimo intercambiador se observa como se muestra enla Figura 2.27.


Como un rasgo convencional, se observa que el intercambiador de calor entre una corrientede proceso y una corriente de servicio de enfriamiento se distingue con un color azul

Instalacin del IntercambiadorH 2-Coolin g Water

Al instalar un intercambiador entre la corriente caliente H2 y la corriente del servicio deenfriamiento o Cooling Water, y desplegar la ventana de especificaciones delintercambiador se observa como se muestra en la Figura 2.28.



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Al verificar los cuadrosTied que fijan la temperatura de entrada de la corriente caliente, esdecir 110 F, y la temperatura de salida de la misma corriente, es decir 100 F, la ventanade especificaciones ilustra que el intercambiador ha quedado completamente especificado yse nota como se muestra en la Figura 2.29


Se observa que al especificar las temperaturas de entrada y salida de la corriente caliente elsimulador calcula la carga calrica intercambiada pero ahora hace un clculo de latemperatura de salida del agua de enfriamiento, de tal manera que en este intercambiador elmedio de enfriamiento aumenta su temperatura de 68 F a 74 F. Si se revisa, nuevamente,la ventana de especificaciones del intercambiador H1-Cooling Water se encontrar que elaumento de temperatura del agua de enfriamiento es de 74 F a 77 F. El rea detransferencia de calor del intercambiador es 35.53 ft2 y las diferencias de temperatura en losextremos del intercambiador son mayores que 10 F. El diagrama de la red global diseada,con la inclusin de este ltimo intercambiador, se observa como se muestra en la Figura2.30.

Resultados del diseo global de la red Panel Grid D iagram

En el diagrama se observa que las lneas que representan corrientes de proceso muestran untrazado continuo, lo cual indica que han sido satisfechas completamente en susrequerimientos o disponibilidades calricas. En la parte inferior de la ventana se observauna banda verde que en su interior dice que la red ha sido diseada satisfactoriamente. Elnmero total de intercambiadores de calor es 7, lo que est de acuerdo con el nmeroreportado en la ventana HI Case: Case 1 Targets, los requerimientos energticos externosson 70000 Btu/h para calentamiento y 60000 Btu/h para enfriamiento, este ltimo


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fraccionado en dos enfriadores con cargas calricas intercambiadas de 20000 Btu/hr y40000 Btu/hr.

Figura 2.30. Red global de intercambiadores de calor

Resultados del diseo global de la red Panel Work Sheet

En el panel Work Sheet se observa la informacin de los 7 intercambiadores queconstituyen la red. El simulador le asigna una referencia como nombre y a su derecha un

pequeo semforo con el color distintivo dependiendo de que sea un intercambiador entredos corrientes de proceso (negro), un intercambiador entre una corriente de proceso y unservicio de calentamiento (rojo) y un intercambiador entre una corriente de proceso y unservicio de enfriamiento (azul). Observe Figura 2.31.

Figura 2.31. Especificaciones de los intercambiadores instalados en la red diseada


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En la parte inferior de la ventana y por encima de las leyendas de los paneles se encuentrantres botones de conmutacin con los colores distintivos de los intercambiadores. Segncomo se presione o no, aparece o no aparece la informacin sobre los intercambiadores enla tabla delWork Sheet.

Resultados del diseo global de la red Recursos de la barra de herramientas

En la barra de herramientas de la ventana HI Case: Case 1 HEN Design se encuentranalgunos recursos cuya funcin es mostrar resultados del diseo de la red deintercambiadores elaborada y entre los cuales se pueden mencionarOpen Network

Performance View, Open Bar Chart View, Open Cross Pinch Load View, Open Heat Exchanger Status View, Open Unsatisfied Streams View, Switch Stream Directions y Open HEN Diagram Properties View.

A continuacin se describen la funcin y el uso que se puede aprovechar de cada una de lasanteriores herramientas.

Herramienta Open N etwork Vi ew

Al presionar el iconoOpen Network View se despliega una pequea ventana titulada Network Performance como la mostrada en la Figura 2.32. Contiene un informe resumidosobre los resultados y objetivos logrados en el diseo de la red elaborado, en cuanto alservicio de calentamiento y enfriamiento utilizado, el nmero de unidades de intercambiocalrico, el nmero de corazas y el rea total de transferencia de los intercambiadores en lared

Figura 2.32 Ventana Network Performance


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En la columna cuyo encabezado es% of Target aparecen los porcentajes que representanlos resultados obtenidos con respecto al objetivo mnimo. Por ejemplo, 70000 Btu/h deservicio de calentamiento es el 100 % del mnimo requerido como objetivo en el diseo dela red. Un nmero de 7 unidades de intercambio de calor representa el 100 % del objetivo propuesto en el diseo de la red para una utilizacin de los mnimos requerimientosenergticos externos. Obsrvese, que en el caso del rea total de transferencia de calor elresultado es que se tiene un exceso (109.7 %) con respecto a un propsito de diseo de red para un mnimo nmero de intercambiadores. Si se hace un clic sobre los tringulos queaparecen a la izquierda de Heating, Cooling y Total Area se despliegan pequeas ventanasque informan con ms detalle dichos resultados como se muestra en las Figuras 2.33 y 2.34

Figura 2.33 Ventanas especificacin de los servicios de calentamiento y enfriamiento

Figura 2.34 Intercambiadores: Carga calrica, Costo y rea


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Herramienta Open Bar Chart View

Al presionar el iconoOpen Bar Chart View se despliega una pequea ventana titulada Design1 como la mostrada en la Figura 2.35. Muestra, por defecto, un grfico de barras de

las reas de transferencia calculadas para cada uno de los intercambiadores.

Figura 2.35 Grfico de barras: rea versus intercambiadores

En la parte superior del grfico se encuentran los tres botones de conmutacin que permitendesplegar o borrar las barras que representan los intercambiadores. Adicionalmente, seobserva tambin arriba a la derecha un cuadro desplegable que, adems del rea de

transferencia dispone otras opciones para hacer representacin de grfico de barras. En laFigura 2.36 se muestra la representacin de la carga calrica para cada uno de losintercambiadores.

Figura 2.36 Grfico de barras: Carga calrica versus intercambiadores


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Herramienta Open Cross Pinch Load View

Al presionar el iconoOpen Cross Pinch Load View se despliega una pequea ventanatituladaCase 1 HEN Design Cross Pinch como la mostrada en la Figura 2.37. Muestra lascargas calricas intercambiadas en cada unidad a travs de las temperaturas pinchseleccionadas en el cuadro llamadoSort by Column. En este caso, el resultado muestra quees cero en cada uno de los intercambiadores.

Figura 2.37 VentanaCase 1 HEN Design Cross Pinch

Herramienta Open Heat Exchanger Status View

Al presionar el iconoOpen Heat Exchanger Status View se despliega una pequeaventana titulada Heat Exchanger Status: Design1 como la mostrada en la Figura 2.38.Muestra el estado de cada intercambiador en cuanto al estado de sus especificaciones. Eneste caso, los intercambiadores tienen un estado OK

Figura 2.38 Ventana Heat Exchanger Status


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Si se hace doble clic sobre el rengln donde est escrito un intercambiador se despliega larespectiva ventana de especificaciones. Para mostrar los intercambiadores se hace necesarioverificar el cuadro llamadoShow All que se encuentra en la posicin inferior izquierda dela ventana.

Herramienta Open Unsatisfied Streams View

Al presionar el iconoOpen Unsatisfied Streams View se despliega una pequeaventana tituladaStream Load Status: Design1 como la mostrada en la Figura 2.39. Muestrael estado de satisfaccin de cada una de las corrientes de proceso. Como un pie de pginadentro de la ventana se lee el criterio de insatisfaccin: con respecto a la carga calrica nosatisfecha cuando este valor es mayor que cero y con respecto a la carga calrica totalcuando sea igual a cero. En este caso, las corrientes estn completamente satisfechas.

Figura 2.39 VentanaStream Load Status: Design1

Al hacer doble clic sobre un rengln de la ventana de la Figura 2.39 se despliega unaventana con las especificaciones de la corriente correspondiente.

Herramienta Switch Stream Directions

Al presionar el iconoSwitch Stream Directions , el diagrama que muestra la red deintercambiadores elaborada se invierte completamente: las direcciones de la corriente, laszonas por encima y por debajo del pinch, la localizacin de los intercambiadores. La Figura


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2.40 muestra como se observa la red elaborada anteriormente despus de presionar este botn.

Figura 2.40 Diagrama de la red de intercambio calrico invertida

Herramienta Open HEN Diagram Properties View.

Al presionar el iconoOpen HEN Diagram Properties View se despliega una pequeaventana titulada Property Presets como la mostrada en la Figura 2.41.

Figura 2.41 Ventana Property Presets

En la Figura 2.41 se encuentran 6 opciones de representacin del diagrama elaborada comodiseo de una red de intercambiadores de calor. Al seleccionar la opcin Preset 1:


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(Temperature, No Util.) muestra el diagrama con las temperaturas de las corrientes y omitelas lneas que representan los servicios de calentamiento y enfriamiento. Observe en laFigura 2.42 que al seleccionar la anterior opcin, el diagrama de la red no incluye las lneasrepresentativas de los servicios y en cambio muestra crculos azules o rojo sobre lascorrientes de proceso.

La ventana Property Presets muestra en el extremo inferior derecho dos botones de presincon leyendas Edit y New. Al seleccionar alguna de las opciones, por ejemplo Preset 4:(Temperature) se observa el diagrama que se elabora por defecto cuando se disea una redy al presionar el botn Edit se despliega una ventana como la mostrada en la Figura 2.43 endonde se pueden hacer algunos cambios sobre la representacin como eliminar algunascorrientes, invertir el sentido del diagrama, etc.

Figura 2.42 Preset 1: (Temperature, No Util.)

Figura 2.43 Property Preset: Preset 4: (Temperature)


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Si se elimina la verificacin en el cuadro correspondiente aCooling Water y HP Steam, eldiagrama de observar como se muestra en la Figura 2.42. Al presionar la leyenda del panel

Annotations de la Figura 2.43 se despliega una ventana como la mostrada en la Figura 2.44.

Figura 2.44 Property Preset: Preset 4: (Temperature)- Annotations

En esta ventana se edita alguna informacin que el usuario desee que se observe en eldiagrama sobre los intercambiadores de calor o sobre las corrientes. Por ejemplo, si dentrodel cuadro Heat Exchangers se despliega el cuadro desplegableTop y se escoge la opcin

Mean Temp Diff se mostrar sobre el diagrama las diferencias de temperatura en cadaintercambiador. Observe la Figura 2.45

Figura 2.45 Red de intercambio calrico Muestra las diferencias de temperatura


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Resultados del diseo de un intercambiador en una red

A continuacin se consideran los resultados del diseo de un intercambiador dentro de unared y que se muestra en su ventana de especificaciones. Como ejemplo se toma elintercambiador E-106 en que el que se cruzan las corrientes H2 yCooling Water. Observe

la Figura 2.46. La ventana se titula Heat Exchanger E-106 y, por defecto, se abre en el panel Data, pero adems contiene los panelesConnectivity, Parameters, T-H Plot y Notes.

Panel Data

La ventana del panel Data contiene los datos de entrada especificados para calcular algunosotros parmetros especficos para la caracterizacin del intercambiador como temperaturas,carga calrica intercambiada, rea de transferencia y diferencias de temperatura en losextremos caliente y fro. Observe, en la parte inferior dos botones de opcin para elegirentre un intercambiador a contra corrienteCounter Current o uno de carcasa y tuboShelland Tube.

Figura 2.46 Ventana de especificaciones del intercambiador E-106 Panel Data

Panel Connectivity

Al presionar el panelConnectivity de la ventana Heat Exchanger E-106 se despliega unaventana como la mostrada en la Figura 2.47

En la ventana del panelConnectivity se muestra, nuevamente, las temperaturas de entrada ysalida de las corrientes que intercambian calor, la carga calrica intercambiada y el rea detransferencia del intercambiador y, adicionalmente, se muestran las conexiones que tienencada una de las corrientes antes y despus del intercambiador en consideracin.


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Figura 2.47 Ventana de especificaciones del intercambiador E-106 PanelConnectivity

Se nota, en este caso, que la corriente caliente est transfiriendo calor en el intercambiadorE-103 antes de intervenir en el E-106 y tambin lo est haciendo en el E-109 despus de su participacin en el E-106. En forma similar, se nota que la corriente fra est recibiendocalor en el intercambiador E-102 antes de recibirlo en el E-106.

Panel Parameters

Al presionar el panel Parameters de la ventana Heat Exchanger E-106 se despliega unaventana como la mostrada en la Figura 2.48

Figura 2.48 Ventana de especificaciones del intercambiador E-106 Panel Parameters


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En la ventana del panel Parameters se muestra parmetros estimados relacionados con eldiseo del intercambiador: el rea de transferencia, el nmero de corazas en serie, elnmero de pasos en la coraza paralelo, el nmero total de corazas, los costos de capital ytotal anualizado, el LMTD, el coeficiente global de transferencia de calor y el factor Ft.

Se muestran, adems las constantes utilizadas para el clculo de los costos, la tasa deretorno aplicada y la vida del intercambiador en aos. A la derecha, se anota la ecuacincon el cual se calculan el costo de capital y el factor de anualizacin.

Panel T-H Plot

Al presionar el panelT-H Plot de la ventana Heat Exchanger E-106 se despliega unaventana como la mostrada en la Figura 2.49.

Figura 2.49 Ventana de especificaciones del intercambiador E-106 PanelT-H Plot

En la ventana del panelT-H Plot se muestran los grficos de temperatura entalpa paracada una de las corrientes que intercambian calor. En este caso, se visualiza que no haycruce de temperaturas y, por lo tanto, el intercambiador es satisfactorio

La edicin del grfico se hace con un clic derecho sobre el rea gris para desplegar laventana Graph Control en donde se encuentran los paneles para modificar los rasgosvisibles de la representacin.


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En la Figura 2.49 se muestra la leyenda(Legend) que se despliega porque en el panel con elmismo nombre se ha verificado el cuadro de nombreVisible. Con ello se ilustra que la lnearoja corresponde al lado caliente y la lnea azul corresponde al lado frio

Guardar archivo

Guarde el archivoleccion1 con el nombre deleccion2 en la localizacin donde se tieneguardado el primero de los archivos nombrados. El archivoleccion2 servir para eldesarrollo que se har en la leccin 3 sobre el diseo de una red con objetivo MEN, esdecir, para utilizar un nmero mnimo de intercambiadores de calor

Caso de estudio

Ahora se le deja a lector realizar el anlisis energtico del caso de estudio cambiando elvalor de la diferencia de temperatura mnimaTmin a valores de 5F, 15F y 20F.


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS KEMP, I. C., Pinch Analysis and Process Integration: A user Guide in Process

Integration for the efficient Use of Energy , 2nd Ed., IChemE, Oxford (2007).

LINNHOFF, B., FLOWER, J.R.Synthesis of Heat Exchanger Networks: I. Systematic generation of energy optimal networks, AIChE (1978).

SMITH, R.,Chemical Process Design and Integration , John Wiley & Sons, WestSussex (2005).


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3. RED CON OBJETIVOM EN

OBJETIVOS

Aplicar el mtodo pinch para el diseo de una red de intercambiadores de calor conel objetivo de utilizar el nmero mnimo de intercambiadores ( Minimum Exchangers Number o MEN ).

Disear una red de intercambiadores de calor aplicando el mtodo pinch y con laasistencia del simulador Aspen Energy Analyzer .



Hohmann y otros y fijando una diferencia de temperatura mnima T min de 10 F y, ademsdisear una red de intercambiadores de calor con objetivo MEN

H1 Caliente 1000 250 120 130000

H2 Caliente 4000 200 100 400000

C1 Fra 3000 90 150 -180000

C2 Fra 6000 130 190 -360000

Total -10000

MCpBTU/(h- F)


T T F

HBTU/h



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Abriendo un caso existente

El caso de estudio considerado en esta leccin es el mismo de la leccin 2 y el archivo deltrabajo elaborado en ella se guard con el nombre deleccion2.hch. Para abrir el archivoanterior, se sigue una de las rutas que hagan que se llegue hasta la localizacin en donde

est guardado dicho archivo y se hace doble clic sobre el nombre del archivo. Una de lasrutas posibles, inicia con el despliegue de la ventana Abrir, presionando el botn de la barra de herramientas y navegar a travs de las carpetas y archivos hasta encontrar lalocacin del archivo previamente guardado.

Nmero mnimo de intercambiadores

Para conocer el nmero mnimo de intercambiadores que se pueden tener en este caso,dirjase a la ventana HI case: Case 1 y haga clic en el botnOpen Targets View ( )observe el recuadro Number of Units Targets en el cual se puede observar que el nmeromnimo de intercambiadores es de cinco, como se puede ver en la Figura 3.1.

Figura 3.1 Ventana HI Case: Case 1 Targets .

Ya que el diseo actual tiene 7 intercambiadores, se puede decir que se deben romper 2lazos para llevar la red al mnimo nmero de intercambiadores.

Nmero de lazos en la red

Aspen Energy Analyzer calcula los lazos presentes en el diseo de una red deintercambiadores de calor, por medio de las ecuaciones conocidas. Para observar cuantoslazos independientes y dependientes tiene la red, regrese a la ventana HI Case: Case 1 y presione el icono de la barra de herramientasOpen HEN Grid Diagram, se abrir la ventana


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titulada HI Case: Case 1 HEN Design correspondiente al panelGrid Diagram. Acontinuacin, presione el botnOpen Controllabilty View de la barra de herramientas yse observar una ventana como la mostrada en la Figura 3.2 con ttuloControllability

Design1

Figura 3.2 VentanaControllability Design1 Panel Process Streams .

Por defecto, la ventana abre en el panel Process Streams y presenta, adems, los panelesUtility Stream, Loops, Paths y Degree of Freedom.

Panel Pr ocess Str eams

En esta ventana se encuentran las corrientes de proceso consideradas en el caso de estudio ya su derecha se encuentran cuadros de verificacin dentro de una columna tituladaControlled. Se nota a todos los cuadros verificados lo cual quiere decir que las cuatrocorrientes se incluyen en el estudio de la controlabilidad de la red.

Panel Uti li ty Stream

En esta ventana se encuentran las corrientes de servicio consideradas en el caso de estudioy a su derecha se encuentran cuadros de verificacin dentro de una columna titulada

Included. En este caso, se verifican los cuadros para incluir los servicios dentro del anlisisde la controlabilidad de la red. Observe la Figura 3.3


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Figura 3.3 VentanaControllability Design1 PanelUtility Stream .

Panel Loops (Lazos)

En esta ventana se encuentran el nmero de lazos independientes, el nmero de lazosdependientes y una tabla que muestra para cada uno de los lazos, los intercambiadores entrelos cuales se forma el lazo o trayectoria cerrada. En la Figura 3.4 se observa que, para la redMER diseada en la leccin 2, hay un lazo formado entre los intercambiadores E-102, E-106, E-103 y E-104 y hay un segundo lazo entre los intercambiadores E-102, E-106, E-109y E-107. Estas referencias deben conocerse de la leccin anterior en cuanto a las corrientes

que en ellas intercambian calor

Figura 3.4 VentanaControllability Design1 Panel Loops .


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Adems de la descripcin anterior de los lazos, Aspen Energy Analyzer permite observarlos lazos en el panelGid Diagram haciendo un clic derecho en cualquier parte gris deldiagrama para desplegar un men contextual como el observado en la Figura 3.5.

Figura 3.5 PanelGrid Diagram Men contextual.

Al seleccionar la opcinShow Loops se despliega un pequeo cuadro (Ver Figura 3.5) que

contiene, para elegir, secuencias de intercambiadores que constituyen lazos e incluye laopcin None. Al seleccionar cada una de las opciones vistas en el pequeo men contextualel diagrama muestra los lazos resaltados en color amarillo como se muestran en las Figuras3.6 y 3.7.

Figura 3.6 PanelGrid Diagram Lazo E-102, E-106, E-103, E-104


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Figura 3.7 PanelGrid Diagram Lazo E-102, E-106, E-109, E-107

Panel Paths (Trayectorias)

En esta ventana se encuentran las trayectorias que tienen un extremo en un servicio caliente(Hot utility) y otro extremo en un servicio frio(Cold utility) . En la Figura 3.8 se muestra laventana del panel Paths correspondiente al caso de estudio.

Figura 3.8 VentanaControllability Design1 Panel Paths .

Se entiende que en la red diseada hay cuatro trayectorias, en la primera columna senumera la trayectoria, en la segunda columna se nombra el servicio caliente(HP Steam), en


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la tercera columna se listan los intercambiadores que conforman la trayectoria y en la cuartacolumna se nombre el servicio fro(Cooling Water).

Disminucin del nmero de intercambiadores

Como se puede observar en la Figura 3.5, se tienen dos lazos independientes, que se puedenromper para as disminuir el nmero de intercambiadores de calor de siete a cinco.Aplicando la heurstica de rompimiento de lazos se debe eliminar el intercambiador quetenga la menor carga calrica y redistribuir dicha carga a travs de una trayectoria.

Rompimiento del lazo E-102, E-106, E-109, E-107 (Figura 3.7),

En la Figura 3.9 se coloca una tabla, mostrada dentro de los resultados de la leccin 2, quecontiene las cargas calricas que se intercambian en cada unidad y que se necesitan conocer para el rompimiento del lazo. Se nota que entre las cargas calricas de los intercambiadoresque conforman el lazo, la menor es la que corresponde a la del E-107 que es 20000 Btu/hr.

Figura 3.9 Intercambiadores: Carga calrica, Costo y rea

A continuacin, despliegue el panelGrid Diagram, muestre sobre el diagrama el lazo E-102, E-106, E-109 y E-107 (Figura 3.7), acerque el puntero del mouse sobre cada uno deellos para verificar las referencias y las cargas calricas en cada uno de ellos y haga dobleclic sobre uno de los crculos extremos del intercambiador E-107 para desplegar su ventanade especificaciones y presionar el botn Delete Heat Exchanger ( ) para borrar dicho


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intercambiador (Observe la Figura 3.10). La corrientes que intercambian calor en estaunidad son la caliente H1 y el medio de enfriamientoCooling Water.

Figura 3.10 Intercambiador E-107: Botn Delete Heat Exchanger

Despus de eliminar el intercambiador, se podr observar en la ventana del panelGrid Diagram que la corriente H1 no est satisfecha calricamente porque muestra un segmentoa trazos. (Ver Figrua 3.11)

Figura 3.11.Grid Diagram: Corrientes insatisfechas


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Redistribucin de las cargas calricas

1. Como la eliminacin del intercambiador E-107 disminuye en 20000 Btu/hr latransferencia de calor disponible en la corriente H1, entonces se aumenta latransferencia de esta corriente a la corriente C2 en el intercambiador E-104 de

50000 a 70000 Btu/hr. La ventana de especificaciones de este ltimo intercambiadorse ve entonces como lo muestra la Figura 3.12

Figura 3.12 Ventana de especificaciones del E-104

2. El intercambiador E-102 que es donde se transfiere la disponibilidad calrica de lacorriente H1 a la corriente C1 se especifica ahora de tal manera que la temperaturade salida de la corriente caliente sea su temperatura final es decir, 120 F. Con estecambio el diagrama muestra que el intercambiador no es factible mostrando loscrculos representativos de color amarillo. Observe la Figura 3.13

Figura 3.13 PanelGrid Diagram Intercambiador E-102 no factible


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Lo anterior tambin se puede observar presionando el icono de la barra deherramientasOpen Heat Exchanger Status View. Se despliega una ventana quemuestra como estado del intercambiador E-102infeasible. Observe la Figura 3.14

Figura 3.14 Intercambiador E-102 no factible

La ventana de especificaciones del intercambiador E-102 se muestra en la Figura3.15. Se observa que el diferencial de temperatura en el extremo fro es de 10 F.Si se presiona el panelT-H Plot se despliega el grfico de temperatura entalpa yse observar el cruce de temperaturas. En la banda roja que se muestra hay unaleyenda que dice Infeasible: there is a temperatura cross see T-H plot



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3. Continuando con la redistribucin de las cargas calricas, al aumentar en 20000Btu/hr la carga calrica transferida de la corriente H1 a la corriente C2, entonces enel intercambiador E-103 que sigue en la corriente fra se disminuye la cargacalrica de 240000 Btu/hr a 220000 Btu/hr. La ventana de especificaciones de dichointercambiador queda como se muestra en la Figura 3.16.

Figura 3.16 Ventana de especificaciones del intercambiador E-103

4. Como lo anterior, equivale a que la corriente H2 transfiere 20000 Btu/hr a lacorriente C2, el balance se realiza haciendo la transferencia de este exceso alservicio fro de tal manera que en el intercambiador E-109 la carga calrica que

transfiere la corriente H2 al servicio fro aumenta de 40000 Btu/hr a 60000 Btu/hr.La ventana de especificaciones del intercambiador E-109 se observa, ahora, comose muestra en la Figura 3.17



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Restauracin del Tmin

5. La restauracin del diferencial mnimo de temperatura entre corriente caliente y fraen el intercambiador no factible E-102, se realiza considerando que si latemperatura de la corriente caliente es 120 F, entonces la temperatura de entrada de

la corriente fra debe ser mximo 110 F. Entonces, al hacer la anteriormodificacin en la ventana de especificaciones del intercambiador E-102 se observaque el simulador calcula la nueva carga calrica y reporta como resultado 120000Btu/hr y se ha restaurado el diferencial mnimo de temperatura en el extremo fro.La Figura 3.18 muestra los cambios anteriores.

Figura 3.18 Recuperacin delTmin en el intercambiador E-102

Lo anterior quiere decir que la carga calrica en el intercambiador E-102 haaumentado de 60000 Btu/hr a 120000 Btu/hr y, dicho aumento debe redistribuirse atravs de una trayectoria en el diagrama de la red.

6. El resultado anterior dice que se deben sumar 60000 Btu/hr tanto al servicio decalentamiento como de enfriamiento. Al hacerlo sobre el servicio de calentamiento,la ventana de especificaciones del intercambiador E-105 en donde este serviciotransfiere calor a la corriente fra C2 se observa como se muestra en la Figura 3.19.

Se observa y se debe tener en cuenta que el simulador ha calculado la temperaturade entrada de la corriente fra que es de 168.3 F

7. A lo largo de la trayectoria, E-105, E-104, E-102, E-106, E-109, a continuacin seespecifica el intercambiador E-104 como se muestra en la Figura 3.20


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Se ha disminuido la carga calrica a 10000 Btu/hr y, en virtud del resultadoobtenido en el intercambiador anterior, se ha verificado el cuadroTied para fijar lacorriente de salida de la corriente fra en el valor de 168.3 F calculadoanteriormente

8. Siguiendo la trayectoria, el intercambiador E-102 se especifica, a continuacin,como se muestra en la Figura 3.18.

9. A continuacin, se especifica el intercambiador E-106 como se muestra en la Figura3.21. Se ha introducido 145 F como la temperatura de entrada de la corrientecaliente H2 porque esta temperatura fue calculada en el intercambiador anterior quees el E-103 y tambin se ha introducido 110 F como la temperatura de salida de lacorriente fra C1 porque esta fue fijada en el intercambiador E-102


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10. Finalmente, se especifica el intercambiador E-109 en donde se aumenta la cargacalrica requerida en el servicio de enfriamiento de 60000 Btu/hr a 120000 Btu/hr.La ventana de especificaciones de dicho intercambiador se observa como se muestraen la Figura 3.22.


Con todo lo anterior, se ha disminuido el nmero de intercambiadores a 6 y los servicios decalentamiento y enfriamiento han aumentado en 60000 Btu/hr, es decir que se requieren130000 Btu/hr de calentamiento y 120000 Btu/hr de enfriamiento. La red se observa ahoracomo se muestra en la Figura 3.23.


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Figura 3.23 Red de intercambiadores Menos intercambiadores Mas servicios energticos

Un resumen de las nuevas cargas calricas intercambiadas en cada uno de losintercambiadores se puede mostrar haciendo clic en el icono de la barra de herramientasOpen Network Performance View y luego haciendo clic sobre el tringulo colocado a laderecha de la especificacinTotal Area. Se despliega una ventana como la que se ve en laFigura 3.24

Figura 3.24 Especificaciones de los seis intercambiadores en la red modificada

Con el desarrollo anterior se tiene una red con seis intercambiadores de calor y si se verificala existencia de lazos se encuentra que hay uno entre los intercambiadores E-102, E-106, E-103 y E-104. La Figura 3.6 muestra el diagrama de la red inicial con el lazo anterior


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resaltado con lneas amarillas y si en la red modificada obtenida con el desarrollo anteriorse recurre a la opcinShow Loops del men contextual tambin se observa la presencia dedicho lazo. Ver Figura 3.25

Figura 3.25 Diagrama de red con seis intercambiadores y un lazo entre ellos

Rompimiento del lazo E-102, E-106, E-103, E-104 (Figura 3.25),

En la Figura 3.24 se coloca una tabla con los nuevos valores de las cargas calricasintercambiadas en los intercambiadores de la red con seis intercambiadores. Se observa queentre los que constituyen el lazo, en la unidad en donde se intercambia la menor cargacalrica es el E-104 que es de 10000 Btu/hr. Siguiendo la heurstica sobre rompimiento delazos se debe comenzar eliminando este ltimo intercambiador.

A continuacin, despliegue el panelGrid Diagram, muestre sobre el diagrama el lazo E-102, E-106, E-103 y E-104 (Figura 3.24), acerque el puntero del mouse sobre cada uno deellos para verificar sus referencias y sus cargas calricas y haga doble clic sobre uno de loscrculos extremos del intercambiador E-104 para desplegar su ventana de especificacionesy presionar el botn Delete Heat Exchanger ( ) para borrar dicho intercambiador Lacorrientes que intercambian calor en esta unidad son la caliente H1 y la caliente C2.

Con esto, el diagrama de la red se observa como se muestra en la Figura 3.26 y en el seobservan que las corrientes H1, H2 y C2 no se encuentran completamente satisfechas porque muestran un segmento a trazos.


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Figura 3.26 Diagrama de red con cinco intercambiadores

Redistribucin de las cargas calricas

Como la eliminacin del intercambiador E-104 disminuye en 10000 Btu/hr la transferenciade calor disponible en la corriente H1, entonces se aumenta la transferencia de calor a lacorriente C1 en el intercambiador E-102 de 120000 a 130000 Btu/hr. La ventana deespecificaciones de este ltimo intercambiador se ve entonces como lo muestra la Figura3.27. Se fijan la temperatura de entrada y salida de la corriente caliente H1 y la temperaturade salida de la corriente fra C1. El simulador calcula la temperatura de entrada de lacorriente C1. Observe Figura 3.27.



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El intercambiador E-105 ( HP Steam Corriente C2) se especifica, a continuacin, porqueconociendo la carga calrica y la temperatura de salida de la corriente fra (temperaturafinal) el simulador calcula la corriente de entrada de la corriente fra C2, adems de otros parmetros. Observe Figura 3.28


El intercambiador E-109 (Cooling Water Corriente H2) se especifica, a continuacin, porque conociendo la carga calrica y la temperatura de salida de la corriente caliente(temperatura final) el simulador calcula la corriente de entrada de la corriente caliente H2,adems de otros parmetros. Observe Figura 3.29



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El intercambiador E-106 (Corriente H2 Corriente C1) se especifica, a continuacin, porque conociendo la carga calrica, la temperatura de salida de la corriente caliente y latemperatura de entrada de la corriente fra (temperatura inicial), el simulador calcula lacorriente de entrada de la corriente caliente H2, adems de otros parmetros. Figura 3.30


Finalmente, se especifica el intercambiador E-103 (Corriente H2 Corriente C2) se, porqueconociendo las temperaturas y los flujos de las corrientes el simulador calcula la cargacalrica, adems de otros parmetros. Observe Figura 3.31



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El diagrama de la red obtenida se muestra en la Figura 3.32 y el panelWork Sheet semuestra en la Figura 3.33.

Figura 3.32 Red de intercambio calrico Objetivo MER

Figura 3.33 Red de intercambio calrico Especificaciones de diseo

Con el procedimiento terminado, se puede verificar que se ha obtenido una red con 5intercambiadores, es decir, con el nmero mnimo de unidades de intercambio calrico.Tambin, se ha alcanzado un resultado esperado con respecto a los requerimientosaumentados de servicio de calentamiento (130000 Btu/hr) y enfriamiento (120000 Btu/hr).


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Si se presiona el icono de la barra de herramientasOpen Network Performance View sedespliega la ventana que se muestra en la Figura 3.33. En ella se cuantifica que se utiliza un85.7 % ms del mnimo requerimiento de servicio externo de calentamiento y un 100 %ms del mnimo requerimiento de servicio externo de enfriamiento, el nmero de unidadesde intercambio calrico se redujo al 71.43 % con respecto a una red objetivo MER lo quecorresponde en rea total de transferencia a un 71.24 % con respecto a la red objetivo MER

Figura 3.33 Ventana Network Performance Red objetivo MEN

Si se presiona el icono de la barra de herramientasOpen Network Cost View se despliega laventana que se muestra en la Figura 3.34. En ella se reporta que los costos de operacin dela red objetivo MEN representados en los costos de calentamiento y enfriamiento aumentanen un 86.7 % ms con respecto al costo para una red objetivo MER. Tambin se muestraque el costo de capital disminuy a un 68 % con respecto al costo de la red objetivo MER.Es notorio que el costo total anualizado disminuye con respecto al costo total anualizado de

la red objetivo MER.

Figura 3.34 Ventana Network Cost Indexes Red objetivo MEN


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ASPEN TECH, Aspen Energy Analyzer: Reference Guide, V.7.3, Burlington (2011).

KEMP, I. C., Pinch Analysis and Process Integration: A user Guide in Process

Integration for the efficient Use of Energy , 2nd Ed., IChemE, Oxford (2007). LINNHOFF, B., FLOWER, J.R.Synthesis of Heat Exchanger Networks: I.

Systematic generation of energy optimal networks, AIChE (1978).

MOHANTY, B., Process Integration Web Course: Design for multiple pinch problems.

SMITH, R.,Chemical Process Design and Integration , John Wiley & Sons, WestSussex (2005)


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4. RED CON DIVISIN DE CORRIENTES

OBJETIVOS

Aplicar el mtodo pinch para el diseo de una red de intercambiadores de calor conla necesidad de hacer divisin de corrientes para alcanzar el objetivo propuesto.

Disear una red de intercambiadores de calor aplicando el mtodo pinch y con laasistencia del simulador Aspen Energy Analyzer .

CASO DE ESTUDIO: Una temperatura pinch Divisin de corrientes

Para el anlisis energtico de un proceso qumico se han seleccionado dos corrientes

calientes y dos corrientes fras cuyas capacidades calricas totales y sus cambios detemperatura se informan en la Tabla 4.1. Los valores que aparecen en la columnaencabezada con el ttulo H se calculan con el producto del flujo calrico total y ladiferencia de temperatura correspondiente a cada una de las corrientes, estos datosrepresentan el flujo calrico disponible en las corrientes calientes o el flujo calricorequerido en las corrientes fras. Se quiere determinar los requerimientos mnimos deservicios de calentamiento y enfriamiento externos siguiendo el procedimiento de

Hohmann y otros y fijando una diferencia de temperatura mnima T min de 50 C y, ademsdisear una red de intercambio calrico con objetivo MER.

H1 Caliente 2 180 40 280

H2 Caliente 4 150 40 440

C1 Fra 3 60 180 -360

C2 Fra 2,6 30 130 -260

Total 100

MCpKJ/C-h

CondicinCorrienteT SC

T TC

HKJ/h



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Introduccin de la informacin de las corrientes

Abra el Aspen Energy Analyzer y presione el botnCreate New HI Case localizado dentrode la barra de herramientas. Se despliega la ventana de ttulo HI Case: Case 1 correspondiente al panel Process Streams donde se digita la informacin sobre las

corrientes facilitada en el planteamiento del caso de estudio. El registro se observa como semuestra en la Figura 4.1. Observe el contenido entlpico de cada corriente

Figura 4.1. Informacin de las corrientes de proceso

Introduccin de la informacin de los servicios

A continuacin, presione la pestaaUtility Streams y seleccione vapor de alta presin comomedio de calentamiento y Refrigerant 1 como medio de enfriamiento. La ventana seobserva como se muestra en la Figura 4.2. Observe las bandas verdes con la leyendaSufficient que indican que los servicios seleccionados son adecuados

Figura 4.2. Seleccin de los servicios de calentamiento y enfriamiento


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Nmero de intercambiadores

Para conocer el nmero de intercambiadores requeridos para cualquiera de los objetivos,dirjase a la ventana HI case: Case 1 y haga clic en el botnOpen Targets View ( ). Sedespliega la ventana con ttulo HI Case: Case 1 Targets que se observa en la Figura 4.3.

Figura 4.3. Objetivos (Targets) que se logran en el caso de estudio

Observe:

En el recuadro Energy Targets: que la necesidad del servicio de calentamiento es de 258

kJ/h y la necesidad del servicio de enfriamiento es de 358 kJ/h.En el recuadro Number of Units Targets: el nmero mnimo total de intercambiadores parauna red con objetivo MEN es de 5 y el nmero mnimo de intercambiadores para una redcon objetivo MER es de 7.

En el recuadro Pinch Temperatures: la temperatura pinch caliente es 150 C y latemperatura pinch fra es 100 C.

Diseo de una red de intercambiadores Objetivo MER

A continuacin se explica el diseo de una red de intercambiadores de calor que satisfaga elobjetivo de utilizar los requerimientos mnimos energticos estimados anteriormente. Paraello se presiona el iconoOpen HEN Grid Diagram localizado en la barra de herramientasde la ventana HI Case: Case 1 y se desplegar la ventana titulada HI Case: Case 1 HEN

Design en el panelGrid Diagram. Presione, ahora, el iconoShow/Hide Pinch Lineslocalizado en la barra de herramientas de esta ltima ventana para desplegar la lnea que


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une a las temperaturas pinch y divide a la representacin en la seccin por encima del pinchy la seccin por debajo del pinch. Observe la Figura 4.4.

Figura 4.4. Diagrama con las corrientes, servicios y la lnea pinch

RED POR ENCIMA DEL PINCH

Instalacin del Intercambiador H1 - C1

Para la instalacin deintercambiadores , se da clic derecho sostenido en el icono Add Heat Exchanger ubicado en la barra de herramientas de la ventana HI Case: Case 1 HEN Design y se traslada el puntero del mouse hasta colocarlo sobre la corriente que se deseasea parte de un intercambio energtico, luego de esto aparecer un punto rojo lo cual indicaque la corriente ha sido seleccionada para un intercambio calrico.

Seguidamente con el clic izquierdo sostenido se traza una lnea de conexin entre el puntorojo (corriente H1) con la otra corriente (C1) que har parte del intercambio energtico.Esta accin originar la creacin de un intercambiador entre dichas corrientes y la conexinse observar como se ilustra en la Figura 4.5.

Se requiere la especificacin necesaria para que el intercambiador sea termodinmicamentesatisfactorio. Para ello se hace doble clic izquierdo en alguno de los crculos extremos querepresentan el intercambiador y se desplegar una ventana con una banda amarilla que diceUnder-specified (subespecificado).


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En este intercambiador se especifican la carga calrica que contiene la corriente H1 porencima del pinch, es decir 60 kJ/h y la temperatura de entrada de la corriente fra que es latemperatura pinch fra. Para fijar la temperatura de entrada de la corriente caliente severifica el cuadroTied por debajo de la temperatura de 180 C. La ventana deespecificaciones del intercambiador H1-C1 se ve como se muestra en la Figura 4.6.

Figura 4.6. Especificacin del intercambiador H1-C1

Con las especificaciones anteriores, el simulador hace un balance de calor a travs delintercambiador y calcula las temperaturas de salida de las corrientes caliente y fra. La


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banda verde confirma que el intercambiador se encuentra completamente especificado.Adicionalmente, la ventana de especificaciones del intercambiador H1-C1 muestra lasdiferencias de temperaturas terminales notndose que satisfacen el requerimiento de unvalor mnimo de 50 C y tambin muestra el rea de transferencia de calor requerida en elintercambiador. Si se observa el diagrama construido hasta ahora para la red se observarque sobre uno de los crculos representativos del intercambiador aparece el valor de lacarga calrica intercambiada (60 kJ/hr).

Instalacin del Intercambiador HP Steam - C2

En forma similar al procedimiento explicado anteriormente, se instala un intercambiadorque conecte a la corriente de servicio caliente HP Steam con la corriente C2. El diagramase ver como se observa en la Figura 4.7.

Figura 4.7. Instalacin del intercambiador HP Steam C2

Al hacer doble clic sobre algunos de los crculos extremos que representan al

intercambiador HP Steam - C2 se despliega su ventana de especificaciones. Se especifica latemperatura de la corrie

4. aspen energy analyzer1

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