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Questions and Answers
¿Cuál es la función principal del programa THEN?
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¿Qué tipo de análisis se debe realizar al comparar redes obtenidas?
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¿Qué información se puede obtener al apoyar el mouse sobre líneas o círculos en el diagrama de red?
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¿Qué representan las líneas rojas en el diagrama sugerido por THEN?
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¿Cuál es el objetivo de modificar los caudales (w) en THEN?
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¿Cuál de los siguientes no es un componente visual en el esquema sugerido por THEN?
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En el contexto de THEN, ¿qué significa identificar los 'loops'?
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¿Qué se debe cargar además de los datos de corrientes calientes y frías en el diagrama?
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Qué representa el término $eta$ en la ecuación de eficiencia para un intercambiador de calor?
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Qué condición se necesita para que las corrientes alcancen el punto de eficiencia unitario?
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Qué se entiende por $ ext{ΔT}_{ ext{mín}}$ en el contexto de un intercambiador de calor?
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Qué relación existe entre las temperaturas de entrada y salida en un intercambiador de calor en contracorriente?
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Qué ocurre si el $ ext{w.c}$ de la corriente caliente no es igual al de la corriente fría?
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Qué representa la variable $ ext{ε}$ en el contexto de un intercambiador de calor?
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En qué situaciones sería imposible lograr un $ ext{ΔT}_{ ext{mín}}$ de 10 ºC?
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Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el cálculo de eficiencia en un intercambiador de calor es correcta?
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Study Notes
Redes de Intercambio Térmico
- Método del Número de Unidades de Transferencia (NUT) y Método del "Pinch"
- Unidad 8, 2020
- Tecnología de la Energía Térmica
Eficiencia de un Equipo de Intercambio
- Incógnitas: Q, Ft, T2, t2, difíciles de despejar
- Balance de Energía (corriente fría, corriente caliente)+ Ecuación de Diseño + Ft.
- p = (t2 - t1) / (T1 - t1) = t real de la corriente fría / At máximo
- p' = (T1 - T2) / (T1 - t1) = t real de la corriente caliente / At máximo
- Dos casos extremos:
- p = 1 si t2 = T1
- p' = 1 si T2 = t1
- En puntos intermedios: T2 ≠ t1 y t2 ≠ T1; p ≠ p'
- Eficiencia en sentido termodinámico (no depende del tipo de equipo, sólo de T1, T2, t1 y t2)
- Eficiencia de un intercambiador como E = Q / ((w.c) mín. (T1 - t1))
- Donde: (w.c) mín = (w.c) c si (w.c) < (w.c)c ; (w.c) mín = (w.c) c si (w.c) < (w.c) c)
Con Área Infinita
- Si (w.c) = (w.c) mín, T2 = t1
- Para ambos casos Q máx = (w.c) mín. (T1 - t1)
Cálculo de T2 y t2 (Método NUT)
- Eficiencia generalizada (ε)
- ε = (w.c) (T1 - T2) / (w.c) mín (T1 - t1)
- ε = (w.c) (t2 - t1) / (w.c) mín (T1 - t1)
- Relación entre la Energía Térmica intercambiada y la máxima energía intercambiable entre las dos corrientes en un equipo en contracorriente y de área infinita (en el denominador)
- NUT = U.A / (w.c) mín (Número de Unidades de Transferencia)
- Relación entre capacidades caloríficas (R) = (w.c) mín / (w.c) máx
A partir de Balances Energéticos
- ε = f (NUT, R, Disposición de Flujos)
- NUT grande implica mayor superficie de intercambio y mayor caída de presión
- Eficiencia en flujo paralelo, contracorriente, Casco y Tubo 1:n, Casco y Tubo m:n
Simulación de Redes de Intercambio
- Red de nodos en serie
- Red de nodos en paralelo
- Red de nodos en serie con reciclado
Nomenclatura
- Tc 1;1: Temperatura de entrada de la corriente fría al nodo 1
- Tc 1;2: Temperatura de salida de la corriente fría al nodo1
- NUTi = Ui.Ai / (W.C) mín, i
- Ri = (w.c) mín / (w.c) máx
- ε = (Tci;2 - Tci;1). (w.c)c,i / (Thi;1 - Tc i;1). (w.c) mín,i
- Balance de energía: (w.c)ci (Tci;2 – Tci;1) = (w.c)hi (Thi;1 – Thi;2)
Simulación de Redes de Intercambio (Datos)
- Diagrama de la red de IC's
- Configuración de cada nodo (pasos por tubo, por coraza)
- Capacidad calorífica (w.c) de cada corriente
- Temperaturas de entrada a cada nodo
- Coeficientes U y A de cada nodo
- Eficiencias de cada nodo (Rnodo, NUTnodo)
Optimización Energética
- Maximizar la recuperación energética con costo mínimo
- Minimizar costos de inversión en equipos de intercambio, costos operativos de servicios de calentamiento y enfriamiento.
Integración Térmica de Equipos de Intercambio
- Diagrama Energía - Exergía
- ΔΕx1-2 = ΔH – T.AS ΔΕx1-2 = ∫m.cp.dT-T∫om.cp.dT/T
Integración Térmica
- Minimizar la creación de entropía
- Minimizar el uso de equipos auxiliares
Integración de Equipos
Situaciones Imposibles
- Para los puntos de la corriente fría con Q > QM, ya que Tf > Tc, contradice el segundo principio.
- Desplazamiento hasta la temperatura de pellizco (pinch)
- ATmín = 10 °C
Programa THEN
- Simulación de redes de intercambio térmico
- https://www.lsu.edu/mpri/computerprograms/then.php
Ejemplo de un Posible Ejercicio
- Caudal (w), Calor específico (C), Temperatura entrada (Tent), Temperatura salida (Tsal)
- H1 (1000 kg/h, 1 Kcal/kg.°C, 78 °C, 55 °C, 2000 Kcal/h.m2.°C
- H2, H3, ... C1, C2, ...
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Description
Este cuestionario cubre el método del Número de Unidades de Transferencia y el método del 'Pinch' en el contexto de la tecnología de energía térmica. Se abordarán conceptos clave sobre la eficiencia de equipos de intercambio y el balance de energía. Ideal para estudiantes de ingeniería que deseen profundizar en estas técnicas.
