Uso Sostenible de la Energía

Transcripción

1 Master de Investigación en Ing. Industrial (Diseño y Producción Industrial) Uso Sostenible de la Energía Integración Térmica en la Industria Departamento: Area: Ingeniería Eléctrica y Energética Máquinas y Motores Térmicos CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S Tlfn: ETSN / ETSIIT Redes de Intercambiadores de Calor 2.- Redes de I.C. con Acumulaciones Térmicas 3.- Referencias y Bibliografía 2

2 ANTECEDENTES HISTÓRICOS Años 70, crisis del petróleo Diferentes metodologías: poco comprensibles y que no siempre ofrecían buenos resultados Métodos termodinámicos: A.C. Hohmann (1971) B. Linnhoff Método Pinch Repaso a la evolución histórica del método Pinch Mínimo consumo energético Reducción del área de intercambio térmico Mínimo número de unidades Mínimo coste anual 3 Teoría General de Intercambiadores de Calor Coeficiente Global de Transmisión de Calor, k: k A 1 R i Ti Potencia Térmica, P T : P T k A LMTD ti to LMTD Ln t / t i o Intercambiador sencillo en contracorriente t 11 t i t 22 t 12 t o t t i t o 11 t 12 t 22 t 21 t 21 4

3 Teoría General de Intercambiadores de Calor Coeficiente Global de Transmisión de Calor, k: k A 1 R i Ti Potencia Térmica, P T : P T k A LMTD ti to LMTD Ln t / t i o Intercambiador sencillo en contracorriente Otras configuraciones (F) : t i P T k A F LMTD (F en gráficos) t 22 t 11 t 12 t 21 t t i t to o 11 t 12 t 5 22 t 21 Teoría General de Intercambiadores de Calor Eficacia de un Intercambiador de Calor, T : PT transferida T P máx. transferida T k A NTU C min (gráficos) Pérdidas de Rendimiento Pérdidas térmicas al exterior Ensuciamiento de las superficies de intercambio Pérdidas de Presión 6

4 Selección de un Intercambiador de Calor - Tipo - Compatibilidad de materiales - Temperaturas - Limpieza - Presiones - Precio Colocación de un Intercambiador de Calor 7 Selección de un Intercambiador de Calor - Tipo - Compatibilidad de materiales - Temperaturas - Limpieza - Presiones - Precio Colocación de un Intercambiador de Calor - Ahorro energético (cuanto mayor mejor) - Ahorro económico (estudio ahorro-inversión) - Operatividad del proceso (problema en arranque e interacción de procesos) 8

5 Al aumentar el área de intercambio, el equipo se va haciendo menos rentable t i t 11 =100ºC t 12=80ºC ti to LMTD Ln t / t i o t t i t o 11 t 12 t 22 t 21 t 22 =50ºC t 21 =0ºC t o ti LMTD to Ln(50 / 80) 63,8º C t i t 11 t 22 =75ºC t 12 =70ºC t 21 t o ti to LMTD Ln(25 / 70) 43,7º C Al aumentar la longitud, el salto térmico en el interior del intercambiador disminuye, y con ello la cantidad de calor transferida por unidad de área 9 En una planta, cuáles son las mejores uniones? - Máxima energía recuperada - Mínimo área de intercambio térmico - Menor inversión - Mayor rentabilidad Toma de datos: -Temperaturas requeridas -Necesidades térmicas -Uniones recomendadas/prohibidas L1 C1 T (ºC) Nec. Ref. (MW) C (MW/ºC) ,5 10

6 Ejemplo: 11 Representación de las Líneas Térmicas 12

7 Representación de las Curvas Compuestas 13 Temperatura de Aproximación ( T) 14

8 Temperatura de Aproximación ( T) 15 Tabla Problema L1-C1 L2-C2 L3-C3 t C t F L4-F1 L5-F2 L6-F3 Déf. Acu. Máx. Se elige T Los extremos de las Líneas Térmicas marcan las Tª Se rellenan las columnas de Tª (marcadas por LC y LF) Se rellenan las columnas de las Líneas con la C Se calcula el Déficit calórico en cada tramo de T Def. Se calcula el Acumulado del Déficit en cada tramo de T Se añade el Mayor de los acumulados a la columna Máximo Se rellena la columna Max n CF n CC n tn tn 1 Ac. n Ac. n 1 Def. n Max. n Max. 1 Ac. n 16

9 Tabla Problema T = 20ºC Servicio mínimo de calentamiento L1-C1 L2-C2 L3-C3 t C t F L4-F1 L5-F2 L6-F3 Déf. Acu. Máx , , , , , Temperaturas Pinch Servicio mínimo de refrigeración 17 Pinch Próximos t C t F Máx Near Pinch Pinch 18

10 Zona Pinch t C t F Máx Tramo Pinch 19 Pinch de Suministro L1-C1 L2-C2 L3-C3 t C t F L4-F1 L5-F2 L6-F3 Def. Ac. Max , , , , ,

11 Ej: Se dispone de calor de un motor: Agua de las camisas y gases del escape Pinch de Suministro Cal. Aux. L1-C1 L2-C2 L3-C3 t C t F L4-F1 L5-F2 L6-F3 Def. Ac. Max , , , , , SC Ej: para realizar la refrigeración se dispone de: Una enfriadora y agua fresca de un río Pinch de Suministro Cal. Aux. Ref. Aux. L1-C1 L2-C2 L3-C3 t C t F L4-F1 L5-F2 L6-F3 Def. Ac. Max , , , , , SC 190 SF 65 22

12 Pinch de Suministro L1-C1 L2-C2 L3-C3 t C t F L4-F1 L5-F2 L6-F3 Def. Ac. Max , , , , , SF 65 SC Representación de Líneas Térmicas Representación de los Servicios Auxiliares e Intercambiadores 24

13 Representación de Líneas Térmicas con Servicios Auxiliares e Intercambiadores 25 Reglas Básicas de la Tecnología Pinch 26

14 Reglas Básicas de la Tecnología Pinch No transferencia de energía de la parte superior a la inferior QI, R e H 27 Reglas Básicas de la Tecnología Pinch No transferencia de energía de la parte superior a la inferior No empleo de servicios de refrigeración sobre el Pinch QI, H 28

15 Reglas Básicas de la Tecnología Pinch No transferencia de energía de la parte superior a la inferior No empleo de servicios de refrigeración sobre el Pinch No empleo de servicios de calentamiento bajo el Pinch QI, R 29 División del Problema en dos; sobre y bajo el Pinch T = 20ºC 30

16 Adjudicar a cada parte la energía correspondiente 31 Cálculo de la Red por encima del Pinch Cálculo de la Red Pinch 1.- Capacidades Caloríficas (C C C F ) División de las Líneas Térmicas 32

17 Cálculo de la Red por encima del Pinch Cálculo de la Red Pinch 1.- Capacidades Caloríficas (C C C F ) 2.- Restricción del Nº de Líneas Térmicas (Nº L.C. Nº L.F.) 33 Cálculo de la Red por encima del Pinch Cálculo de la Red Pinch 3.- Diferencia global de Capacidades Caloríficas ( C C C F ) (I) C C (10) > C F (8) No es posible para todas las líneas 34

18 Cálculo de la Red por encima del Pinch Cálculo de la Red Pinch 3.- Diferencia global de Capacidades Caloríficas ( C C C F ) (II) C C (10) < C F (11) Sí es posible para todas las líneas dividiéndolas 35 Cálculo de las Temperaturas Intermedias Calor Interc. C 1 (tcp tcp ) tcp t CP t CP Calor Interc. C 1 t CP Calor Interc. C 2 (tfp tfp ) tfp t FP t FP Calor Interc. C 2 t FP 36

19 Red Pinch Sobre el Pinch C C C F Nº L.C. Nº L.F. C C C F 37 Cálculo de T as y de la Red Residual sobre el Pinch 38

20 NOTA: la red residual no debe introducir violaciones de T Violación de la T T < 20ºC 39 NOTA: la red residual no debe introducir violaciones de T Violación de la T T < 20ºC 28 MW Se debe permitir el paso de Q a la parte baja del Pinch 40

21 Cálculo de la Red por debajo del Pinch Cálculo de la Red Pinch 1.- Capacidades Caloríficas (C C C F ) 2.- Restricción del Nº de Líneas Térmicas (Nº L.C. Nº L.F.) 3.- Diferencia global de Capacidades Caloríficas ( C C C F ) Cálculo de las Temperaturas Intermedias Cálculo de la Red Residual bajo el Pinch 41 Unión de las dos Redes (I) 42

22 Unión de las dos Redes (II) 43 Evolución hacia un número mínimo de intercambiadores Condicionado por las temperaturas Nº mín. Int Nº total de líneas - Nº Ser. Aux (Calent. Refrig) - 1 En cada parte (sobre y bajo el Pinch) 44

23 Lazos de Carga Calorífica 45 Lazos de Carga Calorífica Eliminación de I5 redistribuyendo la carga térmica con el Lazo 46

24 Camino de Carga Calorífica 47 Camino de Carga Calorífica Restitución de la Tª. de Aprox. con un Camino de Carga Calorífica 48

25 Camino de Carga Calorífica Restitución de la Tª. de Aprox. con un Camino de Carga Calorífica 49 Si al romper un Lazo: La carga Térmica no se puede restablecer IMPOSIBLE (380 LF > 375 LC) IMPOSIBLE (intercambio negativo) 50

26 Si al romper un Lazo: La carga Térmica no se puede restablecer Se producen violaciones de la T IMPOSIBLE IMPOSIBLE Hay que recurrir a los Camino de Carga Calorífica 51 Mejoras de la Tecnología Pinch (I) 1.- División del problema Selección de líneas por proximidad física Tabla Problema total Tabla Problema en dos partes Comparación de los resultados 52

27 Mejoras de la Tecnología Pinch (II) 2.- Líneas Térmicas con Capacidad Calorífica variable Toma de datos Cálculo de las Temperaturas intermedias Cálculo de los calores intercambiados en los diferentes tramos L1 C1 T (ºC) Nec. R. (MW) C (MW/ºC) ,5 L1-F1 Tª (ºC) Nec. R (MW) Nec. Tramo (MW) C (MW/ºC) , , Mejoras de la Tecnología Pinch (III) 3.- Condensaciones y Evaporaciones L1-F1 T (ºC) Nec. R. (MW) Nec. Tramo (MW) C (MW/ºC) ,

28 Mejoras de la Tecnología Pinch (IV) 4.- Modificación de una Red Previa de Intercambiadores Eliminar los intercambiadores ya instalados Considerar fijos los intercambiadores previos Integrar los intercambiadores antiguos en el nuevo diseño o o o o o Selección de las líneas térmicas Elección de la Temperatura de Aproximación Tabla Problema División en dos, sobre y bajo el Pinch Situar a cada intercambiador previo en una parte 55 Mejoras de la Tecnología Pinch (IV) 4.- Modificación de una Red Previa de Intercambiadores Eliminar los intercambiadores ya instalados Considerar fijos los intercambiadores previos Integrar los intercambiadores antiguos en el nuevo diseño o o o o o o o o Selección de las líneas térmicas Elección de la Temperatura de Aproximación Tabla Problema División en dos, sobre y bajo el Pinch Situar a cada intercambiador previo en una parte Determinar el calor en cada línea sobre y bajo el Pinch Determinar en cada intercambiador el calor sobre y bajo el Pinch Resolver llevando los int. a una de las dos partes, calcular las dos redes, unirlas y finalmente hacerlas evolucionar 56

29 Mejoras de la Tecnología Pinch (V) 4.- Modificación de una Red Previa de Intercambiadores Ejemplo de una Planta con intercambiadores instalados 57 Mejoras de la Tecnología Pinch (V) 4.- Modificación de una Red Previa de Intercambiadores Ejemplo de una Planta con intercambiadores instalados 58

30 Mejoras de la Tecnología Pinch (VI) 4.- Modificación de una Red Previa de Intercambiadores Ejemplo de una Planta con intercambiadores instalados o División del problema sobre y bajo el Pinch 59 Mejoras de la Tecnología Pinch (VI) 4.- Modificación de una Red Previa de Intercambiadores Ejemplo de una Planta con intercambiadores instalados o Red sobre el Pinch 60

31 Mejoras de la Tecnología Pinch (VII) 4.- Modificación de una Red Previa de Intercambiadores Ejemplo de una Planta con intercambiadores instalados o Red bajo el Pinch 61 Mejoras de la Tecnología Pinch (VII) 5.- Introducción de un 2º Pinch (I) Líneas Compuestas paralelas 62

32 Mejoras de la Tecnología Pinch (VII) 5.- Introducción de un 2º Pinch (I) Líneas Compuestas paralelas o Hay que dividir la líneas hasta tener igual nº LC y LF con igual C 63 Mejoras de la Tecnología Pinch (VII) 5.- Introducción de un 2º Pinch (I) Líneas Compuestas paralelas o Hay que dividir la líneas hasta tener igual nº LC y LF con igual C o Permitir el paso de Q a través de ambos Pinch 75 MW 75 MW 64

33 Mejoras de la Tecnología Pinch (VII) 5.- Introducción de un 2º Pinch (II) Líneas Compuestas paralelas Líneas Compuestas no paralelas 65 Mejoras de la Tecnología Pinch (VII) 5.- Introducción de un 2º Pinch (II) Líneas Compuestas paralelas Líneas Compuestas no paralelas Colocar servicios auxiliares y traspaso de calor a través del Pinch 100 MW 66

34 Mejoras de la Tecnología Pinch (VII) 5.- Introducción de un 2º Pinch (II) Líneas Compuestas paralelas Líneas Compuestas no paralelas Colocar servicios auxiliares y traspaso de calor a través del Pinch División de alguna línea térmica 67 Mejoras de la Tecnología Pinch (VII) 5.- Introducción de un 2º Pinch (II) Líneas Compuestas paralelas Líneas Compuestas no paralelas Colocar servicios auxiliares y traspaso de calor a través del Pinch División de alguna línea térmica Encontrar situaciones que permitan colocar inter. en serie 68

35 Ejemplo de aplicación a una planta 69 Datosdelaplanta(I) L2-C2 T (ºC) Q (MW) Q tramo (MW) C (MW / ºC) ,5 16,2 0, ,3 10,4 0, ,9 4,9 0, L6-C6 T (ºC) Q (MW) C (MW / ºC) ,3 0, L7-C7 T (ºC) Q (MW) Q tramo (MW) C (MW / ºC) ,5 8,4 0, ,1 3,8 0, ,3 4,8 0,25263, ,5 13,5 0, L10-C10 T (ºC) Q (MW) Q tramo (MW) C (MW / ºC) ,3 7,9 0, ,4 4,4 0,

36 Datos de la planta (II) L1-F1 T (ºC) Q (MW) Q tramo (MW) C (MW / ºC) ,8 9,6 0, ,2 16,2 0, L3-F3 T (ºC) Q (MW) C (MW / ºC) ,4 0, L4-F4 T (ºC) Q (MW) Q tramo (MW) C (MW / ºC) ,7 19 0, ,7 29,3 0, ,4 8,4 0, L5-F5 T (ºC) Q (MW) C (MW / ºC) ,8 1, L8-F8 T (ºC) Q (MW) C (MW / ºC) 123 3,8 0, L9-F9 T (ºC) Q (MW) C (MW / ºC) L11-F11 T (ºC) Q (MW) C (MW / ºC) Líneas Térmicas 72

37 Líneas Térmicas Tabla Problema t C t F Acumulado Máximo ,969 Q H = 66,4 MW Q R = 22,8 MW , Líneas Térmicas Tabla Problema Distribución de Líneas Térmicas sobre y bajo el Pinch 74

38 Líneas Térmicas Tabla Problema Distribución de Líneas Térmicas sobre y bajo el Pinch 75 Líneas Térmicas 1,1 MW 2,4 MW Tabla Problema Distribución de Líneas Térmicas sobre y bajo el Pinch Red de intercambiadores sobre el Pinch 76

39 Líneas Térmicas 1,1 MW 2,4 MW Tabla Problema Distribución de Líneas Térmicas sobre y bajo el Pinch Red de intercambiadores sobre el Pinch Red de intercambiadores bajo el Pinch 77 Comprobar violaciones de T 78

40 Restablecimiento de T (I) Con el camino: 79 Restablecimiento de T (II) 160 4,1 MW 150 2,3 MW 80

41 Red Red

42 Red Redes de Intercambiadores de Calor 2.- Redes de I.C. con Acumulaciones Térmicas 3.- Referencias y Bibliografía 84

43 La recuperación de calor se ha estudiado tradicionalmente en los procesos productivos de funcionamiento continuo (las restricciones son los caudales y las T as de los fluidos), siendo la Tecnología Pinch la más empleada Con Procesos no simultáneos (Batch) se requiere la utilización de un almacenamiento térmico intermedio, ya sea de Q latente o Q sensible Esta exposición se ha centrado en los almacenamientos de Q sensible, y dentro de ellos en los de Tª cte y V variable, estudiando las forma de organizar las acumulaciones térmicas en una superestructura 85 Inicialmente quedaron al margen los procesos Batch, por tener peores rendimientos energéticos y económicos En estos procesos la diferencia de Tª en los intercambiadores es la mitad de la existente en proceso continuo 86

44 Los tipos de Ac. térmicas son: A.T. de calor latente A.T. de calor sensible con Tª variable y V = cte. T(t) Tcte con Tª = cte y V variable. V V 87 En general resulta atractivo el uso de los A.T. si ocurre al menos uno de los siguientes factores: Las necesidades térmicas son de corta duración y gran valor de pico (reduce la potencia de la máquina térmica instalada) La solicitación térmica es esporádica (se reducen los arranques de la máquina) Las cargas térmicas son periódicas (hay un ciclo de demanda; más rentable con periodos cortos) La demanda térmica no se acopla a disposición de energía Incentivos económicos por parte de las administraciones o las compañías suministradoras de energía Es necesario garantizar el suministro térmico 88

45 Los métodos para el almacenamiento de calor se resumen en: Calor Sensible Calor Latente Corto Almacenamiento Largo Almacenamiento Corto Almacenamiento Lecho de rocas Lecho de tierra Tanques de Agua Lecho de rocas Lecho de tierra Tanques de agua Grandes acuíferos Parque solar Materiales Inorgánicos Materiales Orgánicos Ácidos grasos Aromáticos E En los sistemas de Q sensible la energía se almacena cambiando la Tª del medio de almacenamiento almacenada J (T final T inicial ) V c p En los sistemas de Q latente la energía se almacena mediante el cambio de fase de la materia acumuladora C Latente C Sensible f(c p ) 89 El proceso que se sigue en los AET se puede esquematizar: Carga Descarga La manera más inmediata de almacenar calor/frío es con agua En almac. fríos el Tª no pude exceder los 15ºC; en los calientes está sobre 70ºC. El ratio de V de una ac. fría /caliente es (70 / 15) 4,7 Los volúmenes de los tanques de agua caliente son razonables, y por eso han sido ampliamente utilizados (p.ej. district heating) El gran volumen que conllevan los almac. fríos ha forzado al desarrollo de diferentes tipos de acumulaciones de frío 90

46 Sistemas Térmicamente Estratificados Tecnologías de los AET Tanques con Membrana Sistemas Baffle Otros diseños de AET de agua Tanques en Serie Sistemas de Laberintos Sistemas de Tanques Vacíos Sistemas de Cambio de Fase 91 Sistemas Térmicamente Estratificados Tecnologías de los AET Tanques con Membrana Sistemas Baffle Otros diseños de AET de agua Tanques en Serie Sistemas de Laberintos Sistemas de Tanques Vacíos Sistemas de Cambio de Fase 92

49 Sistemas Térmicamente Estratificados Tecnologías de los AET Tanques con Membrana Sistemas Baffle Otros diseños de AET de agua Tanques en Serie Sistemas de Laberintos Sistemas de Tanques Vacíos Sistemas de Cambio de Fase (PCM) 97 Los modos de operación de un tanque de AET son: Producción directa Carga del Tanque Descarga del Tanque Carga y Producción directa Descarga y Producción directa 98

50 La recuperación energética se puede llevar a cabo: AET de calor latente AET de calor sensible (Tª variable y V = cte) AET de calor sensible (Tª = cte y V = variable) Fluido caliente (FC) Fluido frío (FF) Tª salida del tanque caliente 100ºC Tª salida del tanque frío 25ºC Tª de entrada al tanque frío 50ºC Tª de entrada al tanque caliente 75ºC Capacidad calorífica, C 40 kw/ºc Capacidad calorífica, C 40 kw/ºc Calor excedentario de la línea kw Calor deficitario de la línea kw Tiempo de carga 100 seg Tiempo de descarga 100 seg 99 AET de Q latente: Empleo de PMC (Phase Change Materials) 100

51 AET de Q latente: Empleo de PMC (Phase Change Materials) 101 AET de Q sensible (V cte y T var.) 102

52 AET de Q sensible (T cte y V var.) 103 Resultados: Diferentes potencias de almac. y rango de T as Tipo de calor Latente T var, Vol cte Sensible Tcte,Volvar Potencia térmica almac. (kw) Area del inter. (m 2 ) Vol. Almac. (m 3 ) Pot. auxiliar R. y C. (kw) ,9 0, ,3 0, ,6 (x2) 0,53 (x2) (75-50) 47,2 0, (75-50) 140,5 1, (70-55) 45,12 1, (75-50) 40 0,95 (x2) (75-50) 71,51 1,33 (x2) (70-55) 40,54 1,59 (x2)

53 Resultados: Diferentes potencias de almac. y rango de T as Latente Sensible Tipo de calor T var, Vol cte Potencia térmica almac. (kw) Area del inter. (m 2 ) Vol. Almac. (m 3 ) Pot. auxiliar R. y C. (kw) ,9 0, ,3 0, ,6 (x2) 0,53 (x2) (75-50) 47,2 0, (75-50) 140,5 1, (70-55) 45,12 1, (75-50) 40 0,95 (x2) Tcte,Volvar (75-50) 71,51 1,33 (x2) (70-55) 40,54 1,59 (x2) Situación Almac. Latente Situación Almac. Sensible 105 Esquema de un sistema de almac. de calor sensible a Tª cte y V variable con dos tanques de ac. en un proceso Batch Q Q ac. ac. m c T T p fluido ac. almac caliente almac frío m c T T p línea ent linea inter sal linea inter 106

54 Esquema de un sistema de almac. de calor sensible a Tª cte y V variable con dos tanques de ac. en un proceso Batch Q Q ac. ac. m c T T p fluido ac. almac caliente almac frío m c T T p línea ent linea inter sal linea inter El calor excedentario de la línea caliente se transfiere al almac. a través de un intercambiador instalado en contracorriente con un flujo del fluido acumulador, que es enviado desde el almac. frío al caliente. 107 Esquema de un sistema de almac. de calor sensible a Tª cte y V variable con dos tanques de ac. en un proceso Batch Q Q ac. ac. m c T T p fluido ac. almac caliente almac frío m c T T p línea ent linea inter sal linea inter El calor excedentario de la línea caliente se transfiere al almac. a través de un intercambiador instalado en contracorriente con un flujo del fluido acumulador, que es enviado desde el almac. frío al caliente. Cuando es la línea fría la que requiere calor, la situación es inversa, es el fluido acumulador el que se envía del almac. caliente, a través de otro intercambiador, en el que en contracorriente, calienta el fluido frío 108

55 Líneas Posibles ac. Ac. seleccionadas 109 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos. Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Relajación del flujo Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 110

56 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Permite optimizar los aspectos económicos del sistema Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Relajación del flujo Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 111 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Se utiliza siempre que el Q cedido por la LC al almac. sea distinto al que absorbe de él la LF, un déficit energético en un almac. Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Relajación del flujo Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 112

57 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Especificar el T mín que haga rentable una inversión Mezcla de diferentes almacenamientos Relajación del flujo Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 113 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Se realiza para temperaturas intermedias Relajación del flujo Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 114

58 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Se realiza para temperaturas intermedias Relajación del flujo Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 115 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Relajación del flujo Conexiones de un proceso a dos almac. Conexiones de un proceso a otros que no sean cercanos Almacenamiento de las corrientes en cascada Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 116

59 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Relajación del flujo Conexiones de un proceso a dos almac. Conexiones de un proceso a otros que no sean cercanos Almacenamiento de las corrientes en cascada Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 117 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Relajación del flujo Conexiones de un proceso a dos almac. Conexiones de un proceso a otros que no sean cercanos Almacenamiento de las corrientes en cascada Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos 118

60 Técnicas de optimización: Ajuste fino de las Tª de almacenamiento Incorporación de ser. Aux. para reequilibrio de los almacenamientos térmicos Ajuste de las temperaturas inferiores de procesos integrados Mezcla de diferentes almacenamientos Relajación del flujo Relajación de la temperatura fija en los almacenamientos Implica equipos de control más sofisticados 119 Superestruturas: Para sistemas con gran nº de líneas y de almacenamientos Las más utilizadas son de 2 ac. y de 3 ac. Cuando se trata de estudiar grandes sistemas térmicos, los métodos de optimización que se utilizan de forma habitual son muy tediosos de aplicar Las superestructuras comprenden todas las configuraciones posibles que puedan ser estudiadas. Las dos posibilidades más interesantes que éstas han de incluir para optimizar su funcionamiento son: los reequilibrios y la cascada 120

61 Superestructura de 2 almacenamientos 121 Superestructura de 3 almacenamientos 122

62 Superestructura de 3 almacenamientos 123 Reequilibrio y Cascada en una superestructura 124

63 Reequilibrio y Cascada en una superestructura 125 Reequilibrio y Cascada en una superestructura 126

64 Reequilibrio y Cascada en una superestructura 127 Acoplamiento de Bombas de Calor a Superestructuras Puede conducir a un gran ahorro energético debido al aprovechamiento simultáneo del calor que se desprende en el condensador y del absorbido por el evaporador Cambia la definición del COP: COP BC SpEst Q condensador W Q compresor evaporador Rendimiento doble que el conseguido con el uso habitual de una B.C. 128

65 Bombas de Calor en Superestructuras de 3 Alm. 129 Bombas de Calor en Superestructuras de 3 Alm. 130

66 Bombas de Calor en Superestructuras de 3 Alm. 131 Bombas de Calor en Superestructuras de 3 Alm. La B.C. reversible mejora el diseño 132

67 2LCy2LF LF1 LF2 LC1 LC2 Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Caso 9 Caso 10 Caso 11 Caso 12 Caso 13 Caso 14 Caso 15 Caso Caso de Ej: 134

68 Caso de Ej: sólo 6 / 16 casos135 Caso de Ej: Resuelto por Tecnología Pinch LC2 LC1 TC TF LF1 LF2 Déficit (kw) Acumulado (kw) Máximo (kw) , , , ,5 40, , ,5 40, ,5 40,

69 Caso de Ej: Resuelto por Tecnología Pinch LC2 LC1 TC TF LF1 LF2 Déficit (kw) Acumulado (kw) Máximo (kw) , , , ,5 40, , ,5 40, ,5 40, Caso de Ej: Resuelto por Tecnología Pinch Considerando el Caso 2 LC2 LC1 TC TF LF1 LF2 Déficit (kw) Acumulado (kw) Máximo (kw) Los servicios auxiliares de 95 calentamiento 85 14,5 en el caso , kw son 14,5 mayores que estudiando Tecnología Pinch no lo resuelve ,5 40, la red globalmente! ,5 40, ( ) kw ,5 40,

70 Caso de Ej: Método de Análisis Resuelto Caso a Caso 139 Caso de Ej: Método de Análisis Resuelto Caso a Caso Calcular el calor que se puede transferir de un Caso al Siguiente en función del tamaño de las Ac. 140

71 Caso de Ej: Método de Análisis Resuelto Caso a Caso 141 Caso de Ej: Método de Análisis Resuelto Caso a Caso 142

72 Caso de Ej: Método de Análisis Resuelto Caso a Caso 143 Caso de Ej: Método de Análisis Resultados 144

73 Caso de Ej: Método de Análisis Resultados 145 Caso de Ej: Método de Análisis Resultados 146

74 Caso de Ej: Método de Análisis Resultados 147 Caso de Ej: Método de Análisis Resultado 148

75 1.- Redes de Intercambiadores de Calor 2.- Redes de I.C. con Acumulaciones Térmicas 3.- Referencias y Bibliografía Referencias y Bibliografía Tecnología Pinch para el Diseño de Redes de Intercambiadores (I) Principios, Reglas Básicas, Suministros, C.J. Renedo, P. Fernández, mayo 2003 (II): Cálculo de la Red por Encima del Pinch, C.J.Renedo,P. Fernández, junio 2003 (III): Cálculo de la Red por Debajo del Pinch, Unión de las dos Redes y Optimización, C.J. Renedo, P. Fernández, julio 2003 (IV): Pinch Próximos y Selección de Líneas Térmicas, C.J. Renedo, P. Fernández, D. Silió, J. Peredo, septiembre 2003 (V): Mejora de una Red Instalada de Intercambiadores de Calor, C.J. Renedo, P. Fernández, D. Silió, octubre 2003 (VI): Líneas Térmicas con Capacidad Calorífica Variable, C.J. Renedo, P. Fernández, D. Silió, noviembre

76 3. Referencias y Bibliografía Recuperación Energética Mediante Almacenamiento Térmico en Procesos Batch, C.J. Renedo, J. Peredo, A. Ortiz, noviembre 2004 Almac. Térmicos de Calor Sensible en los Procesos Batch: Principios Básicos, C.J. Renedo, J. Peredo, A. Ortiz, mayo 2006 Técnicas de optimización y superestructuras, C.J. Renedo, J. Peredo, A. Ortiz, junio 2006 Integración de la Bomba de Calor en las Superestructuras de Almac. Térmico, J. Peredo, C.J. Renedo y A. Ortiz, mayo 2007 Empleo de Almacenamientos Térmicos en Redes Industriales de de Intercambiadores de Calor para Recuperación Energética, J. Peredo, C.J. Renedo, A. Ortiz, M. Mañana, Ingeniería Química Uruguay, mayo Referencias y Bibliografía 152

77 3. Referencias y Bibliografía Referencias y Bibliografía 154

81 161 Master de Investigación en Ingeniería Industrial (Diseño y Producción Industrial) Uso Sostenible de la Energía Integración Térmica en la Industria Departamento: Area: Ingeniería Eléctrica y Energética Máquinas y Motores Térmicos CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S Tlfn: ETSN / ETSIIT