390577594-Sistemas-de-cogeneracion-jimenez-cap-9-10-y-11

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PROBLEMA 9.1
Lee, Masso y Rudd (Ind. And Eng. Chem. Fund., 9,48,1970) usaron el método de Brach y Bound para generar redes optimas de intercambiadores de calor.
Resuelva los problemas 5SP1 y 6SP1 mostrados abajo usando el método del diagrama de contenido de calor. Compare sus resultados con los óptimos reportados por Lee et al. De 38,278 $/año (para el problema 6SP1) y 35,108 $/año (para el problema 6SP1).
	Corriente
	Flujo, lb/hr
	Tent, ºF
	Tsal, ºF
	Cp, Btu/lbºF
	1
	27,000
	100
	400
	0.8
	2
	42,000
	480
	250
	0.75
	3
	35,000
	150
	360
	0.7
	4
	36,000
	400
	150
	0.7
	5
	38,000
	200
	400
	0.65
Problema 5SP1.
Problema 6SP1.
	Corriente
	Flujo, lb/hr
	Tent, ºF
	Tsal, ºF
	Cp, Btu/lbºF
	1
	20,000
	100
	430
	0.80
	2
	40,000
	440
	150
	0.70
	3
	36,000
	180
	350
	0.91
	4
	35,000
	520
	300
	0.68
	5
	31,000
	200
	400
	0.85
	6
	42,000
	390
	150
	0.80
Datos de diseño.
Presión de vapor 450 psia
Temperatura de agua de enfriamiento 100 ºF
Temperatura maxima de salida del agua de enfriamiento 180 ºF
Diferencias minimas de temperatura
 Intercambiadores de calor 20ºF
 Calentadores 25ºF
 Enfriadores 20ºF
Coeficientes globales de transferencia de calor
 Intercambiadores de calor 150 Btu/hr ft2 ºF
 Calentadores 200 Btu/hr ft2 ºF
 Enfriadores 150 Btu/hr ft2 ºF
Tiempo de reparación del equipo 380 hr/año
 Costo de intercambiadores 350 A0.6 (A en ft2)
 Costo de agua de enfriamiento 5 x 10-5 $/lb
Solución:
Problema 5SP1
 
	Intercambiador
	Area, ft2
	Costo
	Vapor, lb/año
	Agua, lb/año
	Costo de servicio,$/año
	1
	0.930308842
	335.1539433
	0
	0
	 
	2
	3.027319815
	680.3040031
	0
	0
	 
	Calentador 1
	20
	2111.961718
	0.004438352
	0
	4.43835E-06
	Calentador 2
	4.5
	862.9697105
	0.014607111
	0
	1.46071E-05
	
	CE
	6102.351093
	 
	Cs
	2.23321E-05
	
	Costo de operación
	610.2351115
	$/año
Problema 5SP1
PROBLEMA 9.2
Considere las siguientes corrientes: 
	Corriente
	T ent, °F
	Tsal ,°F
	WCp , kW/°F
	h1
	600
	500
	80
	C1
	450
	590
	110
	C2
	300
	400
	50
= 10ºF
Use el método heurístico basado en el diagrama de contenido de calor para encontrar una red de intercambiadores de calor que maximise la recuperación de energía.
Solución:
I. Ajuste de la temperatura mínima.
	Corriente
	Tent, ºF
	Tsal, ºF
	WCpBtu/hr°F
	h1
	600
	500
	80
	C1
	460
	600
	110
	C2
	310
	410
	50
II. Ordenar de mayor a menos las temperaturas ajustadas.
Intervalo de T
	T1 = 600
	T2 = 500
	T3 = 460
	T4 = 410
	T5 = 310
	
 600-500
 500-400
 400-410
 410-310
	T Entrada T Salida
	600 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- T2
	500 ------- T6
	450 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- T1
	590 ------- T4
	300 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------T5
	400 ------ T3
III. Grafica de las corrientes de acuerdo a su temperatura modificada.
IV. Balance Entalpico.
= (80)-110(600-500) = -3000 kW
=-110(500-460) = -4400 kW
= -50(460-410) = -2500 kW
= -50(410-310) = -5000 kW
V. Cascada de calor 
 Regla heurística
T1 = 600 ºF Q1 = 0 kW
 = -3000 kW
T2 = 500 ºF Q2 = 0 kW - 3000 kW = -3000 kW
 = -4400 kW
T3 = 460 ºF Q3 = -3000kW + (-4400) kW = -7400 kW
 = -2500 kW
T4 = 410 ºF Q4 = -7400 kW +(-2500) kW = -9900 kW
 = -5000 kW
T5 = 310 ºF Q5 = -9900kW + (-5000 kW) = -14900 kW
Qh = Cantidad mínima de calentamiento
Qh = -14900 kW
Qc = Cantidad mínima de enfriamiento
T1 = 600 ºF Q1 = -14900 kW
 = -3000 kW
T2 = 500 ºF Q2 = 14900W +(-3000)kW = 11900 kW
 = -4400 kW
T3 = 460 ºF Q3 = 11900kW + (-4400)kW = 7500 kW
 = -25000 kW
T4 = 410 ºF Q4 = 7500 kW + (-2500) kW = 5000 kW
 = -5000 kW
T5 = 310 ºF Q5 = 5000 kW + (-5000kW) = 0 kW
Qc = 0 kW 
Con respecto a las temperaturas originales el punto de pliegue para la corriente caliente es 310 ºF y para la corriente fría es 300 ºF siguiendo las reglas heurísticas cuando mi punto de pliegue sea en la última zona se toma el anterior en este caso será 410 para las calientes y para las frías 400°F.
VI. Grafica de corriente de problema de diseño ubicada con respecto al punto de pliegue.
 
El número mínimo de unidades que se requiere para cada lado de la red se estima con la siguiente formula:
UMIN = Número mínimo de intercambiadores
Nc = Numero de corrientes involucradas
NS= Numero de servicios
Para la zona de arriba del punto de pliegue o zona de calentamiento.
Para la zona abajo del punto de pliegue o zona de enfriamiento.
Se debe elegir el intercambiador adecuado siempre y cuando se aplica:
VII. Generar cascada de calor.
Arriba del punto de pliegue
Qh1 =80 Kw/ºF (600-410)ºC = 15200 kW
Qc2= 110 kw/ºF (590-400)ºC = 20900 kw
Qc3=50 kw/ºF (300-400)ºC = 5000 kw
 
3 y 1
Abajo del punto de pliegue
Qc1 =80 Kw/ºF(500-410)ºF = 7200 kW
Qc2 =110Kw/ºF (450-400)ºF = 5500 kW
Qf1 = 10 kw/ºF(400-400)ºF = 0 kw
Corriente
F2-Q1
VIII. Red de intercambiador. 
PROBLEMA 9.9
Se tiene dos corrientes calientes y dos corrientes frias que necesitan procesamiento, de acuerdo a la información proporcionada en la siguiente tabla.
Usando un valor de ∆Tmin de 10°C.
· Estime los requerimientos mínimos de servicios.
· Reporte el punto de pliegue para cada tipo de corriente.
· Diseñe una red de intercambiadores de calor que consuma la mínima cantidad de servicio.
	
Solución:
I. Ajuste de la temperatura mínima.
	Corriente
	T ent, °C
	Tsal ,°C
	WCp , kW/°C
	H1
	175
	50
	10
	H2
	120
	
65
	40
	C1
C2
	30
50
	175
130
	20
15
Ordenar mayor a menor la temperaturas ajustadas.
 Intervalo de T. 
	T1 = 175
	
T2 = 130
	
T3 = 120
	
T4 = 65
	
T5 = 50
T6=30
	
250 – 220 
 
175-130
 
 
130-120
 
 120-65
 
65-50
 
50-30
	
	T Entrada T Salida
	175 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- T2
	130 ------- T6
	120 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- T1
	65 ------- T4
	65 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------T5
	50 ------ T3
50--------------------------------------------------------------------------------------------------------------T7
30------T8
II. Grafica de las corrientes de acuerdo a su temperatura modifica.
III. Balance Entalpico.
= (10-20)*(175-130) = -450 kW
= (10-(20+15)*(130-120) = -250 kW
= (10+40) –(20+15)*(120-65) = 825 kW
= (10)-(20+15)(65-50) = -375 kW
= -20*(50-30) = -400 kW
IV. Cascada de calor 
Regla heurística
T1 = 175 ºC Q1 = 0 kW
 = -450 kW
T2 = 130 ºC Q2 = 0 kW -450 kW = -450 kW
 = -250 kW
T3 = 120 ºC Q3 = -450+(-250) kW = -700 kW
 = 825 kW
T4 = 65ºC Q4 = -700 kW + 825kW = 125 kW
 = -375Kw
T5 = 50 ºC Q5 = 125 kW + (-375 kW) = -250 kW
 = -400 kW
T6 = 30 ºC Q6 = -250 kW + (-400 kW )= -650 kW
Qh = Cantidad mínima de calentamiento
Qh= -700 kW
Qc = Cantidad mínima de enfriamiento
T1 = 175 ºC Q1 = 700 kW
 = -450 kW
T2 = 130 ºC Q2 = 700 kW + (-450 )kW = 250kW
 = -250 kW
T3 = 120 ºC Q3 = 250 kW + (-250 )kW = 825 kW
 = 825 kW
T4 = 65 ºC Q4 = 0 kW + 825 kW = 0+825 kW
 = -375 kW
T5 = 50 ºC Q5 = 825 kW + (-375 kW) = -400 kW
 = 70 kW
T2 = 30 ºC Q6 = 450 kW + (-400 kW) = 50 kW
Qc = 50 kW 
Con respecto a las temperaturas originales el punto de pliegue para la corriente caliente es 120 ºC y para la corriente fría es 110 ºC.
V. Grafica de corriente de problema de diseño ubicada con respecto al punto de pliegue.
El número mínimo de unidades que se requiere para cada lado de la red se estima con la siguiente formula:
UMIN = Numero mínimo de intercambiadores
Nc = Numero de corrientes involucradas
NS= Numero de servicios
Para la zona de arriba del punto de pliegue o zona de calentamiento.
Para la zona abajo del punto de pliegue o zona de enfriamiento.
Se debe elegir el intercambiador adecuado siempre y cuando se aplica:
VI. Generar cascada de calor.
Arriba del punto de pliegue
QH1 =10 Kw/ºC (175-120)ºC = 550 kW
QH2= 40 kw/ºC (120-120)ºC = 0 kw
QC3 =20 Kw/ºC (165-110)ºC = 1100 kW
QC4= 15 kw/ºC (120-110)ºC = 150 kw
1Y 3
QH1 =10 Kw/ºC (120-50)ºC = 700 kW
QH2= 40 kw/ºC (120-65)ºC = 2200 kw
QC3 =20 Kw/ºC (120-50)ºC = 700 kW
QC4= 15 kw/ºC (120-65)ºC = 2200 kw
PROBLEMA 9.10
Para las corrientes que se especifican en seguida, se han detectado que para un valor de , el punto de pliegue para las corrientes calientes es de 140°F. 
	Corriente
	T ent, °F
	T sal, °F
	WCpx103,Btu/hr°F
	1
	250
	120
	2
	2
	200
	100
	8
	3
	130
	190
	12
· Diseñe una red de intercambiadores de calor que consuma la mínima cantidad de servicios. 
· Indique cuáles son esas cantidades mínimas de calentamiento y de enfriamiento.
· Justifique porque la red diseñada consume la mínima cantidad de servicios.
1.- Ordenar mayor a menor la temperaturas ajustadas.
	T1 = 250
	T2 = 210
	T3 = 200
	T4 = 200
	T5 = 140
	
600-500
500-400
 
400-410
410-310
	
T Entrada T Salida
	600 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- T2
	500 ------- T6
	450 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- T1
	590 ------- T4
	300 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------T5
	400 ------ T3
2.- Grafica de las corrientes de acuerdo a su temperatura modifica.
3.- Balance Entalpico.
= (80)-110(600-500) = -3000 kW
=-110(500-460) = -4400 kW
= -50(460-410) = -2500 kW
= -50(410-310) = -5000 kW
4.- Cascada de calor 
Regla heurística
T1 = 600 ºF Q1 = 0 kW
 = -3000 kW
T2 = 500 ºF Q2 = 0 kW - 3000 kW = -3000 kW
 = -4400 kW
T3 = 460 ºF Q3 = -3000kW + (-4400) kW = -7400 kW
 = -2500 kW
T4 = 410 ºF Q4 = -7400 kW +(-2500) kW = -9900 kW
 = -5000 kW
T5 = 310 ºF Q5 = -9900kW + (-5000 kW) = -14900 kW
Qh = Cantidad mínima de calentamiento
Qh = -14900 kW
Qc = Cantidad mínima de enfriamiento
T1 = 600 ºF Q1 = -14900 kW
 = -3000 kW
T2 = 500 ºF Q2 = 14900W +(-3000)kW = 11900 kW
 = -4400 kW
T3 = 460 ºF Q3 = 11900kW + (-4400)kW = 7500 kW
 = -25000 kW
T4 = 410 ºF Q4 = 7500 kW + (-2500) kW = 5000 kW
 = -5000 kW
T5 = 310 ºF Q5 = 5000 kW + (-5000kW) = 0 kW
Qc = 0 kW 
Con respecto a las temperaturas originales el punto de pliegue para la corriente caliente es 310 ºf y para la corriente fría es 300 ºf siguiendo las reglas heurísticas cuando mi punto de pliegue sea en la última zona se toma el anterior en este caso será 410 para las calientes y para las frías 400f.
5.- Grafica de corriente de problema de diseño ubicada con respecto al punto de pliegue.
6.- El número mínimo de unidades que se requiere para cada lado de la red se estima con la siguiente formula
UMIN = Numero mínimo de intercambiadores
Nc = Numero de corrientes involucradas
NS= Numero de servicios
Para la zona de arriba del punto de pliegue o zona de calentamiento.
Para la zona abajo del punto de pliegue o zona de enfriamiento.
	
Se debe elegir el intercambiador adecuado siempre y cuando se aplica.
7.- Generar cascada de calor.
Arriba del punto de pliegue
Qh1 =80 Kw/ºF (600-410)ºC = 15200 kW
Qc2= 110 kw/ºF (590-400)ºC = 20900 kw
Qc3=50 kw/ºF (300-400)ºC = 5000 kw
 
3 y 1
Abajo del punto de pliegue
Qc1 =80 Kw/ºF(500-410)ºF = 7200 kW
Qc2 =110Kw/ºF (450-400)ºF = 5500 kW
Qf1 = 10 kw/ºF(400-400)ºF = 0 kw
Corriente
F2-Q1
8.- Red de intercambiador. 
PROBLEMA 9.11
Considere los siguientes datos para tres corrientes que desean usarse para integrar entre ellas.
	CORRIENTE
	T Ent °F
	T Sal °F
	WCp, Btu/Hr°F
	1
	200
	100
	De 200 a 150 °F:1x104
	
	
	
	De 150 a 100 °F:2x104
	2
	100
	100
	0.5x104
	3
	150
	150
	4.0x104
· Identifique el punto de pliegue suponiendo una Reporte el valor para cada tipo de corriente.
· Identifique cual es la mínima cantidad de servicios que requiere cualquier red de intercambiadores de calor.
· Diseñe una red de intercambiadores que consuma la mínima cantidad de servicios.
Solución:
1.- Ajustar las temperaturas de las corrientes frías sumando a cada una de ellas la ∆T mínima, permaneciendo inalteradas las Corrientes calientes.
	CORRIENTE
	TENT °C
	 T SAL °C
	H1 1
	175
	50
	H2 2
	120
	65
	C1 3
	30
	175
	 C2 4 
	50
	130
2.- Ordenar las temperaturas de mayor a menor 
TENT (°F) TSAL (°F)
175………………………….T1
 50………………….Duplicada
120………………………….T3
 65.…………………..T4
30………………………….T6
 175……………………Duplicada
50.…………………………..T5
 130……………………T2
3.- Ordenando tenemos lo siguiente 	 Intervalo de Temperatura 
T1:175 175 - 130
T2:130 130 - 120
T3:120 120 - 65
T4:65 65 - 50
T5:50 50 - 30
T6:30 
4.- Calculo de W=wcp calcular el flujo 
W1= 10 Kcal/ Hr
W2= 40 Kcal/Hr
W3= 20 Kcal/Hr
W4= 15 Kcal/Hr
5.- Graficar las Corrientes (4) de acuerdo a su Temperatura Modificada
175 ………………………………………………………..
	∆H1
130 …………………………………………………………
	∆H2
120 .…………………………………………………………..
	∆H3
65 ……………………………………………………………
	∆H4
50 ……………………………………………………………
	∆H5
30 …..............................................................................
 10 40 20 15 
6.- Balance entalpíco
∆H1=((10-20) (175-130)) = -450 Kcal/hr
∆H2=(10-(20+15) x (130-120)) = -250 Kcal/Hr
∆H3=((10+40)-(20+15) x (120-65)) = 825 Kcal/hr
∆H4=(10-(20+15)x (65-50)) = -375 Kcal/Hr
∆H5=(20)x (50-30)) = 400 Kcal/hr
7.- Cascada de calor
Regla euristica con Q=0
Por lo tanto Qi+1=Qi+∆HiQ
T1=175°C ……………………………….0
∆H= -450 Kcal/Hr
T2=130°C ……………………………… -450 Kcal/Hr
∆H= -250 Kcal/Hr
T3=120°C……………………………… -700 Kcal/Hr
∆H= 825 Kcal/Hr
T4= 65°C…………………………….. 125 Kcal/Hr
∆H= -375 Kcal/Hr
T5=50 °C ……………………………… -250 Kcal/Hr	
∆H= 400 Kcal/Hr
T6=30 °C ……………………………… 150 Kcal/Hr
Al dato de mayor valor aunque tenga signo (-) se le conoce como cantidad minima de calentamiento QH Qh= 700 Btu/Hr
8.- Cantidad minima de enfriamiento (Qc)
Regla euristica Qh=Qi
 
 Q
T1=175°C ……………………………….700
∆H= -450 Kcal/Hr
T2=130°C ……………………………… 250 Kcal/Hr
∆H= -250 Kcal/Hr
T3=120°C……………………………… 0 Kcal/Hr
∆H= 825 Kcal/Hr
T4= 65°C…………………………….. 825 Kcal/Hr
∆H= -375 Kcal/Hr
T5=50 °C ……………………………… 450 Kcal/Hr	
∆H= 400 Kcal/Hr
T6=30 °C ……………………………… 850 Kcal/Hr
POR TANTO Qc= 825 Kcal/hr
9.- El número mínimo de unidades que se requiere para cada lado de la red se estima con la siguiente ecuación:
Umin= Nc + Ns-1
Donde: 
Umin: Numero de intercambiadores
Nc: Numero de corrientes involucradas
Ns: Nuero de Servicios 
1. Para la zona de arriba del punto de quiebre o zona de calentamiento 
Umin= 4 + 1= 4
1. Para la zona bajo de punto de quiebre o zona de enfriamiento 
Umin= 2 + 1 – 1 = 2
10.- Carga térmica del primer enfriador 
Q=∆T x wcp
Q= (10)x(120-65)= 550 Kcal/Hr
1. Carga Térmica del segundo enfriador 
Q2= wcp x ∆T 
Q2=(40) x (120-65)= 275 Kcal/Hr
11.- Por arriba del punto de pliegue se tiene 2 Corrientes Calientes y 2 Corrientes frías por lo tanto existen 2 posibilidades para comenzar el diseño de la red
1. 1-4 y 2-3
1. 1-3 y 2-4
Nota: Para elegir el intercambiador adecuado se deben cumplir con el siguiente criterio wcp frías ≥ wcp calientes 
1-3 = 20 > 10
2-4 = 40> 15
12.- se genera la cascada de calor 
Calcular Q= wcp x ∆T para cada una de las corrientes
Qc1= (10) (175-30) = 360 Kcl/Hr
Qc2= (40) (150-20) = 180 Kcl/Hr
Qf1= (20) (20-165) = 2160 Kcal/Hr
Qf2= (15) (15-120) = 700 Kcal/Hr 
Cascada de calor 
PROBLEMA 10.1
Zamora y Grossmann (Computers Chem, Engng., 21, Suppl., S65-S70, 1997) usaron un algoritmo de optimizacion global 
	Corriente
	T ent, ºC
	Tsal ,ºC
	WCp , kW/ºK
	h, kW/m2*C
	H1
	180
	75
	30
	0.15
	H2
	240
	60
	40
	0.10
	C1
C2
Agua
Vapor
	40
120
25
325
	230
300
40
325
	35
20
	0.20
0.10
0.50
2.00
Costo de intercambiadores y enfriadores ($/año)= 15,000 + 30 A0.8, A en m2
Costo de calentadores ($/año)= 15,000 + 60 A0.8, A en m2
Costo de agua de enfriamiento = 10 $/kW año
Costo de vapor de calentamiento= 110 $/kW año
· Diseñe una red de intercambiadores de calor con minimo consumo de energia usando un valor de incremento de ∆Tmín entre 5 y 10°C. Compare el costo con el optimo reportado por Zamora y Grossmann de 419.98x103 $/año.
· Realice una preoptimización de ∆Tmin usando la formula Bath para la prediccion del area requerida. Compare el valor optimo predicho de ∆Tmin con el usado en laparte (a).
· Diseñe la red al valor obtenido en el inciso (b) y compare el resultado con el optimo reportado.
Usando un algoritmo de optimización global para resolver el siguiente problema:
Tabla 1: Datos del problema.
	Corriente
	Ten  °C
	Tsal °C
	WCp Kw/°C
	h,Kw/m2°C
	C1
	180
	75
	30
	0.15
	C2
	240
	60
	40
	0.1
	F1
	40
	230
	35
	0.2
	F2
	120
	300
	20
	0.1
I. Tmin.= 5 y 10 °C
	Corriente
	Toriginal
	Tsal
	Tajustada
	Orden 
	1
	180
	 
	170
	T3
	 
	 
	75
	65
	T5
	2
	240
	 
	230
	T2
	 
	 
	60
	50
	T6
	3
	40
	 
	40
	T7
	 
	 
	230
	230
	duplicada
	4
	120
	 
	120
	T4
	 
	 
	300
	300
	T1
Ordenando las temperaturas de mayor a menor:
	T1
	300
	°C
	T2
	230
	°C
	T3
	170
	°C
	T4
	120
	°C
	T5
	65
	°C
	T6
	50
	°C
	T7
	40
	°C
	
II. Como el problema ya nos da los valores de W procedemos a graficar las corrientes de acuerdo a su temperatura modificada.
	C1
	
	C2
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	30
	180
	
	40
	170
	30
	75
	
	40
	50
	
	
	
	
	
	F1
	
	F2
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	35
	40
	
	20
	120
	35
	230
	
	20
	300
III. Cálculo del balance entálpico:
Fórmula:
	H1
	700
	Kw/hr
	H2
	-1500
	Kw/hr
	H3
	750
	Kw/hr
	H4
	3850
	Kw/hr
IV. Cascada de calor:
Por regla heurística el concepto es calor Q1=𝟇
Fórmula: 
Resultados: 
	
	
	
	Q
	
	T1
	300
	°C
	0
	Q1
	dH1
	700
	Kw/hr
	 
	 
	T2
	230
	°C
	700
	Q2
	dH2
	-1500
	Kw/hr
	 
	 
	T3
	170
	°C
	-800
	Q3
	dH3
	750
	Kw/hr
	 
	 
	T4
	120
	°C
	-50
	Q4
	dH4
	3850
	Kw/hr
	 
	 
	T5
	65
	°C
	3800
	Q5
V. Cantidad mínima de calentamiento
	Qh
	3800
	Kw/hr
VI. Cantidad mínima de enfriamiento y el punto de pliegue
Donde Qh=Q1
	
	
	
	Q
	
	T1
	300
	°C
	3800
	Q1
	dH1
	700
	Kw/hr
	 
	 
	T2
	230
	°C
	4500
	Q2
	dH2
	-1500
	Kw/hr
	 
	 
	T3
	170
	°C
	3000
	Q3
	dH3
	750
	Kw/hr
	 
	 
	T4
	120
	°C
	3750
	Q4
	dH4
	3850
	Kw/hr
	 
	 
	T5
	65
	°C
	7600
	Q5
	Qc
	7600
	Kw/hr
	P.P.C
	170
	°C
	P.P.F
	120
	°C
 Número mínimo de intercambiadores 
Fórmula: 
VII. Para la zona arriba del punto de pliegue o zona de calentamiento.
	
	Nc
	4
	
	
	
	
	Ns
	1
	
	
	
	
	Umin.
	4
	
	
	
VIII. Para la zona por abajo del punto de pliegue o zona de enfriamiento.
	
	Nc
	2
	
	
	
	
	Ns
	1
	
	
	
	
	Umin.
	2
	
	
	
· Carga térmica del primer enfriador. 
	Q1
	2100
	Kw/hr
· Carga térmica del segundo enfriador.
	Q2
	2800
	Kw/hr
· Consumo mínimo de enfriamiento.120
	Q1+Q2
	4900
	Kw/hr
65
300
I
1
2
3
C
I
170
4
120
65
E
40
230
120
300
H
IX. Área de la red
Fórmula: 
	A
	97.5
	m2
PROBLEMA 10.4
Los siguientes datos se aplican a una planta de aromáticos (linnof y ahmad,computers chem engng ,14,7,729-750,1990). A partir de los cuales se quiere diseñar una red de intercambiadores de calor.
	Corriente
	T ent,C
	T sal,C
	Wcp,kW/K
	h,kW/m2-k
	H1
	327
	40
	100
	0.50
	H2
	220
	160
	180
	0.40
	H3
	220
	60
	60
	0.14
	H4
	160
	45
	400
	0.30
	C1
	100
	300
	100
	0.35
	C2
	35
	164
	70
	0.70
	C3
	85
	138
	350
	0.50
	C4
	60
	170
	60
	0.14
	C5
	140
	300
	200
	0.60
	Aceite
	330
	250
	
	0.50
	Agua
	15
	30
	
	0.50
Costo de intercambiadores (s) = 10,000 350A, con A en m2
Vida de la planta=5años 
Costo de aceite=60 S/kW año
Costo de agua=6S/kw año
Diseñe una red de intercambiadores a un valor selecto de ∆min y compare con la solución reportada de linnhoff ahmad que tiene un costo de 2.96*10^6 s/año. Compare las predicciones obtenidas con los resultados del diseño de la red.
· ∆min de 10 K, se modificaron las corrientes calientes.
	
	Valor selecto
	
	dTmin
	10
	°C
	Corriente
	T ent, °C
	Tsal, °C
	Wcp, MW/°C
	H1
	317
	30
	100
	H2
	210
	150
	180
	H3
	220
	50
	60
	H4
	150
	35
	400
	C1
	100
	300
	100
	C2
	35
	164
	70
	C3
	85
	138
	350
	C4
	60
	170
	60
	C5
	140
	300
	200
Ordenar las temperaturas de mayor a menor
	T
	317
	
	T1
	317
	T
	30
	
	T2
	300
	T
	210
	
	T3
	220
	T
	150
	
	T4
	210
	T
	220
	
	T5
	170
	T
	50
	
	T6
	164
	T
	150
	
	T7
	150
	T
	35
	
	T8
	140
	T
	100
	
	T9
	138
	T
	300
	
	T10
	85
	T
	35
	
	T11
	60
	T
	164
	
	T12
	50
	T
	85
	
	T13
	35
	T
	138
	
	T14
	30
	T
	60
	
	
	
	T
	170
	
	
	
	Corriente
	T Original
	 
	T Mod
	 
	H1
	327
	 
	317
	 
	 
	 
	40
	 
	30
	H2
	220
	 
	210
	 
	 
	 
	160
	 
	150
	H3
	220
	 
	220
	 
	 
	 
	60
	 
	50
	H4
	160
	 
	150
	 
	 
	 
	 
	 
	35
	C1
	100
	 
	100
	 
	 
	 
	300
	 
	300
	C2
	35
	 
	35
	 
	 
	 
	164
	 
	164
	C3
	85
	 
	85
	 
	 
	 
	138
	 
	138
	C4
	60
	 
	60
	 
	 
	 
	170
	 
	170
	C5
	140
	 
	140
	 
I. Graficar las corrientes de acuerdo a la temperatura modificada
	H1
	
	H2
	
	H4
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	100
	327
	
	180
	210
	
	400
	150
	100
	40
	
	180
	150
	
	400
	35
	
	
	
	
	
	
	
	
	H3
	
	C1
	
	
	
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	
	
	
	60
	220
	
	100
	100
	
	
	
	60
	60
	
	100
	300
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	C2
	
	C3
	
	
	
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	
	
	
	70
	35
	
	350
	85
	
	
	
	70
	164
	
	350
	138
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	C4
	
	C5
	
	
	
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	
	
	
	60
	60
	
	200
	140
	
	
	
	60
	170
	
	200
	40
	
	
	
Balance de entalpia
	H1
	-6460
	BTU/hr
	H2
	-19200
	BTU/hr
	H3
	-5500
	BTU/hr
	H4
	-20400
	BTU/hr
	H5
	-2280
	BTU/hr
	H6
	-7280
	BTU/hrH7
	-1400
	BTU/hr
	H8
	340
	BTU/hr
	H9
	6890
	BTU/hr
	H10
	-1000
	BTU/hr
	H11
	-400
	BTU/hr
	H12
	-1950
	BTU/hr
	H13
	-2700
	BTU/hr
II. Cascada de calor
	Q1
	0
	BTU/hr
	Q2
	-6460
	BTU/hr
	Q3
	-25660
	BTU/hr
	Q4
	-31160
	BTU/hr
	Q5
	-51560
	BTU/hr
	Q6
	-53840
	BTU/hr
	Q7
	-61120
	BTU/hr
	Q8
	-62520
	BTU/hr
	Q9
	-62180
	BTU/hr
	Q10
	-55290
	BTU/hr
	Q11
	-56290
	BTU/hr
III. Cantidad minima de calentamiento
	Qh
	62520
	BTU/hr
IV. Cantidad mínima de enfriamiento
	Q1
	62520
	Q2
	56060
	Q3
	36860
	Q4
	31360
	Q5
	10960
	Q6
	8680
	Q7
	1400
	Q8
	0
	Q9
	340
	Q10
	7230
	Q11
	6230
	Qc
	56060
	BTU/hr
problema 10.11
Se desea diseñar una red de intercambiadores de calor para el siguiente caso (colberg y morari Computers chem engng 14, 1,1-22,1990)
	Corriente
	T ent,K
	T sal, K
	WCp, kW/K
	h.kW/m2
	HI
	393
	343
	4
	2.0
	H2
	405
	288
	6
	0.2
	C1
	293
	493
	5
	2.0
	C2
	353
	383
	10
	0.2
	Vapor
	520
	520
	
	2.0
	agua
	278
	288
	
	2.0
· para una ∆min de 10 k, obtenga la predicción de energía y áreas para cualquier red a partir del diagrama de curvas compuestas.
· diseñe una red de intercambiadores que consuma la mínima cantidad de servicios y compare los requerimientos de área con los predichos por la formula Bath.
I. ∆min de 10 K, se modificaron las corrientes calientes.
	Corriente
	Ten  °C
	Tsal °C
	WCp BTU/hr°F
	H1
	383
	333
	4
	H2
	395
	278
	6
	C1
	293
	493
	5
	C2
	353
	383
	10
Ordenar las temperaturas de mayor a menor
	
	
	T1
	493
	
	
	Intervalo de T
	T2
	395
	
	
	493-395
	T3
	383
	
	
	395-383
	T4
	353
	
	
	383-353
	T5
	333
	
	
	353-333
	T6
	293
	
	
	333-293
	T7
	278
	
	
	293-278
	Corriente
	T original
	Tmodificada
	
	H1
	393
	 
	383
	 
	T3
	 
	 
	343
	 
	333
	T4
	H2
	405
	 
	395
	 
	T2
	 
	 
	288
	 
	278
	T5
	C1
	293
	 
	293
	 
	Duplicada
	 
	 
	493
	 
	493
	T1
	C2
	353
	 
	353
	 
	Duplicada
	 
	 
	383
	 
	383
	duplicada
	T1
	493
	
	T1
	493
	Duplicada
	383
	
	T2
	405
	T2
	405
	
	T3
	393
	T3
	393
	
	T4
	343
	T4
	343
	
	T5
	288
	Duplicada
	293
	
	
	
	T5
	288
	
	
	
	Duplicada
	353
	
	
	
Graficar las corrientes de acuerdo a la temperatura modificada
|
	H1
	
	H2
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	4
	393
	
	6
	395
	4
	343
	
	6
	278
	
	
	
	
	
	C1
	
	C2
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	5
	293
	
	10
	353
	5
	493
	
	10
	383
	
	
	
	
	
Balance entalpico
	H1
	-528
	BTU/hr
	H2
	-132
	BTU/hr
	H3
	-250
	BTU/hr
	H4
	550
	BTU/hr
Cascada de calor
	Q1
	0
	BTU/hr
	Qh=Q1=No hay fuente de calor externa
	Q2
	-528
	BTU/hr
	
	
	
	Q3
	-660
	BTU/hr
	
	
	
	Q4
	-910
	BTU/hr
	
	
	
	Q5
	-360
	BTU/hr
	
	
	
	Cantidad mínima de calentamiento
	
	
	
	
	
	
	
	Qh
	910
	BTU/hr
	
	
	
	
	
	
	
	Cantidad mínima de enfriamiento
	
	
	
	
	
	
	
	Q1
	910
	BTU/hr
	Q1=Hh
	
	Q2
	382
	BTU/hr
	Qi+1=Qi+Hi
	
	Q3
	250
	BTU/hr
	
	
	Q4
	0
	BTU/hr
	PUNTO DE PLIEGUE
	Q5
	550
	BTU/hr
	
	
	
	
	
	
	
	Qc
	550
	BTU/hr
	
	
	
	
	
	
	
	P.P.C
	353
	°F
	
	
	P.P.F
	343
	°F
	
	
Número mínimo de intercambiadores
	Por arriba del punto
	 
	Umin
	4
	Nc
	4
	Ns
	1
	
	
	Por abajo del punto
	 
	Umin
	2
	Nc
	2
	Ns
	1
Carga térmica
Q1=Wcp*∆T
	Qc1
	200
	btu/hr
	Qh1
	400
	btu/hr
	Qc2
	520
	btu/hr
	Qh2
	132
	btu/hr
 
Área
Suponiendo que el coeficiente de película es constante para todas las corrientes
	Coeficiente de película
	 
	400
	BTU/h*ft2°F
	LMTD=∆T1-∆T2/Ln ∆T1/∆T2
	 
	 
	
	LMTD
	312.57355
	
	
	LMTD
	378.404705
	
	
	LMTD
	441.112453
	
	
	LMTD
	378.404705
	
	
	A1
	0.00159962
	ft2
	A2
	0.00343548
	ft2
	A3
	0.002267
	ft2
	A4
	0.00087208
	ft2
TOTAL 
	0.00817418
	ft2
· PROBLEMA 10.13
La siguiente tabla describe las características de siete corrientes de proceso que quieren usarse para integrar energía. 
	Corriente
	T ent,K
	T sal, K
	WCp, kW/K
	h,kW/m2
	H1
	626
	586
	9.602
	1.25
	H2
	620
	519
	2.931
	0.05
	H3
	528
	353
	6.161
	3.20
	C1
	497
	613
	7.179
	0.65
	C2
	389
	576
	0.641
	0.25
	C3
	326
	386
	7.627
	0.33
	C4
	313
	566
	1.690
	3.20
	Vapor
	650
	650
	
	3.50
	agua
	293
	308
	
	3.50
Use un valor de ∆min de 20 k y obtenga las predicciones de área y energía parta este problema. Diseñe la red y corrobore las predicciones hechas.
∆min de 20 K, se modificaron las corrientes calientes.
	Corriente
	T ent, °C
	Tsal, °C
	Wcp, MW/°C
	H1
	606
	566
	9.602
	H2
	600
	499
	2.931
	H3
	528
	353
	6.161
	C1
	497
	613
	7.179
	C2
	389
	576
	0.641
	C3
	326
	386
	7.627
	C4
	313
	566
	1.69
	
Ordenar las temperaturas de mayor a menor
	Corriente
	T original
	 
	T Mod
	 
	H1
	626
	 
	606
	 
	 
	 
	586
	 
	566
	H2
	620
	 
	600
	 
	 
	 
	519
	 
	499
	H3
	528
	 
	528
	 
	 
	 
	353
	 
	353
	C1
	497
	 
	497
	 
	 
	 
	613
	 
	613
	C2
	389
	 
	389
	 
	 
	 
	576
	 
	576
	C3
	326
	 
	326
	 
	 
	 
	386
	 
	386
	C4
	313
	 
	313
	 
	 
	 
	566
	 
	566
	T
	606
	
	T1
	613
	
	DT1
	7
	T
	566
	
	T2
	606
	
	DT2
	6
	T
	600
	
	T3
	600
	
	DT3
	24
	T
	499
	
	T4
	576
	
	DT4
	10
	T
	528
	
	T5
	566
	
	DT5
	38
	T
	353
	
	T6
	528
	
	DT6
	29
	T
	497
	
	T7
	499
	
	DT7
	2
	T
	613
	
	T8
	497
	
	DT8
	108
	T
	389
	
	T9
	389
	
	DT9
	3
	T
	576
	
	T10
	386
	
	DT10
	33
	T
	326
	
	T11
	353
	
	DT11
	27
	T
	386
	
	T12
	326
	
	DT12
	13
	T
	313
	
	T13
	313
	
	
	 
	T
	566
	
	
	
	
	
	
Graficar las corrientes de acuerdo a la temperatura modificada.
	
	
	
	
	
	
	
	
	H1
	
	H2
	
	C4
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	9.602
	626
	
	2.931
	600
	
	1.69
	313
	9.602
	586
	
	2.931
	499
	
	1.69
	566
	
	
	
	
	
	
	
	
	H3
	
	C1
	
	
	
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	
	
	
	6.161
	528
	
	7.179
	497
	
	
	
	6.161
	353
	
	7.179
	613
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	C2
	
	C3
	
	
	
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	
	
	
	0.641
	389
	
	7.627
	326
	
	
	
	0.641
	576
	
	7.627
	386
	
	
	
Balance entalpico
	H1
	-2.492
	Btu/hr
	H2
	-54.552
	Btu/hr
	H3
	-211.368
	Btu/hr
	H4
	-8.95
	Btu/hr
	H5
	-156.218
	Btu/hr
	H6
	134.125
	Btu/hr
	H7
	9.962
	Btu/hr
	H8
	507.168
	Btu/hr
	H9
	-9.648
	Btu/hr
	H10
	605.154
	Btu/hr
	H11
	495.126
	Btu/hr
	H12
	41.808
	Btu/hr
Cascada de calor
	Q1
	0
	Btu/hr
	Q2
	-2.492
	Btu/hr
	Q3
	-57.044
	Btu/hr
	Q4
	-268.412
	Btu/hr
	Q5
	-277.362
	Btu/hr
	Q6
	-433.58
	Btu/hr
	Q7
	-299.455
	Btu/hr
	Q8
	-289.493
	Btu/hr
	Q9
	217.675
	Btu/hr
	Q10
	208.027
	Btu/hr
	Q11
	813.181
	Btu/hr
CANTIDAD MINIMA DE CALENTAMIENTO
	Qh
	813.181
	Btu/hr
CANTIDAD MINIMA DE ENFRIAMIENTO
	Q1
	813.181
	Btu/hr
	Q2
	810.689
	Btu/hr
	Q3
	756.137
	Btu/hr
	Q4
	544.769
	Btu/hr
	Q5
	535.819
	Btu/hr
	Q6
	379.601
	Btu/hr
	Q7
	513.726
	Btu/hr
	Q8
	523.688
	Btu/hr
	Q9
	1030.856
	Btu/hr
	Q10
	1021.208
	Btu/hr
	Q11
	1626.362
	Btu/hr
	Qc
	1626.362
	BTU/hr
problema 10.15
Trivi O´Neill, roach y Wood (computers Chem, Engeng. 14,6,601-611,1990) proponen el siguiente problema de cuatro corrientes.
Tabla 1: Datos del problema.
	Corriente
	Ten  °C
	Tsal °C
	WCp Kw/hr°K
	C1
	170
	60
	3
	C2
	150
	30
	1.5
	F1
	20
	135
	2
	F2
	80
	140
	4
	∆Tmin
	10
	°C
	 
suponiendo que se tiene vapor disponible a 200°c y agua de enfriamiento a 15 °c, estime el área necesaria para una red de intercabio de calor. Diseñe la red y compare resultados. Suponga un valor para el coeficiente global de transferencia de calor de 100 kW/m2 °c para todos los intercambios. Suponga un valor de ∆Tmin de 10°c
	Corriente
	Toriginal
	Tsal
	Tajustada
	Orden 
	1
	170
	 
	160
	T1
	 
	 
	60
	50
	T5
	2
	150
	 
	140
	T2
	 
	 
	30
	20
	T6
	3
	20
	 
	20
	duplicada 
	 
	 
	135
	135
	T3
	4
	80
	 
	80
	T4
	 
	 
	140
	140
	duplicada
Ordenando las temperaturas de mayor a menor:
	dTmin.
	10
	°C
	
	
	
	T1
	160
	°C
	T2
	140
	°C
	T3
	135
	°C
	T4
	80
	°C
	T5
	50
	°C
	T6
	20
	°C
	
Como el problema ya nos da los valores de W procedemos a graficar las corrientes de acuerdo a su temperatura modificada.
	C1
	
	C2
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	3
	170
	
	1.5
	135
	3
	60
	
	1.5
	20
	
	
	
	
	
	F1
	
	F2
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	2
	20
	
	4
	80
	2
	135
	
	4
	140
1. Cálculo del balance entálpico:
Fórmula:
	dH1
	-20
	Kw/hr
	dH2
	-15
	Kw/hr
	dH3
	-82.5
	Kw/hr
	dH4
	135Kw/hr
1. Cascada de calor:
Por regla heurística el concepto es calor Q1=𝟇
Fórmula: 
Resultados: 
	
	
	
	Q
	
	T1
	160
	°C
	0
	Q1
	dH1
	-20
	Kw/hr
	 
	 
	T2
	140
	°C
	-20
	Q2
	dH2
	-15
	Kw/hr
	 
	 
	T3
	135
	°C
	-35
	Q3
	dH3
	-82.5
	Kw/hr
	 
	 
	T4
	80
	°C
	-117.5
	Q4
	dH4
	135
	Kw/hr
	 
	 
	T5
	50
	°C
	17.5
	Q5
Cantidad mínima de calentamiento:
	Qh
	117.5
	Kw/hr
1. Cantidad mínima de enfriamiento y el punto de pliegue:
Donde Qh=Q1
	
	
	
	Q
	
	T1
	160
	°C
	117.5
	Q1
	dH1
	-20
	Kw/hr
	 
	 
	T2
	140
	°C
	97.5
	Q2
	dH2
	-15
	Kw/hr
	 
	 
	T3
	135
	°C
	82.5
	Q3
	dH3
	-82.5
	Kw/hr
	 
	 
	T4
	80
	°C
	0
	Q4
	dH4
	135
	Kw/hr
	 
	 
	T5
	50
	°C
	135
	Q5
	
	
	
	
	
	Qc
	135
	Kw/hr
	
	
	P.P.C
	135
	°C
	P.P.F
	80
	°C
1. Número mínimo de intercambiadores 
Fórmula: 
	1. Para la zona arriba del punto de pliegue o zona de calentamiento.
	
	Nc
	4
	
	
	
	
	Ns
	1
	
	
	
	
	Umin.
	4
	
	
	
	1. Para la zona por abajo del punto de pliegue o zona de enfriamiento.
	
	Nc
	2
	
	
	
	
	Ns
	1
	
	
	
	
	Umin.
	2
	
	
	
1. Carga térmica del primer enfriador. 
	Q1
	60
	Kw/hr
1. Carga térmica del segundo enfriador.
	Q2
	30
	Kw/hr
1. Consumo mínimo de enfriamiento.
	Q1+Q2
	90
	Kw/hr
80
160
I
1
2
3
C
H
I
4
50
E
50
135
80
135
20
140
80
Área de la red: 
Fórmula: 
	A
	0.4325
	m2
· Problema 11.1
a) Considere la red que opera de acuerdo con la información que se proporciona en la figura. Se desea hacer un diagnóstico de esa red y proponer alguna información que mejore su eficiencia, en caso de que esto sea posible.
b) Estime el consumo de energía de la red bajo su esquema de operación actual.
c) Estime el consumo mínimo de energía que tendría esa red usando una de 10 °C, que es la mínima diferencia de temperaturas que se observa en la red existente. Indique cual es el potencial de ahorro de energía que tiene esa red (p.e. cuanta es la cantidad de energía que puede ahorrarse).
d) Proponga un cambio en el diseño de la red que mejore la eficiencia de recuperación de energía. Reporte los detalles técnicos de esa modificación.
e) En base a los costos de equipo y de energía que se esperan, estime el tiempo de recuperación de capital que se tendría al implementar esa modificación.
Inversión de equipo:
Costo de vapor:
Donde MW = mega watts.
Todas las temperaturas están dadas en °C.
Datos de las corrientes
	Tabla 1: Datos del problema
	
	
	
	
	
	
	
	Corriente
	T ent, °C
	Tsal, °C
	Wcp, KW/°C
	h, W/m2*°C
	C1
	150
	75
	100
	500
	C2
	250
	80
	50
	400
	F1
	80
	140
	70
	300
	F2
	65
	270
	40
	200
	∆Tmin
	10
	°C
	
	Tabla 2: Temperaturas modificadas
	Corriente
	T ent, °C
	Tsal, °C
	Wcp, MW/°C
	Solo se modifican las frias
	C1
	150
	75
	100
	
	C2
	250
	80
	50
	
	F1
	90
	150
	70
	
	F2
	75
	280
	40
	T + ∆Tmin
	
	
	
	
	
	Tabla 4: Lista de mayor a menor de las temperaturas
	Corriente
	T original
	
	Tmodificada
	
	C1
	150
	
	150
	
	
	
	75
	
	75
	C2
	250
	
	250
	
	
	
	80
	
	80
	F1
	80
	
	90
	
	
	
	140
	
	150
	F2
	65
	
	75
	
	
	
	270
	
	280
	
	
	
	
	
	T1
	280
	°C
	
	
	T2
	250
	°C
	
	
	T3
	150
	°C
	
	
	T4
	90
	°C
	
	
	T5
	80
	°C
	
	
	T6
	75
	°C
	
	
	∆T1
	30
	°C
	∆T2
	100
	°C
	∆T3
	60
	°C
	∆T4
	10
	°C
	∆T5
	5
	°C
Tabla 5: Balance de entalpia
	H1
	1500
	KW
	H2
	15000
	KW
	H3
	4800
	KW
	H4
	400
	KW
	H5
	400
	KW
Tabla 6: Cascada de calor
	Q1
	0
	KW
	Qh=Q1=No hay fuente de calor externa
	Q2
	1500
	KW
	
	
	
	Q3
	16500
	KW
	
	
	
	Q4
	21300
	KW
	
	
	
	Q5
	21700
	KW
	
	
	
	Q6
	22100
	KW
	
	
	
	Cantidad minima de calentamiento
	
	
	
	Qh
	22100
	BTU/hr
	Cantidad minima de enfriamiento
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Q1
	22100
	MW
	Q1=Hh
	
	T1
	280
	°C
	Q2
	23600
	MW
	Qi+1=Qi+Hi
	
	T2
	250
	°C
	Q3
	15000
	MW
	
	
	T3
	150
	°C
	Q4
	0
	MW
	PUNTO DE PLIEGUE
	T4
	90
	°C
	Q5
	400
	MW
	
	
	T5
	80
	°C
	Q6
	22500
	MW
	
	
	T6
	75
	°C
	Qc
	23600
	MW
	
	
	
	P.P.C
	90
	°F
	P.P.F
	80
	°F
	Numero mínimo de intercambiadores
	
	
	
	Por arriba del punto
	
	Umin
	3
	
	Nc
	3
	
	Ns
	1
	
	
	
	
	Por abajo del punto
	
	Umin
	4
	
	Nc
	4
	
	Ns
	1
	
	Tabla 9: Cascada de calor corregida
	Q1
	6000
	MW
	Q2
	8000
	MW
	Q3
	4200
	MW
	Q4
	7600
	MW
	
	
	
	Q1-Q3
	1800
	MW
	
	
	
	
	
	
	
	dTC1
	18
	°C
	TCC1
	132
	°C
	Tabla 10: Tabla de costos
	
	Tent, °C
	Tsal, °C
	MLDT
	Area,m2
	costo
	Costo serv
	Conexión 1
	150
	132
	34.9237175
	1718030.16
	149662597
	
	enfriador 1
	132
	75
	
	1000000
	95512258.6
	60000000
	enfriador 2
	250
	80
	
	500000
	53734125.6
	85000000
	Calentador 1
	65
	270
	
	400000
	44651520.6
	902000000
	U
	100
	W/m2 °C
	
	
	343560502
	1047000000
	F.CALIENTE
	 
	F. FRIO
	DIF
	
	
	150
	alta temp.
	132
	18
	DTh
	
	
	140
	baja temp.
	80
	60
	DTc
	
	
	10
	diferencia
	52
	-42
	DT2-DT1
	
	
	T2-T1
	
	t2-t1
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Costo total
	1390560502
	USD
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
· Problema 11.2
La siguiente red forma parte de un proceso industrial.
A continuación, se dan las propiedades de las corrientes involucradas en la red.
	corriente
	WCp, kW/C
	h,kW/cm2
	h1
	10
	0.2
	h2
	40
	0.2
	c1
	20
	0.2
	c2
	15
	0.2
Los valores de las áreas de los equipos instalados son:
	Intercambiador
	Área (m2)
	H1
	267
	1
	359
	2
	256
	C1
	217
A) Demuestre que para una ∆min de 10=c la carga mínima de calentamiento es de 300Kw.
B) Compare los requerimientos energéticos mínimos con los reales y en caso de haber diferencia proponga los cambios que puedan mejorar la eficiencia de la red. De ser posible, proponga una red revisada que consuma la mínima cantidad de energía.
C) Calcule los requerimientos mínimos de área proceso y compárelos con el respectivo valor de área instalada, ¿Cuál es la eficiencia de uso de área en la red original? ¿Cuánto mejora este valor en la red revisada?
D) Estime el tiempo de recuperación de la capital suponiendo que los costos de inversión adicional y de servicios pueden calcularse mediante las siguientes expresiones:
Inversión adicional –a más b (área)c
Donde a-30,800; b-750 y c -0.83 con área en m2
Costo de servicios=d (servicio de calentamiento)-e (servicio de enfriamiento)
Donde d=110 y e=10 s kW año
1) ∆min de 10 K, se modificaron las corrientes calientes.
	Corriente
	Ten  °C
	Tsal °C
	WCp BTU/hr°F
	H1
	174
	45
	10
	H2
	125
	65
	40
	C1
	20
	155
	20
	C2
	40
	112
	15
QUEDANDO DE ESTA FORMA:
	Corriente
	Ten  °C
	Tsal °C
	WCp BTU/hr°F
	C1
	154
	25
	10
	C2
	105
	45
	40
	F1
	20
	155
	20
	F2
	40
	112
	15
2) Ordenar las temperaturas de mayor a menor
	Corriente
	T original
	T Mod
	C1
	174
	
	154
	
	
	
	45
	
	25
	C2
	125
	
	105
	
	
	
	65
	
	45
	F1
	20
	
	20
	
	
	
	155
	
	155
	F2
	40
	
	40
	
	
	
	112
	
	112
	T1
	155
	Duplicada
	154
	T2
	112
	T3
	105
	T4
	45
	Duplicada
	40
	T5
	25
	Duplicada
	20
3) Graficar las corrientes de acuerdo con la temperatura modificada.
	H1
	
	H2
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	10
	174
	
	40
	105
	10
	45
	
	40
	45
	
	
	
	
	
	C1
	
	C2
	wCp
	T
	
	wCp
	T
	20
	20
	
	15
	40
	20
	155
	
	15
	112
4) BALANCE ENTALPICO
 
	H1
	-215
	BTU/hr
	H2
	-175
	BTU/hr
	H3
	900
	BTU/hr
	H4
	1000
	BTU/hr
5) CASCADA DE CALOR
 
	Q1
	0
	BTU/hr
	Q2
	-215
	BTU/hr
	Q3
	-390
	BTU/hr
	Q4
	510
	BTU/hr
	Q5
	1510
	BTU/hr
Cantidad mínima de calentamiento
	Qh
	-510
	BTU/hr
Cantidad mínima de enfriamiento
	Q1
	-510
	BTU/hr
	Q1=Hh
	
	Q2
	-725
	BTU/hr
	Qi+1=Qi+Hi
	
	Q3
	-900
	BTU/hr
	
	
	Q4
	0
	BTU/hr
	PUNTO DE PLIEGUE
	Q5
	1000
	BTU/hr
	
	
	Qc
	1000
	BTU/hr
· Problema 11.6
Considerar el siguiente problema de una red existente que involucra tres corrientes calientes y tres frías.
Los flujos caloríficos de cada corriente y las áreas instaladas en la red se indican en las siguientes tablas.
El costo de vapor es de 80 $/KW año, y el agua de enfriamiento es de 20 $/KW año.
	Tabla 1 Datos del problema
	
	
	
	
	
	
	
	Corriente
	T ent, °C
	Tsal, °C
	Wcp, KW/°C
	Q
	C1
	500
	350
	10
	1500
	C2
	450
	350
	12
	1200
	C3
	400
	320
	8
	640
	F1
	300
	480
	9
	1620
	F2
	340
	420
	10
	800
	F3340
	400
	8
	480
	Agua
	300
	320
	 
	 
	Vapor
	540
	540
	 
	 
	
	
	
	
	
	DTmin
	10
	°C
	
	
	Tabla 2: Temperaturas modificadas
	
	
	
	Corriente
	T ent, °C
	Tsal, °C
	Wcp, KW/°C
	Q
	C1
	500
	350
	10
	1500
	C2
	450
	350
	12
	1200
	C3
	400
	320
	8
	640
	F1
	310
	490
	9
	1620
	F2
	350
	430
	10
	800
	F3
	350
	410
	8
	480
	Tabla 3: Lista de mayor a menor de las temperaturas
	
	
	
	
	
	
	Corriente
	T original
	
	Tmodificada
	
	C1
	500
	
	500
	
	
	
	350
	
	350
	C2
	450
	
	450
	
	
	
	350
	
	350
	C3
	400
	
	400
	
	
	
	320
	
	320
	F1
	300
	
	310
	
	
	
	480
	
	490
	F2
	340
	
	350
	
	
	
	420
	
	430
	F3
	340
	
	350
	
	
	
	400
	
	410
	T1
	500
	°C
	
	DT1
	10
	°C
	T2
	490
	°C
	
	DT2
	40
	°C
	T3
	450
	°C
	
	DT3
	20
	°C
	T4
	430
	°C
	
	DT4
	20
	°C
	T5
	410
	°C
	
	DT5
	10
	°C
	T6
	400
	°C
	
	DT6
	50
	°C
	T7
	350
	°C
	
	DT7
	30
	°C
	T8
	320
	°C
	
	DT8
	10
	°C
	T9
	310
	°C
	
	
	
	
C1 C2 C3 F1 F2 F3
500
490
450
430
410
400
350
320
310
	Tabla 4: Balance de entalpia
	
	
	
	H1
	100
	kW
	H2
	40
	kW
	H3
	260
	kW
	H4
	60
	kW
	H5
	-50
	kW
	H6
	150
	kW
	H7
	-30
	kW
	H8
	-90
	kW
	Tabla 5: Cascada de calor
	
	
	
	Q1
	0
	kW
	Q2
	100
	kW
	Q3
	140
	kW
	Q4
	400
	kW
	Q5
	460
	kW
	Q6
	410
	kW
	Q7
	560
	kW
	Q8
	530
	kW
	Q9
	440
	kW
	Tabla 6: Cantidad mínima de calentamiento
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Qh
	560
	kW
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Tabla 7: Cantidad mínima de enfriamiento
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Q1
	560
	kW
	
	T1
	500
	°C
	Q2
	660
	kW
	
	T2
	490
	°C
	Q3
	700
	kW
	
	T3
	450
	°C
	Q4
	960
	kW
	
	T4
	430
	°C
	Q5
	0
	kW
	
	T5
	410
	°C
	Q6
	50
	kW
	
	T6
	400
	°C
	Q7
	200
	kW
	
	T7
	350
	°C
	Q8
	170
	kW
	
	T8
	320
	°C
	Q9
	80
	kW
	
	T9
	310
	°C
	Qc
	660
	kW
	
	
	
	
	
	
	
	P.P.C
	420
	°F
	
	
	P.P.F
	410
	°F
	
	
	
	
	
	
	
	Consumo real de calentamiento
	360
	KW
	Consumo real de enfriamiento
	796
	KW
	
	
	
	
	
	Ahorro potencial de calentamiento
	-200
	KW
	Ahorro potencial de enfriamiento
	136
	KW
	
	
	
	
	
	Q1
	800
	KW
	
	
	Q2
	360
	KW
	
	
	Q3
	160
	KW
	
	
	Q4
	1080
	KW
	
	
	Q5
	800
	KW
	
	
	Q6
	640
	KW
	
	
	Q1-Q5
	0
	KW
	
	
	
	Q6-Q3
	480
	KW
	
	Q6remanente
	
	
	
	dT
	20
	°C
	Tusar
	360
	°C
	Tabla 8: Tabla de areas
	
	
	
	
	Tent, °C
	Tsal, °C
	MLDT
	Area,m2
	Conexión 1
	500
	350
	111,4822007
	35,897
	
	340
	420
	
	
	Conexión 2
	400
	360
	28,88633126
	47,852
	
	340
	360
	
	
	enfriador 1
	450
	350
	
	4,9874
	calentador 1
	300
	480
	
	10,689
	calentador 2
	360
	400
	
	15,463
	F.CALIENTE
	 
	F. FRIO
	DIF
	
	500
	alta temp.
	350
	150
	DTh
	420
	baja temp.
	340
	80
	DTc
	80
	diferencia
	10
	70
	DT2-DT1
	T2-T1
	
	t2-t1
	
	
	F.CALIENTE
	 
	F. FRIO
	DIF
	
	400
	alta temp.
	360
	40
	DTh
	360
	baja temp.
	340
	20
	DTc
	40
	diferencia
	20
	20
	DT2-DT1
	T2-T1
	
	t2-t1
	
	
C1	
30	30	180	75	C2	
40	40	170	50	F1	
35	35	40	230	F2	
20	20	120	300	
H1	
100	100	327	40	H2	
180	180	210	150	H3	
60	60	220	60	C1	
100	100	100	300	C2	
70	70	35	164	C3	
350	350	85	138	C4	
60	60	60	170	H4	
400	400	150	35	C5+'Hoja1 (3)'!$P$27:$P$34	
200	200	140	40	C1	
9500	9500	250	100	C2	
8400	84	00	160	80	F1	
10000	10000	110	200	F2	
9000	9000	110	230	
C1	
9500	9500	250	100	C2	
8400	8400	160	80	F1	
10000	10000	110	200	F2	
9000	9000	110	230	H1	
4	4	393	343	C1	
5	5	293	493	H2	
6	6	395	278	C2	
10	10	353	383	
H1	
9.6020000000000003	9.6020000000000003	626	586	H2	
2.9309999999999987	2.9309999999999987	600	499	H3	
6.160999999999996	6.160999999999996	528	353	C1	
7.1790000000000003	7.1790000000000003	497	613	C2	
0.64100000000000046	0.64100000000000046	389	576	C3	
7.6269999999999962	7.6269999999999962	326	386	C4	
1.6900000000000008	1.6900000000000008	313	566	C1	
9500	9500	250	100	C2	
8400	8400	160	80	F1	
10000	10000	110	200	F2	
9000	9000	110	230	
C1	
3	3	170	60	C2	
1.5	1.5	135	20	F1	
2	2	20	135	F2	
4	4	80	140	
C1	
10	10	174	45	C2	
40	40	105	45	F1	
20	20	20	155	F2	
15	15	40	112