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1 TOE2009 c09 Integración energética. 2 Introducción Revisión de termodinámica La exergía Determinación de exergía Balances y Álgebra lineal El coste.

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1 1 TOE2009 c09 Integración energética

2 2 Introducción Revisión de termodinámica La exergía Determinación de exergía Balances y Álgebra lineal El coste exergético Análisis termoeconómico Optimización termoeconómica Integración energética 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

3 3 TOE2009 c09 Integración energética P CRF Agua de refrigeraciónVapor de proceso

4 4 TOE2009 c09 Integración energética Demandas: F C T ce T fs T fe T cs T Oferta de calor (Demanda de refrigeración) Demanda de calor

5 5 TOE2009 c09 Integración energética Demanda neta: F C T ce T fs T fe T cs T Demanda de calor T min Oferta de calor (Demanda de refrigeración)

6 6 TOE2009 c09 Integración energética Pendiente : F C F C F C T T T

7 7 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C 3-F 4-F Temperaturas Corrientes entradasalida ºC kW/K Calientes 1-C210802,00 2-C170402,50 Frías 3-F901904,00 4-F201202,00 0 500 kW 1000 T 200 100 ºC

8 8 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 1-C 2-C 3-F 4-F CCC T ºC 500 kW Temperaturas Corrientes entradasalida ºC kW/K Calientes 1-C210802,00 2-C170402,50 Frías 3-F901904,00 4-F201202,00 1000

9 9 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 1-C 2-C 3-F 4-F CCC CCF T ºC 500 kW Temperaturas Corrientes entradasalida ºC kW/K Calientes 1-C210802,00 2-C170402,50 Frías 3-F901904,00 4-F201202,00 1000

10 10 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 1-C 2-C 3-F 4-F CCCCCF Demanda de refrigeración Demanda de calefacción T Calor intercambiado entre corrientes ºC 500 kW Temperaturas Corrientes entradasalida ºC kW/K Calientes 1-C210802,00 2-C170402,50 Frías 3-F901904,00 4-F201202,00 1000

11 11 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 1-C 2-C 3-F 4-F CCC CCF Demanda de refrigeración Demanda de calefacción T Calor intercambiado entre corrientes ºC 500 kW Temperaturas Corrientes entradasalida ºC kW/K Calientes 1-C210802,00 2-C170402,50 Frías 3-F901904,00 4-F201202,00 1000

12 12 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 1-C 2-C 3-F 4-F CCC CCF Q ref,min Q cal,min T ºC 500 kW Temperaturas Corrientes entradasalida ºC kW/K Calientes 1-C210802,00 2-C170402,50 Frías 3-F901904,00 4-F201202,00 ¿ΔT min ? SectorΔT min /K Refino de petróleo20 - 40 Química y petroquímica10 - 20 Criogenia3 - 5 1000

13 13 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 1-C 2-C 3-F 4-F CCC T ºC 500 kW CCF CCC* ΔT min /2 ΔT min 1000 CCF*

14 14 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 1-C 2-C 3-F 4-F CCC CCF* Q ref,min Q cal,min T ºC 500 kW Pinch point CCF CCC* ΔT min /2 ΔT min 1000

15 15 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 CCF* Q ref,min Q cal,min T ºC 500 kW Pinch point CCC* 1000

16 16 TOE2009 c09 Integración energética Modificadas -ΔT min /2 +ΔT min /2 t* in ºCt* out ºCkW/K 1-C*200702,00 2-C*160302,50 3-F*1002004,00 4-F*301302,00 t in ºCt out ºCkW/K 1-C210802,00 2-C170402,50 3-F901904,00 4-F201202,00 Reales

17 17 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 T ºC 500 kW 1 2 3 4 5 6 1000 t* / ºCDominios 1-C2-C3-F4-Ft cal / ºCt fria / ºC Corrientes frías 210 170 140 110 80 40 190 150 120 90 60 20 Corrientes calientes 1 2 3 4 5 6 1-C* 2-C* 3-F* 4-F* 200 160 130 100 70 30 t* in ºCt* out ºCkW/K 1-C*200702,00 2-C*160302,50 3-F*1002004,00 4-F*301302,00

18 18 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 T ºC 500 1 2 3 4 5 6 1-C* 2-C* 3-F* 4-F* (a)(b)(a)×(b) t*Dominiot * i -t * i+1 ºCKkW/KkW 306 200140-2,00-80,00 1602300,5015,00 130330-1,50-45,00 1004302,5075,00 705400,5020,00

19 19 TOE2009 c09 Integración energética (a)(b)(a)×(b) t*Dominiot * i -t * i+1 ºCKkW/KkW 200140-2,00-80,00 1602300,5015,00 130330-1,50-45,00 1004302,5075,00 705400,5020,00 306

20 20 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 CCF* T ºC 500 kW CCC* 1 2 3 4 5 6 1000 -110 (a)×(b) inicial kW -80,000,00 -15,00 15,00-80,00 -45,00-65,00 75,00-110,00 20,00-35,00

21 21 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 T ºC 500 CCC* 1 2 3 4 5 6 CCF* (a)×(b) inicial kW -80,000,00 -15,00 15,00-80,00 -45,00-65,00 75,00-110,00 20,00-35,00 -110

22 22 TOE2009 c09 Integración energética 200 100 0 CCF* T ºC 500 CCC* 1 2 3 4 5 6 -110 (a)×(b) inicial óptimo kW -80,000,00110,00 -15,0095,00 15,00-80,0030,00 -45,00-65,0045,00 75,00-110,000,00 20,00-35,0075,00 95

23 23 TOE2009 c09 Integración energética Talle 110 160 130 100 70 30 t* / ºC 1 2 3 4 5 -80 kW 15 kW -45 kW 75 kW 20 kW 200 -80 -65 -110 -35 -15 / kW Inicial 0 ++++++ Óptimo / kW 30 45 0 75 95 + + + +

24 24 TOE2009 c09 Integración energética (a)(b)(a)×(b) t*Dominiot * i -t * i+1 inicial óptimo ºCKkW/KkW 200140-2,00-80,000,00110,00 1602300,5015,00-80,0030,00 130330-1,50-45,00-65,0045,00 1004302,5075,00-110,000,00 705400,5020,00-35,0075,00 306-15,0095,00

25 25 TOE2009 c09 Integración energética (a) t in, real t out,real Oferta ºC kW/KKkW 1-C210802,00130260 2-C170402,50130325(b)(c) 3-F901904,00-100-400SuministrosIntercambio 4-F201202,00-100-200kW Oferta total Calientes Oferta total Frías 585Refrig.-95490 -600Calef.110-490 Balances de calor netos-15150

26 26 TOE2009 c09 Integración energética 1 -80 kW 2 15 kW 3 -45 kW 4 75 kW 5 20 kW 160 130 100 70 30 t* / ºC 200 201030405060708090100110120130 20 80 60 40 160 140 120 100 220 200 180 0 t* / ºC 1 5 6 4 3 2 Servicio de refrigeración: 95 kW Servicio de calefacción: 110 kW

27 27 TOE2009 c09 Integración energética 2 201030405060708090100110120130 20 80 60 40 160 140 120 100 220 200 180 0 t* / ºC 1 5 6 4 3 2 Servicio de refrigeración: 95 kW Servicio de calefacción: 110 kW 1 2 +15 kW 1 -80 kW 2 15 kW 3 -45 kW 4 75 kW 5 20 kW 160 130 100 70 30 t* / ºC 200

28 28 TOE2009 c09 Integración energética 2 160 130 100 70 30 t* / ºC 1 2 3 4 5 -80 kW 15 kW -45 kW 75 kW 20 kW 200 20 80 60 40 160 140 120 100 220 200 180 0 201030405060708090100110120130 t* / ºC 1 5 6 4 Servicio de calefacción: 110 kW Servicio de refrigeración: 95 kW 2

29 29 TOE2009 c09 Integración energética

30 30 TOE2009 c09 Integración energética 2 160 130 100 70 30 t* / ºC 1 2 3 4 5 -80 kW 15 kW -45 kW 75 kW 20 kW 200 20 80 60 40 160 140 120 100 220 200 180 0 201030405060708090100110120130 t* / ºC 1 5 6 4 2 AP: 80 kW BP: 30 kW AT: 75 kW BT: 20 kW 2

31 31 TOE2009 c09 Integración energética

32 32 TOE2009 c09 Integración energética 2 160 130 100 70 30 t* / ºC 1 2 3 4 5 -80 kW 15 kW -45 kW 75 kW 20 kW 200 20 80 60 40 160 140 120 100 220 200 180 0 201030405060708090100110120130 t* / ºC 1 5 6 4 95 kW 2 240 110 kW

33 33 TOE2009 c09 Integración energética

34 34 TOE2009 c09 Integración energética Sólo se tomará calefacción externa por encima del talle Sólo se tomará refrigeración externa por debajo del talle No debe existir flujo de calor a través del talle. Bodo Linnhoff

35 35 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C 3-F 4-F kW kW/K 1 4 3 2,00 2,50 4,00 2,00 260 325 -400 -200 80ºC 40ºC 90ºC 20ºC 210ºC 170ºC 190ºC 120ºC 110ºC 90ºC T T Orden ºC (oferta) 100 200 0 2

36 36 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C 3-F 4-F kW kW/K 1 4 3 2 2,00 2,50 4,00 2,00 260 325 -400 -200 80ºC 40ºC 90ºC 20ºC 210ºC 170ºC 190ºC 120ºC 110ºC 90ºC (oferta) 60 kW 110 ºC 125 kW 90 ºC 200 kW 140 ºC 200 kW R= 185 kW I= 400 kW C= 200 kW 1x 2x

37 37 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C 3-F 4-F kW kW/K 1 4 3 2 2,00 2,50 4,00 2,00 260 325 -400 -200 80ºC 40ºC 90ºC 20ºC 210ºC 170ºC 190ºC 120ºC Talle t*=100ºC 110ºC 90ºC (oferta) 60 kW 125 kW 90 ºC 110 ºC 200 kW 140 ºC 200 kW Talle t*=100ºC R= 185 kW I= 400 kW C= 200 kW 1x 2x

38 38 TOE2009 c09 Integración energética Sólo se tomará calefacción externa por encima del talle Sólo se tomará refrigeración externa por debajo del talle No debe existir flujo de calor a través del talle. Bodo Linnhoff

39 39 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C 3-F 4-F kW kW/K 1 4 3 2 2,00 2,50 4,00 2,00 260 325 -400 -200 80ºC 40ºC 90ºC 20ºC 210ºC 170ºC 190ºC 120ºC 110ºC 90ºC (oferta) 60 kW 125 kW 90 ºC 110 ºC 200 kW 140 ºC 200 kW

40 40 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C 3-F 4-F kW kW/K 1 4 3 2 2,00 2,50 4,00 2,00 260 325 -400 -200 210ºC 170ºC 190ºC 120ºC 110ºC 90ºC (oferta)

41 41 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C kW kW/K 4 3 2,00 2,50 4,00 2,00 200 150 -400 -60-60 210ºC 170ºC 190ºC 120ºC 110ºC 90ºC (oferta) 150 kW 127,5 ºC 60 kW 140 ºC ΔT min f c T < <

42 42 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C kW kW/K 4 3 2,00 2,50 4,00 2,00 200 150 -400 -60-60 210ºC 170ºC 120ºC 110ºC 90ºC (oferta) ΔT min f c T < < 120 kW 120 ºC 158 ºC 190 ºC 68 kW 162,5 ºC 72 kW 138 ºC 176 ºC 30 kW 145,5 ºC 60 kW 140 ºC 110 kW

43 43 TOE2009 c09 Integración energética 3-F 4-F kW kW/K 1 2 2,00 2,50 4,00 2,00 260 325 -400 -200 80ºC 40ºC 90ºC 20ºC 110ºC 90ºC (oferta)

44 44 TOE2009 c09 Integración energética 3-F 4-F kW kW/K 1 2 2,00 2,50 4,00 2,00 60 175 0 -140 80ºC 40ºC 90ºC 20ºC 110ºC 90ºC (oferta) 95 kW 78 ºC 80 kW 60 ºC 60 kW

45 45 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C kW kW/K 4 3 2,00 2,50 4,00 2,00 200 150 -400 -60-60 210ºC 170ºC 120ºC 110ºC 90ºC (oferta) 120 kW 120 ºC 158 ºC 190 ºC 68 kW 162,5 ºC 72 kW 138 ºC 176 ºC 30 kW 145,5 ºC 60 kW 140 ºC 110 kW

46 46 TOE2009 c09 Integración energética 1-C 2-C kW kW/K 4 3 2,00 2,50 4,00 2,00 185 150 -400 -60-60 210ºC 170ºC 120ºC 110ºC 90ºC (oferta) 150 kW 127,5 ºC 190 ºC 125 kW 158,75 ºC 147,5 ºC 60 kW 117,5 ºC 125 kW 158,75 ºC

47 47 TOE2009 c09 Integración energética 3-F 4-F kW kW/K 1 2 2,00 2,50 4,00 2,00 75 175 0 -140 80ºC 40ºC 90ºC 20ºC 110ºC 90ºC (oferta) 110 kW 84 ºC 65 kW 52,5 ºC 75 kW 117,5 ºC

48 48 TOE2009 c09 Integración energética R= 185 kW I= 400 kW C= 200 kW 1x 2x R= 95 kW I= 490 kW C= 110 kW 1x 7x 1x1x R= 110 kW I= 475 kW C= 125 kW 1x 5x 1x

49 49 TOE2009 c09 Integración energética Coste de materias primas. Inversión. Consumo de energía. Flexibilidad e inventario. Seguridad. Calidad. Medio ambiente.

50 50 TOE2009 c09 Integración energética Diagrama de flujo. Balances de materia y energía. Análisis termodinámico. Dimensionado de equipos. Análisis exergético. Análisis termoeconómico. Análisis económico.

51 51 TOE2009 c09 Integración energética INTEGRACIÓN: Energética. En general: Síntesis de procesos. INTENSIFICACIÓN: Equipos más compactos: - Intensificación de operaciones básicas, p.e.: - Coeficientes de transporte - Fuerzas motrices - Miniaturización. Menos equipos: - Equipos híbridos. - Formas alternativas de energía. - Sistemas de control.

52 52 TOE2009 c09 Integración energética Todos los viajes empiezan con un paso. The End


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