Evaluación y diseño del arreglo óptimo en sistemas de intercambiadores de calor

Abstract

En el diseño o evaluación de procesos, el Ingeniero Químico se encontrará siempre con la necesidad de variar la temperatura de uno o más de los compuestos con que trabaja. Este control de la temperatura incide directamente en los costos operativos del proceso, por lo que se convierte en un aspecto importante del diseño de plantas. La relativa facilidad del diseño de intercambiadores de calor, usualmente lleva a que el ingeniero subestime la importancia de estos en la evaluación de un proceso; sin embargo, es esa misma simplicidad, así como la frecuencia con que se encuentra estos quipos, lo que hace de los intercambiadores de calor uno de los puntos donde se puede lograr ahorros con mayor rapidez, tanto en procesos existentes, como en plantas nuevas. El trabajo desarrollado, trata sobre la optimización de sistemas de intercambiadores de calor de casco y tubos (SIC). Se presenta un programa que evalúa los SIC con el fin de establecer el arreglo que minimice la inversión total del sistema térmico y los costos de operación (optimización económica) o el costo de los fluidos exiliares de calentamiento y enfriamiento (optimización energética). En principio, se hace un breve análisis teórico de los intercambiadores de calor de casco y tubos; considerado, fundamentalmente, los criterios de diseño empleaos en el programa. Luego se procede a estudiar los principales criterios de evaluación energética y económica de los SIC, detallando las limitaciones más importantes que deben tenerse en cuenta al momento de optimizar estos sistemas. Finalmente, se presenta el programa para la optimización y diseño del SIC, explicando el uso de este, los datos requeridos y la forma de interpretar los resultados presentaos. Debemos señalar que el presente estudio no pretende evaluar termodinámicamente los procesos de transferencia de calor, esto es, realizar el análisis con la aplicación de la Primera y Segunda Ley de la Termodinámica. Tampoco se ha profundizado en analizar las diversas correlaciones para el cálculo de intercambiadores y propiedades físicas y termodinámicas, habiéndose empleado las más comunes que están disponibles en la literatura sobre el particular.