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Tema: Intercambio de energía
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INTERCAMBIO TÉRMICO
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2/48 Intercambio térmico Contacto directo
Grados de libertad:
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3/48 Caudal de mezcla NO es manipulable
(a)
(b)
Figura 7. 1 a y b Alternativas de control sin manipulación del caudal de salida
¿Puede interferir el lazo de temperatura con el de caudal?
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4/48 Relación variable controlada-manipulada
c f out
c c f f out out
m m m
m h m h m h
+ =
+ =
B. Materia
B. Entalpía
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Tcaliente
T fría
0 20% 40% 60% 80% 100%Relación mc / (mc+mf)
T m
ezc
la
Relación caudales constante
( )cout f c f
c f
mh h h h
m m= + −
+( )c
out f c fc f
mT T T T
m m= + −
+
c f outCp Cp Cp≈ ≈
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6/48 Sensibilidad de la temperatura frente a variaciones de caudal
¿Cómo sería empleando válvulas de dos vías?
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Control por mezcla directa mediante válvulas de dos vías.
¿Puede interferir el lazo de temperatura con el de caudal? ¿Cómo deben de ser las válvulas?
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Contacto indirecto
• Intercambiador • Enfriador
o Condensador • Calentador
o Reboiler o Evaporador (vaporizador)
proceso autorregulado
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líquido
vapor
líquido
termopar
vaina
TC
tiempo muerto tiempo muerto
retraso en la medida
proceso de control lento: retardo + tiempo muerto
Medidas con poco ruido
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(sin cambio de fase) Intercambiador ambas corrientes de proceso
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(sin cambio de fase) Intercambiador ambas corrientes de proceso
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Lista CVs-MVs
Variables controladas Variables manipuladas Temperatura salida caliente(Tc2) Caudal de proceso caliente (entrada o
salida) Temperatura salida fría (Tf2) Caudal de proceso frío (entrada o salida) Caudal de proceso caliente (entrada ó salida)
Caudal de proceso f río (entrada ó salida)
Tabla 7. 1
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(sin cambio de fase) Calentador/enfriador una corriente de proceso y una auxiliar
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(sin cambio de fase) Calentador/enfriador una corriente de proceso y una auxiliar
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Lista CVs-MVs
Variables controladas Variables manipuladas Temperatura (T) Caudal de proceso (entrada o salida) Caudal de proceso (entrada ó salida) Carga térmica Tabla 7. 1
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Ecuaciones
mQ UA T= Δ
c c c1 c2 f f f2 f1Q = m * C * (T - T ) = m * C * (T - T )
f1 c2 c2 f1m
f1 c2 c2 f1
(T - T ) - (T - T )Tln[(T - T ) / (T - T )]
Δ = 4 ecuaciones y 6 incógnitas:
c2 f2 m f cQ ,T ,T , T , m ,mΔ
Una corriente de proceso y una auxiliar
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Los dos grados de libertad son de las variables:
f c m , m Una fijará la producción (carga) y la otra la temperatura.
Se considera el fluido de proceso el fluido caliente
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3x 10 6
35
40
45
50
55
60
65
70
CAUDAL DE REFRIGERANTE (kg/h)
TEMPERATURA SALIDA DE PROCESO (C)
CAUDAL PROCESO 30000kg/hCAUDAL PROCESO 32000kg/hCAUDAL PROCESO 34000kg/hCAUDAL PROCESO 36000kg/hCAUDAL PROCESO 38000kg/h
Ganancias
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Respuesta ante perturbaciones
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18x 106
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
CAUDAL DE REFRIGERANTE (kg/h)
TEMP ENTRADA PROCESO (C)
CAUDAL-TEMPERATURA ENTRADA PROCESO
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18x 106
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
CAUDAL DE REFRIGERANTE (kg/h)
TEMP SALIDA DE REFRIGERANTE (C)
CAUDAL-TEMPERATURA DE REFRIGERANTE
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By-pass fluido caliente
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By-pass fluido frío
¿Es igual de efectivo que el by-pass caliente?
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Con cambio de fase Con vapor condensante
f f f2 f1 c
f2 f1 c f f
Q = m * C * (T - T ) = mT T ( m / m ) / C
λ
λ= +Teniendo en cuenta: Proponer otro esquema de control
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Con cambio de fase Con vapor condensante
Para atender a perturbaciones en el caudal
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Purgador de boya o flotador
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Control mediante inundación del cambiador
Actúa sobre el área de intercambio.
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Para evitar perturbaciones debidas a una presión en el colector de condensado que pueda ser excesivamente alta
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Condensación de vapores mediante refrigerante
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