IMPLICATIONS

El análisis Pinch se realiza mediante el empleo del software Aspen Energy Analyzer. Primeramente, se parte de la identificación de las corrientes que intervienen en cada proceso, así como del requerimiento de utilidades frías y calientes.

Proceso del yogurt de soya.

En la tabla 2.5 se muestran las temperaturas de entrada y de salida, los flujos, las capacidades caloríficas y entalpías de las corrientes que intervienen en el proceso de fabricación de yogurt de soya.

Tabla 2.5 Parámetros energéticos de las corrientes que intervienen en la producción de yogurt de soya. Corrientes del proceso T ent (°C) T sal (°C) M*Cp (kJ/°C-h) Entalpía (kJ/h) Flujo (kg/h) Cp (kJ/kg°C) Leche S (t) 25 85 18233,28 1093996,8 4680 3,896 Leche S (c) 85 145 18369 1102140 4680 3,925 Leche S (r) 145 135 17784 177840 4680 3,8 Leche S (m) 135 95 19713,6 788544 5328 3,7 Leche S (tt) 95 50 19042,272 856902,24 5328 3,574 Leche S (tf) 50 42 18930,384 151443,072 5328 3,553 Yogurt 42 20 20217,6 444787,2 5616 3,6 Sirope 30 85 817,776 44977,68 648 1,262 Donde:

Leche S (t): leche de soya que pasa por el tornillo sinfín. Leche S (c): leche de soya que pasa por el calefactor. Leche S (r): leche de soya que pasa por el retenedor. Leche S (m): leche de soya que pasa por el molino. Leche S (tt): leche de soya que pasa por el tubo en tubo.

Capítulo 2: Integración Energética en la

Santa Clara

35 Mediante el software se obtiene la curva compuesta del proceso o curva de composición de las corrientes fria y caliente (figura 2.6), donde se puede apreciar que los puntos pinch de las corrintes fría y caliente superan los 100°C.

Figura 2.6 Curva compuesta del proceso de obtención de yogurt de soya.

De forma similar en la Gran Curva de Composición (figura 2.7), en el eje Y, en el punto donde el valor de la entalpía es cero se muestra la temperatura pinch para este proceso, la que es igual a 128oC.

Figura 2.7 Gran curva compuesta del proceso de obtención de yogurt de soya. Se realiza un análisis del comportamiento de la diferencia de temperatura (DT) con relación al índice de costo. Este índice de costo es la sumatoria del costo de equipamiento y el costo de las utilidades frías y calientes. Para el análisis se evalúa en un intervalo de DT desde 5°C hasta 25°C el índice de costo total, revelando que el DT óptimo del proceso es 15°C, ya que es para este valor al que se obtiene el mínimo costo total, tal como se muestra en la figura 2.8.

Capítulo 2: Integración Energética en la

Santa Clara

36 Figura 2.8 Determinación del DT óptimo.

Para el valor de DT óptimo de 15°C que fue estimado, se determinan los requerimientos de utilidades, así como otros parámetros importantes. Estos resultados se muestran en la tabla 2.6.

Tabla 2.6 Resultados obtenidos en la simulación para un DT de 15°C.

Resultados Valores

Requerimiento mínimo de calor (kJ/h) 281400 Requerimiento mínimo de frío (kJ/h) 459800 Mínimo número de unidades de

transferencia 9

Costo de equipamiento ($) 274400 Temperatura caliente Pinch (°C) 135 Temperatura fría Pinch (°C) 120

DT mín (°C) 15

También se analiza el comportamiento de los índices de costo tanto del equipamiento como operacional con respecto al DT, cuyos efectos se manifiestan en la figura 2.9 pudiéndose apreciar que con el aumento del DT aumentan los costos operacionales debido a que aumenta el requerimiento de utilidades, ya que se tienen un menor aprovechamiento del intercambio de calor, es decir de los valores calóricos de las corrientes frías y calientes del proceso. Por otro lado, un aumento del DT disminuye el costo del equipamiento debido a que disminuye el área de transferencia de calor y se necesita de un menor número de intercambiadores de calor.

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37 Figura 2.9: Relación entre el DT y los costos de inversión y de operación. Proceso de producción de leche pasteurizada.

En la tabla 2.7 se muestran las temperaturas de entrada y de salida, los flujos, las capacidades caloríficas y entalpías de las corrientes que intervienen en el proceso de fabricación de leche pasteurizada.

Tabla 2.7 Parámetros energéticos de las corrientes que intervienen en la producción de leche pasteurizada. Corrientes del proceso T ent (°C) T sal (°C) M*Cp (kJ/°C-h) Entalpía (kJ/h) Flujo (kg/h) Cp (kJ/kg°C) Leche 1 27 6 18233,28 1093996,8 14940 4,184 Leche 2 6 32 18369 1102140 5256 4,182 Leche 3 32 78 17784 177840 5256 4,183 Leche 4 78 55 19713,6 788544 5256 4,188 Leche 5 55 6 19042,272 856902,24 5256 4,178 Leche 6 6 78 18930,384 151443,07 5256 4,179

Mediante el software se obtiene la curva compuesta del proceso o curva de composición de las corrientes fria y caliente (figura 2.10), donde se puede apreciar que los valores de los puntos pinch de las corrientes frías y calientes son 6 y 25°C respectivamente.

Capítulo 2: Integración Energética en la

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38 De forma similar en la Gran Curva de Composición (figura 2.11) en el eje Y, en el punto donde el valor de la entalpía es cero se muestra la temperatura pinch para este proceso, la que es igual a 19o_C.

Figura 2.11 Gran curva compuesta del proceso de obtención de leche pasteurizada. Se realizó un análisis del comportamiento de la diferencia de temperatura (DT) con relación al índice de costo. Para el análisis se evalúa en un intervalo de DT desde 5°C hasta 30°C el índice de costo total, revelando que el DT óptimo del proceso es 25°C, ya que es para este valor al que se obtiene el mínimo costo total, tal como se muestra en la figura 2.12.

Capítulo 2: Integración Energética en la

Santa Clara

39 Para el valor de DT óptimo de 25°C que fue estimado, se determinan los requerimientos de utilidades, así como otros parámetros importantes. Estos resultados se muestran en la tabla 2.8.

Tabla 2.8 Resultados obtenidos en la simulación para un DT de 25°C.

Resultados Valores

Requerimiento mínimo de calor (kJ/h) 2131000

Requerimiento mínimo de frío (kJ/h) 1862000

Mínimo número de unidades de transferencia 7

Costo de equipamiento ($) 172100

Temperatura caliente Pinch (°C) 31

Temperatura fría Pinch (°C) 6

DT mín (°C) 25

También se analiza el comportamiento de los índices de costo tanto del equipamiento como operacional con respecto al DT, cuyos efectos se manifiestan en la figura 2.13 pudiéndose apreciar que el comportamiento de las variables es similar al comportamiento que experimentan las mismas en el proceso de obtención de yogurt de soya, es decir, con el aumento del DT aumentan los costos y disminuye el costo del equipamiento.

Figura 2.13 Relación entre el DT y los costos de inversión y de operación.