Restricciones en el proceso

Hasta ahora hemos supuesto que podemos integrar cualquier corriente fría con cualquier corriente caliente, siempre y cuando la diferencia de temperaturas entre ambas lo permitiera. Sin embargo, a menudo consideraciones de tipo práctico impiden integrar dos corrientes. Por ejemplo, puede ser el caso de dos corrientes que pueden formar mezclas explosivas y cuya integración puede dar lugar a una situación potencialmente peligrosa. También puede ser el caso de dos corrientes que se encuentran a mucha distancia, y cuya integración supondría tramos muy largos de tubería, que ocasionan pérdidas de carga demasiado grandes.

Otra razón muy común deriva de las denominadas áreas de integridad. Normalmente, un proceso se diseña con una estructura de secciones y áreas, fácilmente identificables. Por ejemplo, el ``área de reacción'', el ``área de separación'', etc. Estas áreas deben permanecer separadas por razones operativas y de control (puesta en marcha, parada, seguridad, controlabilidad, etc). Estas áreas imponen restricciones a la integración de las corrientes, ya que no se pueden poner en contacto corrientes de diferentes áreas.

Figura: Dos posibilidades de integración con áreas de integridad

Cuando se presentan estas restricciones, el algoritmo de la tabla del problema no se puede aplicar directamente. La solución tampoco es complicada:

• Primero se integra cada área por separado (como si fueran procesos independientes)
• Y después se integran las dos áreas en conjunto (puesto que forman parte del mismo proceso)

Figura: Las áreas por separado suponen un mayor consumo energético

Veámoslo en un ejemplo:

Ejemplo 2

Un proceso está dividido en dos áreas,$A$ y $B$, que deben operarse de manera independiente. Las corrientes de cada área se dan en la tabla . Calcular el exceso de energía consumida que supone mantener las dos áreas de integridad separadas, si $\Delta T_$min$= 20$ ^oC

Solución:

En primer lugar vamos a calcular el consumo de cada área por separado (fig. a), y después calcularemos el consumo de energía como si se tratara de un sólo área (fig. b). En la figura a se muestra el diagrama de cascada del área $A$, y en la b para el área $B$. Para todo el proceso global, el diagrama de cascada es el de la figura c.

Con las dos áreas separadas, se consumen $1400$ kW de vapor, y el agua de refrigeración debe sustraer $1350$ kW. Si hubiéramos integrado globalmente el proceso, el consumo de vapor sería de $950$ kW y el de agua de refrigeración $900$ kW. Por tanto, el exceso de consumo es de $450$ KW en calefacción y $450$ kW en refrigeración.

$\diamondsuit$

Tabla: Corrientes del ejemplo

Área $A$				Área $B$
Corriente	$T_S$ (^oC)	$T_T$ (^oC)	$CP$	Corriente	$T_S$ (^oC)	$T_T$ (^oC)	$CP$
			(kW ^oC$^{-1}$)				(kW ^oC$^{-1}$)
1	190	110	$2.5$	3	140	50	$20.0$
2	90	170	$20.0$	4	30	120	$5.0$

Hemos visto en el ejemplo que la separación en áreas de integridad supone un mayor consumo energético. Este exceso de consumo nos permite evaluar si es más económico mantener la integridad a costa de un mayor consumo energético, o si por el contrario es mejor cambiar la organización del proceso para disminuir el consumo energético. Por tanto, son dos las opciones:

1. Eliminar las áreas de integridad, y operar el proceso de manera global.
2. Encontrar la manera de evitar las restricciones, manteniendo las áreas de integridad. Esto se puede lograr mediante el uso de servicios auxiliares intermedios. Es decir, en vez de poner las dos corrientes en contacto directo, la corriente caliente puede generar vapor, que se usa para calentar la corriente fría. Es decir, el vapor actúa como un buffer^2.8 entre las dos áreas. Otra posibilidad sería emplear un circuito de aceite térmico, que circulara entre las dos corrientes a integrar. En el circuito se dispondrían un enfriador (que calentaría el aceite) y un calentador (que enfriaría el aceite). Estos esquemas son más ineficientes que el contacto directo en un intercambiador, pero posibilitan la independencia entre las áreas.

En el caso de que nos encontremos con muchas más restricciones, es mejor acudir a la programación matemática.