TY  - BOOK
AU  - Meligrana,Daniela Elena
AU  - Kingston,Diego
ED  - Premio Pre Ingeniería 2022 :
TI  - Análisis y optimización de equipos y procesos mediante la termodinámica de procesos irreversibles
PY  - 2022///
CY  - Buenos Aires
PB  - Centro Argentino de Ingenieros
KW  - Universidad de Buenos Aires
KW  - spines
KW  - Ingeniería Química
KW  - Termodinámica
KW  - Entropía
KW  - Propiedades termodinámicas
KW  - Investigación aplicada
KW  - Premio Pre Ingeniería
N2  - En este trabajo se aplica la Termodinámica de Procesos Irreversibles, junto con las herramientas de análisis termodinámico, a la optimización de la eficiencia energética de múltiples operaciones unitarias conectadas, con la finalidad de obtener reglas prácticas que permitan guiar el diseño de otros procesos. Dado el contexto actual de calentamiento global, existe una creciente presión desde los gobiernos y la sociedad para reducir las emisiones de dióxido de carbono para el año 2050, buscando lograr un desarrollo sustentable. Dentro de las herramientas disponibles para lograr esos objetivos, se encuentran el aumento de la eficiencia energética de equipos y procesos, el uso creciente de energías renovables y la captura, almacenamiento y uso de dióxido de carbono, con un potencial para reducir emisiones del orden del 38, 30 y 14 %, respectivamente. En este trabajo estudiaremos una aplicación que combina estas tres herramientas y nos servir´a para mostrar las capacidades de los métodos de análisis termodinámico, sus puntos de contacto y diferencias y cómo se pueden aplicar en concreto a problemas de interés industrial. Comenzamos desarrollando brevemente el contexto actual, los distintos escenarios que se plantean para el año 2050 y las herramientas disponibles. Continuamos con la descripción de los fundamentos de la Termodinámica de Procesos Irreversibles, enfocándonos en los análisis de disponibilidad (o exergético) y de minimización de la producción de entropía, haciendo énfasis en el vínculo existente entre ambos, el teorema de Gouy-Stodola. Seguidamente, procedimos a aplicar estas herramientas a la optimización de la eficiencia energética de la reacción de formación de trióxido de azufre por medio de la oxidación en fase gaseosa del dióxido de azufre, la cual se lleva a cabo en múltiples lechos adiabáticos con enfriamientos intermedios. Mediante
el diagrama de Sankey observamos que la máxima eficiencia exergética de la configuración de referencia es del 91,5 % y que las principales fuentes de irreversibilidad en el sistema son las debidas a la reacción química y al intercambio de calor en los enfriamientos intermedios. Mediante el uso de un algoritmo de optimización tipo programación cuadrática secuencial, minimizamos la producción de entropía del sistema conjunto, utilizando como variables las temperaturas de entrada y salida de cada lecho, sujeto a que el volumen total no supere un valor prefijado. La producción de entropía resultó un 38 % menor que
la de la configuración de referencia y se logró una eficiencia exergética del 95 %, debido a reducciones en la fricción y en el calor total a intercambiar, además de un aumento en la temperatura a la cual se recupera el calor. Asimismo, observamos que, al aumentar el n´umero de lechos disponibles, la producción de entropía decrece, acercándose al comportamiento previsto por la teoría de control óptimo. Finalmente, estudiamos el proceso de producción de metanol a partir de hidrógeno verde y dióxido de carbono proveniente de captura, con vistas a utilizarlo como un método de almacenamiento de energía. Utilizando un caso provisto por la literatura, estudiamos una configuración de referencia desde el punto de vista de varios índices de desempeño, como eficiencia exergética, producción de entropía por mol de metanol producido, consumo de potencia por mol de metanol producido y producción de metanol. Hallamos que, en esas condiciones, la eficiencia exergética del proceso era del 84 %, con pérdidas significativas en los compresores de alimentación en la planta, equipos de intercambio de calor, purga y reactor. Mediante el uso de integración energética, la eficiencia exergética aumentó hasta un 87 %. Realizamos un análisis de sensibilidad de la eficiencia exergética con la presión de operación al reactor; encontramos que la curva de eficiencia presenta un máximo respecto de la presión, como consecuencia de un compromiso entre un mayor consumo de potencia en los compresores de alimentación y una reducción en las pérdidas de exergía por la purga. Observamos, además, que dicho máximo depende tanto
de la relación de purga como de la eficiencia adiabática de los compresores. Utilizando un método de búsqueda directa, hallamos las condiciones que optimizan los distintos índices de desempeño, a partir de los cuales se posible construir un diagrama de ara˜na que permita evaluar las características de cualquier configuración y seleccionar aquellas que presenten los mejores beneficios para la operación industrial. En todos los casos, el sistema buscó minimizar la purga, logrando un aumento de la eficiencia exergética hasta alcanzar el rango de 89-90,6 %.
UR  - https://cai.org.ar/el-cai-entrego-los-premios-pre-ingenieria-2022/
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