Cartagena::Facultad de Ingenierías::Maestría en Ingeniería de Procesos · 2026
Aplicación focalizada del análisis pinch para el aprovechamiento del calor residual del sistema de cogeneración en una planta de pvc.
La producción de Policloruro de Vinilo (PVC) mediante la polimerización de monocloruro de vinilo (MVC) es un proceso altamente exotérmico cuyo consumo de energía térmica, asociado al calentamiento y enfriamiento de corrientes de proceso, la separación y secado de resina y la recuperación de MVC residual, representa una fracción importante de los costos operativos y de la huella de carbono de la planta. Este trabajo propone una mejora localizada de la red de intercambio térmico de una planta de producción de PVC, basada en principios de Pinch Analysis aplicados de manera focalizada. La alternativa evaluada consiste en integrar térmicamente los gases de escape de los sistemas de cogeneración con la corriente de agua de cargue de los reactores de polimerización mediante la incorporación de un segundo economizador por cada sistema, con el fin de precalentar dicha corriente antes de su ingreso a los calentadores con vapor. La metodología se desarrolló a partir del análisis de datos operativos reales del año 2024 y la simulación en estado estacionario del sistema actual y del sistema optimizado empleando Aspen Plus, Aspen Energy Analyzer y Aspen Exchanger Design and Rating. Los resultados evidenciaron una reducción anual de consumo de gas natural de 64,176 MMBTU, equivalente a 706 USD/año de ahorro económico, además una disminución aproximada de 3,400 ton/año aprox. El análisis económico indico una Tasa Interna de Retorno superior al 150%, demostrando la viabilidad técnica y económica de la alternativa propuesta y su contribución a la eficiencia energética global.
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Contenido
- RESUMENp. 8
- ABSTRACTp. 9
- INTRODUCCIÓNp. 10
- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAp. 13
- 2.1. Formulación del problemap. 15
- Antecedentesp. 15
- JUSTIFICACIÓNp. 19
- OBJETIVOSp. 22
- Objetivo generalp. 22
- Objetivos específicosp. 22
- MARCO TEÓRICOp. 23
- Producción de PVC tipo suspensiónp. 23
- Sistema de cogeneraciónp. 25
- Tipos de intercambiadores de calorp. 28
- Intercambiadores de tubos y corazasp. 28
- Intercambiadores de placasp. 30
- Intercambiadores de tubos aletadosp. 31
- Curvas Compuestasp. 32
- Gran Curva Compuestap. 33
- Diagrama de cuadrícula (Grid Diagram)p. 35
- Valor Actual Neto (VAN)p. 37
- METODOLOGÍAp. 38
- RESULTADOSp. 43
- DISCUSIÓNp. 60
- CONCLUSIONESp. 63
- RECOMENDACIONESp. 65
- REFERENCIASp. 66
- ANEXOSp. 70
- Figura 1. Esquema del proceso de polimerización por suspensión para la obtención de PVCp. 24
- Figura 2. Sistema de cogeneraciónp. 27
- Figura 3. Intercambiador de Tubo y Coraza de tubos en Up. 29
- Figura 4. Esquema intercambiador de calor de placas liquido-liquidop. 30
- Figura 5. Configuraciones tubos aletadosp. 31
- del punto Pinchp. 33
- Figura 7. Gran curva compuestap. 34
- Figura 8. Diagrama de cuadrículap. 35
- Figura 9. Componentes y fracción molar de gas natural Aspen Plusp. 43
- Figura 10. Modelo asignado para combustión y gases combustión Aspen Plusp. 43
- Figura 11. Modelo asignado para agua-vapor-gases de combustiónp. 44
- de cargue a reactoresp. 45
- Figura 13. Red de intercambiadores de calorp. 46
- Figura 14. Nueva Red de intercambiadores de calorp. 46
- Figura 15. Determinación del Punto Pinch en Aspen Analyzerp. 47
- Figura 16. Curva compuesta generada en Aspen Energy Analyzerp. 48
- de agua de cargue a reactoresp. 51
- Figura 19. Gráfica de barras de consumo mensual de gas naturalp. 54
- Figura 20. Costo gas natural Sistema optimizado y sistema sin optimizarp. 56
- Figura 21. Ahorro en la implementación de la optimización en sistemas de cogeneraciónp. 57