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Thermal Analysis and Energy Efficiency in Production Processes

(Offered in partnership with the Universidad Panamericana)


OBJECTIVE:

Program provides an overview of the various technical tools and disciplines to be applied together can achieve a production process that operates with efficiency.

At the conclusion of the program, students will have a comprehensive and detailed understanding of the concepts and functions required to maximize energy efficiency demanded by competitive industry and have technical elements to make plans and operating strategies and investment in the short, medium and long term.

TARGET AUDIENCE:

The program is aimed at middle management staff, technical departments and processes, operating departments. and all those involved in the optimization of operating costs for Chemical and Petrochemical Industry.

DURATION:

The course has seven modules with a duration of 16 hours each, with a total duration of 112 hours.

REQUIREMENTS:

The minimum requirements to participate in this program are: Having an undergraduate academic level and who are currently working in a company of chemical or petrochemical sector.

CONTENT TOPIC:

The proposed agenda includes seven modules, whose specific objectives and issues are described below:

MODULO TEMA
I TERMODINÁMICA BASICA.
II CICLOS TERMODINÁMICOS.
III ANÁLISIS DE LA INTEGRACIÓN ENERGÉTICA DE LOS PROCESOS.
IV OPTIMIZACIÓN DE REDES DE RECUPERACIÓN DE CALOR.
V ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS Y ANÁLISIS FINANCIERO DE PROYECTOS.
VI Gestión de la Calidad enfocada al ahorro de energía.
VII Control de la calidad de los procesos.

Nota: El temario de los módulos VI y VII pueden variar dependiendo de los objetivos de cada cliente.


MÓDULO I

TERMODINÁMICA.
En este módulo se analizan los fundamentos termodinámicos que se emplean en el desarrollo de soluciones para la optimización energética de los procesos y aquellos que permitirán evaluar la eficiencia operativa de los sistemas que integran un proceso productivo.

1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Termodinámica, definición y aplicaciones en Ingeniería.
Sistema termodinámico. Aislado, cerrado y abierto. Frontera y medio ambiente, sustancia de trabajo.
Energía. Energía como propiedad del sistema. Energías cinética, potencial e interna. Energía de transferencia. Calor y trabajo. Concepto de eficiencia.
Propiedades termodinámicas. Intensivas y extensivas. Concepto de estado, proceso y ciclo.
Densidad, peso especifico y presión mecánica de fluidos. Presión atmosférica. Presiones absoluta y relativa. Barómetros.
Ley Cero de la Termodinámica. Concepto de temperatura empírica. Escalas absoluta y relativa.
Sustancia pura, sustancia simple y sustancia simple compresible. Postulado de estado. Trabajo de una sustancia simple compresible. Proceso cuasiestático

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

Enunciado de la Primera Ley de la Termodinámica.
Balance de energía en sistemas cerrados con una sustancia simple compresible.

GAS IDEAL. CALORES ESPECÍFICOS.

Ecuación de estado de gas ideal.
Definición de calores específicos a volumen y presión constantes, cálculo de la energía interna y entalpía para un gas ideal.
Calores específicos a volumen y presión constantes en función de la temperatura. Uso de tablas y modelos matemáticos en el cálculo de la energía interna y la entalpía.
Primera Ley de la Termodinámica en sistemas cerrados con gas ideal.

DIAGRAMAS DE FASE. ECUACIONES P-V-T

Diagramas de fase de una sustancia pura. Diagramas presión volumen, temperatura-volumen, presión-temperatura y presión volumen-temperatura.
Tablas de propiedades termodinámicas de sustancias puras.
Ecuaciones de estado de los gases reales. Van der Walls, Redlich-Kwong, Beattie-Bridgeman y Benedic-Web-Rubin.
Principio de los estados correspondientes. Factor de compresibilidad. Carta generalizada de compresibilidad.

BALANCES DE ENERGÍA EN SISTEMAS ABIERTOS

Consideraciones de operación de las máquinas térmicas e hidráulicas. Condiciones de flujo y estado estables.
Principio de conservación de la masa. Ecuación de continuidad.
Primera Ley de la Termodinámica para sistemas abiertos en condiciones de flujo y estado estables (flujo unidireccional y régimen permanente) y en condiciones de flujo y estado uniformes (régimen transitorio).
Metodología general para efectuar balances de energía en sistemas abiertos.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

Direccionalidad de la transferencia de energía en los procesos. Concepto de proceso reversible. Conceptualización de la Segunda Ley de la Termodinámica.
Conceptos de depósito térmico, máquina térmica y bomba de calor. Enunciado de Kelvin-Planck, concepto de eficiencia. Enunciado de Clausius, concepto de coeficiente térmico.
Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot.
Desigualdad de Clausius. Concepto de entropía. Principio de incremento de entropía.

CONSECUENCIAS DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA.

Diagramas temperatura-entropía, entalpía-entropía (Mollier).
Variación de la entropía en un gas ideal.
Variación de la entropía, gases reales y sustancias incompresibles.
Variación de la entropía en sistemas aislados, cerrados y abiertos.
Disponibilidad. Energía disponible. Energía.

TRANSFERENCIA DE CALOR.

Mecanismos de transferencia de calor.
Conducción
Convección
Radiación


MÓDULO II

TERMODINÁMICA APLICADA A MÁQUINAS TÉRMICAS
En el presente módulo se analizan los principales ciclos termodinámicos aplicados en la industria, para la producción de potencia mecánica.

MÁQUINAS TÉRMICAS Y SUS CICLOS TERMODINÁMICOS
Ciclo Rankine y turbinas de vapor
Ciclo Brayton y turbinas de gas
Ciclo Otto y motor de gasolina
Ciclo Diesel y motor diesel
Ciclo de refrigeración


MODULO III

ANÁLISIS DE LA INTEGRACIÓN ENERGÉTICA DE LOS PROCESOS
Este módulo cubre conceptos generales de la técnica del análisis de la integración energética de los procesos productivos.
Se explican de manera detallada, los procedimientos para desarrollar un diagnóstico energético aplicando el análisis pinch y las herramientas para evaluar el potencial de ahorro en un proceso, así como la definición de soluciones rentables que permitan reducir costos de operación.
Al concluir el módulo, el estudiante será capaz de determinar el grado de integración energética de un proceso y las opciones para optimizar el consumo de energéticos y por ende reducir el índice energético del proceso,

1. RECUPERACIÓN DE CALOR.

1.1. Límites termodinámicos.
1.2. Límites Prácticos.
1.3. Límites económicos.
1.4. Ejercicio.

2. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA DE UN PROCESO. LAS CURVAS COMPUESTAS.

2.1. Recuperación de energía de un proceso.
2.2. Diferencia mínima de temperatura.
2.3. Consumo mínimo de energía
2.4. Carga térmica mínima de enfriamiento.
2.5. Casos especiales.

3. DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO DE UN PROCESO

3.1 Generación de curvas compuestas.
3.2.1. Algoritmo de la Tabla Problema.
3.2.2. Ejercicio.

3.2. Gran Curva Compuesta.
3.2.1. Distribución de servicios auxiliares de temperatura constante y variable.

3.2.2. Generación de la gran Curva Compuesta.
Distribución óptima de servicios auxiliares.
3.2.4. Problemas de diseño y distribución de servicios auxiliares.
3.2.5. Aprovechamiento de la energía de los gases de combustión en el contexto del proceso.

4. INTEGRACIÓN DE CICLOS DE CALOR Y POTENCIA.

4.1. Máquinas térmicas.
4.2. Turbinas de Vapor.
4.3. Turbinas de gas.

5. MODIFICACIONES A CONDICIONES DE OPERACIÓN PARA AHORRO DE ENERGÍA O CAPITAL.

5.1. Uso de las curvas compuestas.
5.2. Uso de la gran curva compuesta.
5.3. Integración energética de columnas de destilación.
5.3.1. Opciones de ahorro de energía en columnas de destilación.
5.4. Integración energética de sistemas de evaporación.


MODULO IV

OPTIMIZACIÓN DE REDES DE RECUPERACIÓN DE CALOR
En este módulo se transmitirá al estudiante las bases para representar la redes de intercambio de calor de un proceso productivo y analizar los puntos donde se presentan los cuellos de botella en el proceso de transferencia de calor.
Al concluir el curso el estudiante será capaz de determinar las modificaciones requeridas en el proceso para generar una red de intercambio de calor flexible y capaz de absorber los disturbios que se presenten en el proceso de tal forma que se cumplan con las metas energéticas planteadas como parte de las estrategias operativas de la planta.

1. DISEÑO DE PROCESOS PARA EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA.

1.1. Diagrama generalizado del diseño de procesos.
1.2. Representación gráfica para el análisis y diseño de redes de recuperación de calor. “Diagrama Grid”.
1.3. Diseño de redes para máxima recuperación de energía.
1.3.1. Regla de los CP´s y maximización de cargas.
1.3.2. Ramificación de corrientes.
Número mínimo de unidades.

1.4. Optimización de redes de recuperación de calor.
1.4.1. Ciclos y sistemas independientes.
1.4.2. Eliminación de ciclos y aprovechamiento de rutas para restablecer Tmin.

2. ANÁLISIS DE REDES DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN PROCESOS EXISTENTES.
2.1. Análisis por inspección.
2.2. Aplicación de curvas Área Vs Energía.
2.3. Eficiencias de la red de intercambio de calor.
2.4. Determinación económica del mejor proyecto de readaptación.
2.5. Reestructuración de redes de intercambio de calor existentes.

3. OPERABILIDAD DE PLANTAS DE PROCESO.

3.1. Operabilidad. Definición.
3.2. Análisis de sensibilidad en procesos existentes.
3.2.1. Propagación de disturbios a través de redes de intercambio de calor.
3.2.2.- Acciones correctivas.
3.2.3.- Caso de estudio.
3.2.4.- Diseño para situaciones de ensuciamiento (fouling).
3.3. Análisis de flujos de calor.
3.4. Caso de estudio.


MODULO V

ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS Y ANÁLISIS FINANCIERO DE PROYECTOS
En este módulo se transmitirá al estudiante las bases para la definición y administración de proyectos enfocados al ahorro energético y generar los estados financieros proforma para un determinado proyecto de ahorro de energía y conocer las principales medidas para evaluar la rentabilidad del mismo. Una vez analizada la rentabilidad se estudian las distintas formas de financiamiento de proyectos, en especial de proyectos de ahorro de energía.
Al concluir el módulo el estudiante será capaz de definir proyectos y garantizar su administración integral durante su ciclo de vida así como el procedimiento de la calidad para la elaboración y administración de proyectos de ahorro energético y el plan de la calidad del proyecto.
El estudiante podrá evaluar la Rentabilidad del proyecto y determinar las fuentes para un financiamiento a partir del análisis financiero de la empresa y del entorno.

1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES RELACIONADAS CON LA ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS.

1.1. Concepto de administración, gestión y dirección.
1.2. Concepto de proyecto.
1.3. Tipos de proyecto.

2. CICLO DE VIDA DE UN PROYECTO.
2.1. Fases del ciclo de vida de un proyecto.

3. ALTERNATIVAS EN LA ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS.

3.1. Esquema tradicional.
3.2. Llave en mano.

4. LA ADMINISTRACIÓN INTEGRADA DE PROYECTOS: SUS ACTIVIDADES Y TAREAS.

4.1. La administración de proyectos en cada fase del ciclo de vida del proyecto.
4.2. Grupos de procesos.
4.3. Áreas de conocimiento.
4.4. Relación entre grupos de procesos y áreas de conocimiento.

5. NIVELES DE MADUREZ DE UN PROYECTO Y LA CONSECUCIÓN DE LA EXCELENCIA.

5.1. Niveles de madurez de un proyecto.
5.2. Círculo de excelencia.

6. LA CONTABILIDAD COMO INSTRUMENTO DE ANÁLISIS FINANCIERO.
6.1. Usuarios de la información financiera
6.2. Los estados financieros
6.2.1. Balance general
6.2.2. Estado de resultados
6.2.3. Estado de cambios en la situación financiera

7. LA EVALUACIÓN DE PROYECTOS DE INVERSIÓN.

7.1. Evaluación de proyectos y objetivos de la empresa
7.2. Problemática general de evaluación de proyectos
7.3. La utilidad de proyectos. Sus flujos de efectivo.
7.4. Efectos de la inflación en los flujos de efectivo.

8. LOS CRITERIOS PARA EVALUAR LA RENTABILIDAD DE UN PROYECTO.

8.1. Periodo de recuperación.
8.2. Valor Presente Neto.
8.3. Tasa Interna de Rendimiento.
8.4. Razones financieras.
8.5. VPN vs. TIR.

9. FINANCIAMIENTO DE PROYECTOS.

9.1. Determinación de fuentes de financiamiento.


MODULO VI

Gestión de la Calidad enfocada al ahorro de energía.
En este módulo se transmitirá al estudiante las bases para aplicar los conceptos y métodos asociados al diseño y/o actualización e implantación de los sistemas de calidad con un enfoque de ahorro de energía.
Al concluir el curso el estudiante será capaz de determinar las modificaciones requeridas en el sistema de gestión de la calidad y/o medio ambiente para integrar objetivos y estrategias de ahorro energético a la gestión de la empresa.

1. DEFINICIONES Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES.

2. ORGANIZACIÓN DE LA ADMINISTRACIÓN DE LA CALIDAD.

3. LA CULTURA DE LA CALIDAD PARA EL AHORRO DE ENERGÍA.

4. ENFOQUE POR PROCESOS.

5. TÉCNICAS A UTILIZAR PARA EL DESPLIEGUE DE LA FUNCIÓN DE CALIDAD CON GARANTÍA DEL AHORRO DE ENERGÍA.
5.1. Despliegue de objetivos de ahorro energético en el Sistema de Gestión de la calidad y del medio ambiente.

6. PROCESOS Y PROCEDIMIENTOS DEL SISTEMA DE ADMINISTRACIÓN DE LA CALIDAD QUE SOPORTAN LA EFICIENCIA ENERGÉTICA.

7. EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE EFICIENCIA ENERGÉTICA A TRAVÉS DE LOS COSTOS DE LA NO CALIDAD.

8. PROCEDIMIENTO PARA LA INTEGRACIÓN DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LOS PROCESOS DEL SISTEMA DE ADMINISTRACIÓN DE LA CALIDAD SEGÚN ISO 9000:2000.


MODULO VII

Control de la calidad de los procesos.
En este módulo se transmitirá al estudiante las bases para establecer la necesidad y utilidad del control de los índices energéticos en la fase de producción y utilizar las técnicas de control de calidad aplicadas al ahorro energético.
Al concluir el curso el estudiante será capaz de determinar la técnica estadística más adecuada para el control y análisis de los índices energéticos y diseñar el control del índice energético a todos los niveles de la organización.
1. TEORÍA BÁSICA DE CONTROL DEL PROCESO.

1.1. El lazo de control.
1.2. La función de control aplicada a los procesos con el objetivo de la eficiencia energética.
1.3. Vinculación del control del proceso con las decisiones con respecto a la consistencia y reproducibilidad del proceso.

2. CARACTERÍSTICAS DE CALIDAD. ÍNDICE ENERGÉTICO.

3. PARÁMETROS Y TOLERANCIAS DE PROCESOS.
4. CONTROL DE LOS ÍNDICES ENERGÉTICOS DEL PROCESO Y DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS PRODUCTOS QUE SE OBTIENEN.
5. HERRAMIENTAS ESTADÍSTICAS APLICADAS AL CONTROL Y EL MEJORAMIENTO DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA.
5.1. Herramientas básicas.
5.2. Correlación y Regresión.
5.3. Gráficos de control del proceso.

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