Manual Aspen Hysys v8 0 Espanol

SIMULACIN DE PROCESOS

APLICADO A LA INDUSTRIA

USANDO ASPEN HYSYS V8.0 Ingenieria de Procesos

SIMULACIN DE PROCESOS APLICADO A LA INDUSTRIA USANDO ASPEN HYSYS V8.0

EDGAR MARTIN JAMANCA ANTONIO 1

Contenido INTRODUCCIN A LOS SIMULADORES DE PROCESOS ..................................................................................................... 2

MODELOS TERMODINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES .................................................................................. 5

Administrador bsico de la simulacin ...................................................................................................................... 5

PROPIEDADES DE MEZCLA ........................................................................................................................................ 15

MDULO II..................................................................................................................................................................... 21

SIMULACIN DE UNIDADES DE PROCESO ..................................................................................................................... 21

Divisor de corrientes (Tee) ....................................................................................................................................... 21

Mezclador de Corrientes (Mixer) .............................................................................................................................. 23

Fraccionador de corrientes (Splitter) ....................................................................................................................... 26

Bombas (Pump) ......................................................................................................................................................... 28

Compresor (compressor) Expansor (Expander) .................................................................................................... 34

Tuberas (Pipe) y Vlvulas (Valv) ............................................................................................................................. 40

Separacin de fases Instantneas (Separator & Tank) ............................................................................................. 50

SIMULACIN DE UNIDADES DE PROCESO (Transferencia de calor) ............................................................................ 56

Air cooler ................................................................................................................................................................... 56

Cooler/Heater ........................................................................................................................................................... 59

Horno (Furnace) ........................................................................................................................................................ 62

Heat Exchanger ......................................................................................................................................................... 69

Simulacin de reactores: .............................................................................................................................................. 73

Reactor de conversin ............................................................................................................................................... 73

Reactor de Equilibrio ................................................................................................................................................ 77

Reactor CSTR, ............................................................................................................................................................ 81

Reactor PFR ............................................................................................................................................................... 81

SIMULACIN DE COLUMNAS DE DESTILACIN ............................................................................................................. 85

Columnas de destilacin corta .................................................................................................................................. 85

Columna de destilacin simplificada ........................................................................................................................ 88

Columnas de Absorbedor .......................................................................................................................................... 91

MODULO VI: CASOS DE ESTUDIO .................................................................................................................................. 93

Caracterizacin de crudos de refineras ................................................................................................................... 93

Eficiencia de Hornos o calderas ................................................................................................................................ 98

Sistema multiefecto de evaporadores ..................................................................................................................... 106

Planta de produccin de etanol .............................................................................................................................. 108



INTRODUCCIN A LOS SIMULADORES DE PROCESOS

En los ltimos aos, la simulacin de procesos ha llegado a ser una herramienta de apoyo para el

diseo y evaluacin de distintos procesos relacionados a la industria qumica, hidrocarburos,

mineria, etc.

La simulacin de procesos juega un papel muy importante en las industrias antes mencionadas,

como herramienta adecuada y oportuna para el diseo, caracterizacin, optimizacin y

monitoreo del funcionamiento de procesos industriales.

SOFTWARES DE SIMULACIONES

Son herramientas que nos permiten facilitar el diseo, caracterizacin, optimizacin y monitoreo

del funcionamiento de procesos industriales.

Entre los principales tenemos:

Aspen Hysys

Pro II

Aspen Plus

Chemcad

Figura N1: Esquema del paquete AspenOne Hysys

VENTAJAS DEL USO DE SOFTWARE DE SIMULACIN

La simulacin interfiere en sistema del mundo real.

Es un proceso relativamente eficiente y flexible.

Hace posible analizar y sintetizar una compleja y extensa situacin real.

Permite el diseador examinar rpidamente varias configuraciones de planta



Permite la experimentacin en condiciones que podran ser peligrosas en el sistema real.

Reduce el tiempo de diseo de una planta.

Desventajas del uso de software de simulacin

Un buen modelo de simulacin puede resultar bastante costoso; a menudo el proceso a

desarrollar un modelo es largo y complicado para su validacin.

Por error se producen diferentes resultados en repetidas corridas en el computador.

Cada modelo de simulacin es nico, las soluciones e inferencias no son usualmente

transferibles a otros problemas.

Se requiere gran cantidad de corridas para encontrar Soluciones ptimas.

Aplicacin de softwares de simulacin

Deteccin de cuellos de botella en la produccin.

Prediccin de los efectos de cambio en las condiciones de operacin de las variables de la

planta.

Optimizacin de las variables de proceso.

Optimizacin del proceso cuando cambian las caractersticas de los insumos y/o las

condiciones econmicas del mercado.

Evaluacin de alternativas de proceso para reducir el consumo de energa.

Anlisis de nuevos procesos para nuevos productos

Transformacin de un proceso para desarrollar otras materias primas

Anlisis de factibilidad y viabilidad de nuevos procesos.

Optimizacin para minimizar la produccin de desechos y contaminantes.

Entrenamiento de operados e ingenieros de procesos.

Investigacin de la factibilidad de la automatizacin de un proceso.

MAPA DE RUTA

Figura N2: Ruta para definir una simulacin



SIMULACIN EN ESTADO ESTACIONARIO

Permite evaluar las diferentes alternativas de configuracin del proceso y/o determinar la

sensibilidad de las variables claves del proceso con respecto a cambios factibles en el proceso.

Figura N3: Simulacin estacionaria UPD Crudo

SIMULACIN EN ESTADO DINMICA

La simulacin Dinmica puede ayudar a mejor el diseo, optimizar y operar procesos. Las plantas

nunca estn en estado estacionario. Los disturbios de la carga y del medio ambiente, el mal

intercambio de calor y la degradacin cataltica continuamente afectan las condiciones de un

proceso estable.

El comportamiento de los sistemas de procesos es mejor estudiado usando una simulacin

dinmica. Con la simulacin dinmica se puede confirmar que la planta puede producir el

producto deseado en una forma que sea seguro y fcil de operar. Definiendo detalladamente las

especificaciones de los equipos, en la simulacin dinmica, se puede verificar que los equipos

funcionen como se espera en una situacin real de planta tambin optimizar el diseo de control

sin afectar negativamente seguridad de la planta.



Figura N4: Simulacin dinmica

MODELOS TERMODINAMICOS, COMPONENTES Y PROPIEDADES

Administrador bsico de la simulacin

Ingreso de componentes

Aspen Hysys V8.0 contiene una gran variedad de base de datos de componentes qumicos, se

iniciara el programa Aspen Hysys V8.0, File, New, case y obtendremos la siguiente ventana.

Figura N5: Entorno del administrador de propiedades

Luego de iniciar el programa en la parte inferior Aspen Hysys V8.0 muestra un panel de mensajes

Message Panel en el cual indica los errores durante la simulacin; para ingresar los

componentes para la simulacin se ira a Components Lists, Add y se obtendr la siguiente

ventana



Figura N6: Vista de ingreso de componentes

Figura N7: Filtro para seleccionar componentes

Para seleccionar componentes se utiliza los filtros1 para el tipo de familia o ingresando el nombre

o formula del componente en el buscador (Nombre de los componentes en idioma ingles)1

Figura N8: Vista de ingreso de componentes puros

Componente hipottico

Un componente hipottico puede ser:

1 Nota: se debe desactivar el filtro para seguir la bsqueda si no se va a usar ms porque al

tratar de buscar un componte que no se encuentre dentro del tipo de familia, esta no ser

ubicada



Componentes puros

Mezclas definidas

Mezclas indefinidas

Solidos

Que no se encuentra en la base de datos de Aspen Hysys V8.0; se tiene varios mtodos de

estimacin para asegurar la representacin adecuada del comportamiento de os componentes

hipotticos adicionados. Tambin hay mtodos para estimar los coeficientes binarios entre

componentes hipotticos.

Tambin sirve para clonar los componentes de la lista disponibles en Aspen Hysys y luego

modificar sus especificaciones, estos compuestos se pueden usar en reacciones.

Los compuestos hipotticos no pertenecen a un paquete de fluido especfico dentro de la

simulacin porque en su creacin son puestos en el Hypo Group. Debido a que estos componentes

no pertenecen a un paquete especfico estos pueden ser compartidos por varios paquetes en la

misma simulacin.

La informacin mnima requerida por Aspen Hysys para estimar las propiedades del componente

hipottico se resumen en la tabla siguiente:

Punto normal de Informacin mnima Menor a 700F Punto normal de ebullicin

Mayor a 700F Punto normal de ebullicin Densidad del liquido

No se conoce o es un solido Densidad del liquido Peso molecular

Adicionando un nuevo componente

En este caso se trata de estimar propiedades fsicas para componente que no est en la base de

datos del programa.

Para ilustrar el procedimiento estimaremos las propiedades fsicas del componente 1,1,2-

trimetilciclohexano

Figura N10: Vista de ingreso de componentes hipotticos



Se construir la estructura de la molcula en base a

los sub-grupos.

Sub- Adicionar CH3 3 CH2 4 -C- 1 CH 1

Figura N11: Entorno de componentes hipotticos

Figura N12: Vista de estructura de un componente hipottico



Figura N13: Propiedades calculadas - UNIFAC

Figura N14: Definicin completa de un componente hipottico

Paquete de fluido



Aspen Hysys utiliza el concepto de paquete de fluido o Fluid Package como el contenido de toda

la informacin necesaria para desarrollar clculos de propiedades fsicas y evaporaciones

espontaneas de corrientes. El paquete de fluido permite definir toda la informacin (propiedades,

componentes hipotticos, parmetros de interaccin, reacciones, datos tabulados, etc.) dentro de

un archivo muy sencillo. Son tres las ventajas de esto, a saber:

Toda informacin asociada se define en una sola localidad, lo que permite la fcil

creacin y modificacin de la informacin.

Los paquetes fluidos pueden almacenarse como un archivo completo para usarlos en

cualquier simulacin.

Pueden usarse varios paquetes fluidos n una misma simulacin. Sin embargo, todos los

paquetes definidos se encuentran dentro del administrador bsico de la simulacin.

Administrador del paquete bsico de la simulacin

Este paso es muy importante y no se debe tomar al a ligera, ya que definir la base de la simulacin.

Si tenemos una buena base, tendremos una buena simulacin, pero si introducimos un error

desde el principio, este se agravara con el desarrollo de la simulacin2.

Figura N15: Vista de definicin de un paquete de fluidos PR

Corrientes de mezclas Clases de corrientes en Aspen Hysys

Aspen Hysys utiliza el concepto de corrientes de materia y corrientes de energa. Las corrientes

de materia requieren, para su completa definicin, del a especificacin del flujo y de aquellas

variables que permitan la estimacin de todas sus propiedades fsicas y termodinmicas. Las

corrientes de energa se utilizan para representar los requerimientos energticos en unidades

como intercambiadores de calor, bombas, etc. Y se especifican, completamente con solo la

2 Antes de iniciar la simulacin se debe considerar la seleccin de un sistema de unidades



cantidad de energa intercambia o transferida en dichas unidades. En Aspen Hysys la corriente de

materia se observa, por defecto de color azul, mientras que las corrientes de energa es de color

rojo.

Corrientes de Energa

El elemento ms simple que de un diseador de proceso debe especificar es una simple corriente

homognea. Las variables que definen a una corriente que contiene C componentes son:

Variables Cantidad Concentraciones C Temperatura 1 Presin 1 Flujo 1 Total de Variables C + 3

Expresando las concentraciones en fracciones molares, Xi, se cumple una restriccin de suma

entre ellas, es decir que:

= 1

=1

Por lo tanto, el nmero de variables de Diseo, , que se reuqiern para especificar

completamente una corriente de materia es de la diferencia entre el nmero de variables y el

nmero de restricciones, es decir:

= + 2

De acuerdo a la ecuacin anterior, se define el estado termodinmico de una corriente de materia

al conocerse la composicin de una corriente de materia y otras dos propiedades, (fraccin de

vapor, temperatura, presin, entalpa o entropa) una de las cuales debe ser o la temperatura o la

presin.

Evaporacin espontanea de una corriente de materia

Cuando se especifica una corriente de materia con la informacin suficiente, Aspen Hysys haces

los clculos apropiados de la evaporacin espontanea. Es decir, si se especifican, por ejemplo,

temperatura y presin calcula si la corriente es de una fase (liquida o vapor) o de dos fases lquido

y vapor, etc. Dependiendo de las dos propiedades conocidas de la corriente de materia Aspen

Hysys desarrolla uno de os siguientes clculos de evaporacin espontanea:

Isotrmica : T P

Isoentlpica : T H o P H

Isoentrpica : T S o P S

Fraccin de vaporacin conocida : T Vf o P Vf

En la evaporacin espontanea a una fraccin de vaporacin conocida entre 0.0 y 1.0, Aspen Hysys

calcula la presin o la temperatura dependiendo de la que sea especificada como variable



independiente. Si se despliega un error, en este tipo de clculos, significa que la fraccin de vapor

especfica no existe a las condiciones de presin o temperatura especificadas. Es decir, la presin

especificada es mayor que la presin cricondenbrica3 o la temperatura especifica es de un valor

a la derecha de la temperatura criconentrmica 4 sobre la envolvente estndar de presin

temperatura.

Punto de roci de una corriente de materia

Si, adems de la composicin de una corriente de materia, se especifica una fraccin de vapor de

1.0 y su temperatura Hysys calculara la presin del punto de roci. Enforna similar, si en vez d

especificar la temperatura se especifica la presin Hysys calcular la temperatura del punto de

roci de la mezcla. Los puntos de roci retrgrados se pueden calcular especificando una fraccin

de vapor de 1.0

Punto de burbuja de una corriente de materia/Presin de vapor

Una especificacin d una fraccin de vapor de 0.0 para una corriente define un clculo de punto

de burbuja. Se adems se especifica la temperatura o la presin, Hysys calculara la variable

desconocida presin o temperatura. Al fijar una temperatura de 100F la presin

correspondiente al punto de burbuja es la presin de vapor a 100F

INGRESO DE UNA CORRIENTE DE MATERIA EN ASPEN HYSYS5

Para la instalacin de corrientes de materia, se ingresa desde el Simulation dando clic, es la

pantalla principal del simulador donde realizaremos las simulaciones en este medio se hace muy

visual y fcil de llevar,

3 Mxima presin en la cual coexisten equilibradamente la fase liquida y la fase gaseosa 4 Mxima temperatura en la cual coexisten equilibradamente la fase liquida y gaseosa. 5 Antes de iniciar la simulacin, se sugiere guardar el trabajo a simular



Figura N16 Vista de pantalla de simulacin

En la versin 8.0 la paleta de objetos se divide en 6 pestaas; Columns, Dynamics, Refining,

Common, Custom, Upstream

Para adicionar corrientes, hay dos tipos de corrientes, materia y energa

(deben especificarse.

A continuacin se realizara el ingreso para un corriente de gas y se aplicara

todas las aplicaciones que contienen una corriente de materia, utilizando las

propiedades de utilities, grficas y extensiones.

Figura N17: Paleta de objetos



Figura N18: Estructura del simulador Aspen Hysys V8.0

Paleta de Objetos

Panel de Mensajes

Panel de navegacion

Panel de Simulacin

Botones del entorno



PROPIEDADES DE MEZCLA

Ejemplo N1:

Ingresar una corriente de gas que contiene la siguiente composicin:

Figura N19: Definicin de componentes de un corriente de materia

Figura N20: Definicin de condiciones de operacin de una corriente Gas

Evaporacin espontanea isotrmica, T P, dela corriente Gas

Asigne una presin de 7500 kPa y una temperatura de 10C, Cunto es la fraccin

vaporizada? Por qu la corriente Gas no est completamente especifica?

Asigne un flujo molar de 100 kgmol/h y observe el ok que aparece en la banda vede que

significa que la corriente Gas se encuentra completamente especificada.

Evaporacin isoentlpica, T H o P H, de la corriente Gas

Asigne una presin de 7500 kPa, ingrese una entalpia molar de -1500 kJ/kgmole. Cunto

es la T, la fraccin de vapor, y la entropa molar de la corriente?



Borre la presin asignada en el punto anterior y mantenga la entalpia molar. Especifique

una temperatura de 980C. Cunto es la presin, la fraccin de vapor y la entropa molar

de la corriente?

Asigne una temperatura de 2000C Cmo se explica el error que reporta Aspen Hysys?

Punto de Burbuja de la corriente Gas

Asigne una fraccin de vapor de 0.0 y una presin de 7500 kPa. Cunto es la temperatura

de burbuja de la corriente Gas a la presin de 7500 kPa?

Asigne una Temperatura de -30. Cunto es la presin de vapor de a corriente Gas a un

temperatura de -30?

Cambie la temperatura asignada en el punto anterior y asigne el valor de 100C. Cmo

se explica el error reportado por Aspen Hysys?

Punto de Roci de la corriente Gas

Asigne una fraccin de vapor de 1.0 y una presin de 7500kPa. Cunto es la temperatura

de roci de la corriente Gas a la presin de 7500 kPa?

Borre la presin asignada anteriormente y mantenga la fraccin de vapor. Asigne una

temperatura de 100C. Cunto es la presin de roci a la temperatura de 100C?

Asigne una fraccin de vapor de -1.0 y una presin de 5000 kPa. Cunto y qu significado

tiene la temperatura calculada?

Instalacin de una corriente de energa en Aspen Hysys

Una corriente de energa se instala mediante el mismo procedimiento que una corriente de

materia y solo necesita de una especificacin que es el flujo calorfico correspondiente

Figura N21: Definicin de una corriente de energa

Ingrese el valor de -10000 kJ/h en el cuadro Heat Flow(kJ/h). Observe que la corriente esa

completamente especificada



Ingresando corrientes desde el Worbook

Al abrir el Worbook nos permite ingresar los datos no solo de una corriente, sino de n corrientes

Figura N22: Ingreso de composicin y condiciones de operacin mediante Worbook

Propiedades de corrientes de materia Para anexar un diagrama de propiedades a una corriente:

Instale un nuevo caso importando el paquete fluido Planta de Gas definido en el ejemplo

N1

Instale una corriente de materia con el nombre de Gas, 10C, 7500 kPa, 100 kgmol/h y

composicin especificada como lo muestra la Figura N19

Haga clic sobre la pestaa Attachments y luego haga clic sobre Analysis, Create,

Boiling Point Curves

Figura N23: Valores mximos y crticos de temperatura y presin de la corriente Gas



Figura N24: Diagrama Presin Temperatura de la corriente Gas

Propiedades crticas de una corriente Las propiedades crticas y seudocriticas de una mezcla son estimadas por Aspen Hysys de

acuerdo a la ecuacin elegida en el paquete de fluido. La opcin Critical Property de a

herramienta Analysis facilita dicha informacin para la corriente seleccionada.

Figura N25: Propiedades crticas de la corriente Gas

Tabla de propiedades de una corriente La herramienta Property Table permite examinar las tendencias de una propiedad, dentro de

un intervalo de condiciones, tanto en forma tabular como grfica. Esta facilidad calcula variables

dependientes para un intervalo o conjunto de valores de variable independiente especificada.

Esta tabla se encuentra dentro de cada corriente Attachaments, Create, Property Table



Figura N26: Ventana para la construccin de una Tabla de Propiedades

Ejemplo N2

Seleccione la Temperatura como la primera variable independiente

Cambie el lmite inferior y superior a 0C y 100C respectivamente. En el cuadro # of

increments digite el numero 5

Seleccione la presin como la segunda variable independiente

Cambie al modo State

En la matriz Sate Values introduzca los valores 2000, 4000, 6000, 8000 y 10 000 kPa

Ahora introduciremos la propiedad dependiente Dep. Prop, seleccionar Mass Density

Figura N27: Navegador de variables



Figura N28: Grafica de densidad vs Presin para la corriente Gas.

Dimensionamiento de tubera de una corriente Dentro de la herramienta Analysis se encuentra una opcin denominada Pipe Sizing que

estima el Rgimen de Flujo de una corriente a las condiciones especificadas. Se calcula el dimetro

mximo conociendo la cada de presin por unidad de longitud y viceversa y adicionalmente

propiedades de flujo como velocidad, factor de friccin, viscosidad, etc.; para ello seleccionaremos

Pipe Sizing, para especificar la tubera, asumiramos que la cada de presin es de 10 kPa/m.

Figura N29: Dimensionamiento de la Tubera

En la seccin de Performance se observa el clculo del Rgimen de Flujo (estratificado) de la

corriente Gas a las condiciones especificadas que incluye propiedades de transporte (Fase,

viscosidad, densidad, Flujo y densidad) y parmetros adicionales del rgimen de flujo (Numero

de Reynolds y factor de friccin)



Figura N30: Rgimen de Flujo de la corriente Gas

MDULO II

SIMULACIN DE UNIDADES DE PROCESO

Divisor de corrientes (Tee)

La operacin Tee divide una corriente de alimentacin en varios productos arroyos con las

mismas condiciones y composicin como la alimentacin transmitir, y se utiliza para simular

tuberas en T y colectores.

Figura N31: Divisor de corrientes

Parmetros y split Para los clculos de estado estacionario, especifique la relacin de flujo deseada (la relacin de

flujo de la corriente de salida para el flujo de entrada total). Usted puede alternar entre ignorar o

reconocer cuando un flujo negativo se produce al seleccionar la casilla de verificacin Advertir

sobre flujo negativo.




Una relacin de flujo es generalmente de entre 0 y 1, sin embargo, que uno se puede dar una

relacin de reater. En ese caso al menos un los arroyos salida tienen relacin flujo negativo y flujo

negativo (reflujo).


Para corrientes de salida de n de la T, debe especificar N-1 relaciones de flujo. HYSYS calcula el

flujo de la corriente desconocida ratio y los caudales de salida.

= 1.0

=1

=

Donde:

ri : relacin de la corriente i-esimo del flujo

fi : flujo de salida de la corriente i-esimo

F : caudal de alimentacin

Pgina de boquillas La pgina Boquillas contiene informacin sobre la elevacin y el dimetro de las boquillas.



Se recomienda encarecidamente que la elevacin de las boquillas de entrada y salida son iguales

para esta operacin de la unidad. Si desea modelar la cabeza esttica, la pieza de equipo se puede

mover mediante la modificacin de la Base de Elevacin con respecto a la Tierra en el Campo de

elevacin.


Ejemplo N 03

De la corriente de Gas situado en el ejemplo n , dividir la corriente en 4 corrientes de Gas

divididas proporcionalmente (Split) 0.2, 0.4, 0.1, 0.3.

Figura N35: Mezclador de corrientes

Mezclador de Corrientes (Mixer)

La operacin del mezclador combina dos o ms flujos de entrada para producir un corriente de

salida nica. Un equilibrio del calor y material de completa se realiza con el Mixer. Es decir, la

temperatura desconocida entre las corrientes de entrada y de salida se calcula siempre

rigurosamente. Si se conocen las propiedades de todas las corrientes de entrada al mezclador



(temperatura, presin, y composicin), de las propiedades de la corriente de salida es calculado

automticamente desde la composicin, la presin y la entalpa es conocida por esa corriente.

La presin de la mezcla y la temperatura son por lo general las incgnitas que se determinen. No

obstante, la Mezclador tambin calcula hacia atrs y determinar la temperatura que falta para una

de las corrientes de entrada si el enchufe est completamente definido. En este ltimo caso, la

presin debe ser conocida por todos los arroyos.


Conexiones y parmetros En la pgina Conexiones, puede especificar lo siguiente:

cualquier nmero de corrientes de entrada al mezclador

una corriente de salida nica

Nombre de la mezcladora

paquete de fluido asociada a la mezcladora


La pgina de Parmetros le permite indicar el tipo de asignacin automtica de la presin, HYSYS

debe usar para las secuencias unidas al mezclador.




El valor predeterminado es Outlet a menor Inlet, en cuyo caso todo menos una presin de flujo

asociado debe ser conocida. HYSYS asigna la presin de entrada ms baja hasta la presin de la

corriente de salida.

Pgina de boquillas La pgina de boquillas contiene informacin con respecto a la elevacin y el dimetro de las

boquillas.

Se recomienda encarecidamente que el alzado de las boquillas de entrada y salida son iguales

para esta operacin de la unidad. Si desea modelar la cabeza esttica, la pieza de equipo se puede

mover mediante la modificacin de la Base de elevacin con respecto al campo de tierra Elevacin.


Ejemplo N 4

Mezclar 3 corrientes, todas las corrientes de limitacin est a temperatura ambiente y presin

atmosfrica

Las composiciones estn e Flujo molar (kg/h) y son:

Componentes Corrientes 1 Corrientes 2 Corrientes 3



Benceno 10 20 30 Tolueno 0.5 1 1.5 Xileno 0.25 0.5 0.75

Simulacin


Fraccionador de corrientes (Splitter)

Aspen Hysys dispone de un fraccionador de corrientes o Splitter cuya simulacin representa la

separacin de una corriente en dos corrientes que requieren de la especificacin de las fracciones

de recuperacin de cada componente en una de ellas, adems de otros cuatro parmetros. Un

esquema d este fraccionador se muestra en la Figura N37


Siendo Fs los flujos de las corrientes, z, y y e x las fracciones molares de los componentes en

cada una de las corrientes y Q el calor requerido



= 1 + 2 (7)

Para C componentes, i=1,, C y, por lo tanto, se plantean C ecuaciones de balance de materia de

componentes

Un balance de energa se expresa mediante la ecuacin

+ = 11 + 22 (8)

Split Permite realizar divisiones de los componentes en fracciones.

Figura N42: Split

Punto de corte TBP La pgina de punto de corte TBP le permite especificar las composiciones de las corrientes de

producto, proporcionando el punto de corte TBP entre los , y suponiendo que no hay separacin

definida en el punto de corte.

Figura N43: TBP Cut Point

Ejemplo N 5



Se desea dividir 226000 lb/h de Amoniaco (-9F y 225psig) en dos corrientes una con 30% y otra

con 70% de la cantidad de masa. (Seleccionar Peng Robinson)



Bombas (Pump)

Los clculos se basan en la ecuacin de la bomba estndar de potencia, que utiliza el aumento de

la presin, el caudal del lquido y la densidad.

=( )

Donde:

: Presion de salida de la bomba

: Presion de entrada a la bomba.

La ecuacin anterior define la potencia ideal necesaria para elevar la presin del lquido, el lquido,

el requisito de potencia real de la bomba se define en trminos de la eficiencia de la bomba.

(%) =

100%

Cuando la eficiencia es inferior a 100%, el exceso de energa entra en elevar la temperatura de la

corriente de salida.



Finalmente la potencia real es igual a la diferencia en el flujo de calor entre la salida y la entrada

de corrientes

= ( )

Si el alimento est completamente definido, solo dos de las siguientes variables tienen que ser

especificado para la bomba para calcular todas las incgnitas

Presin o cada de presin de salida

Eficiencia

Energa de la bomba

La potencia ideal requerido, W, para aumentar la presin de un fluido incompresible es:

=(2 1) ()

Donde:

P1 : presin de ingreso

P2 : presin de salida

: densidad de la corriente

F : Flujo molar

MW : Peso molecular del fluido

Curvas (Curves) Ecuacin de la curva de una bomba

= + + 2 + 3 + 4 + 5

Figura N46: ingreso de los coeficientes para la ecuacin de cabeza

Aadir curvas

Velocidad de 50 rpm, flujo de ingreso de 200 m3/h

Flujo (GPM) Head(ft) % Eficiencia 400 74.7 20



800 70.5 48 1200 65.2 65 1600 58.6 70 2000 50.1 63 2400 39.5 48 2800 26.4 30

Figura N47: perfiles de la curva de la bomba

NPSH El valor de NPSHrequerido bien puede tomarse de las curvas de NPSH o especificar directo en el

campo requerido NPSH. Para especificar directamente en NPSHrequerido, primero debe borrar la

casilla de verificacin y habilitar curvas NPSH (Enable NPSH curves)

NPSHdisponible puede calcularse explcitamente de las condiciones de diagramas de flujo haciendo

clic en el botn de calcular la cabeza, el NPSHdisponible se calcula como sigue:

=1

+ (

12

2)

Donde:

P1 : presin de la corriente de entrada a la bomba.

Pvap : presin de vapor de la corriente de entrada.

: Densidad del fluido

V1 : velocidad de la corriente de entrada

g : constante de gravedad

Velocidad de 40 rpm



Flujo (barrel/day

Head (ft) % Efficiency

10000 40 50 20000 35 40 30000 30 30 40000 25 20

Figura N48: ingreso de curvas NPSH

+ 3

Pgina de motor elctrico (Electric Motor) Le permite conducir su operacin de la unidad de rotacin a travs de la designacin de un par

motor en comparacin con la curva de velocidad. Estos esfuerzos de torsin vs curvas de

velocidad o bien se puede obtener del fabricante para el tipo de motor. Para la mayora de

aplicaciones de la industria de procesos, se utiliza un tipo NEMA A o B del motor elctrico.

Cuando se utiliza la opcin del motor elctrico el esfuerzo de torsin (y potencia) generada por

el motor es equilibrada contra el par consumida por el equipo de rotacin.



Figura N49: Evaluacin de curvas (Speed vs Torque)

Ejemplo N ..

Realizar la simulacin de un sistema de bombeo.

Condiciones de operacin, a 26C y 14.7 psia, utilizando un flujo de 1359 m3/h. la corriente se

separa en tres corrientes con el mismo caudal en forma paralela, siendo impulsadas cada

corriente con una bomba. A continuacin se detalla la curva caracterstica de las bombas 1, 2 y

3.

Speed: 1480 rpm, eficiencia adiabtica 47.08%, teniendo una cada de presin de 173.9 psi

Flow (m3/h)

Head(m) % Eficiencia

Flow (m3/h)

Head(m) % Eficiencia

0.00 135.00 0.00 1100.00 107.00 78.25

100.00 133.00 9.60 1200.00 105.00 79.50

200.00 130.00 21.20 1300.00 101.00 80.75

300.00 125.00 31.80 1400.00 98.00 82.00

400.00 123.00 42.30 1500.00 95.00 80.30

500.00 120.00 51.60 1600.00 90.00 78.70

600.00 117.00 58.00 1700.00 80.00 77.00

700.00 115.00 63.60 1790.00 74.00 74.00

800.00 113.00 68.00

900.00 110.50 72.00

1000.00 110.00 74.30



Figura N 50 Sistema de Bombeo



Compresor (compressor) Expansor (Expander)

El compresor se utiliza para aumentar la presin del gas a su entrada. Dependiendo de la

informacin facilitada, calcular o una propiedad dela corriente (presin o temperatura), o la

eficacia de compresin.

El expansor se usa para disminuir la presin de un gas a alta presin en la entrada y producir un

gas a baja presin y alta velocidad. Un proceso de expansin implica convertir la energa interna

del gas en energa cintica y finalmente en trabajo.

Eficiencia Isoentrpica: relacin entre potencial Isoentrpica (ideal) requerida para la

compresin a la potencia real requerido:

(%) =( )

( )100%

Eficiencia Politrpico: trabajo para un proceso mecnico reversible (politrpico)

=

Para una compresin politrpico de un gas de P1 a P2

Flujo (ACFM) Polytropic Efficiency (%)

Centrifugal

2 000 69 5 000 72

10 000 73 20 000 74 50 000 75

100 000 76 Ratio Presure Eficiencia Politrpico (%)

Reciprocating

1.5 73 2.0 79 3.0 83 5.0 85

Head vs la capacidad de flujo



Figura N51: Perfiles de curvas en el compresor (Curvas de cabeza)

Eficiencias Eficiencia

s Compresor Expansor

Adiabtico

=( )

( )

=( )( )

Politrpico

[(

)(

1 )

1] [(

1) ( 1

)]

[(

)(

1 )

1]

Donde:

=(/)

(,/)

=(/)

(,/)

Donde:

H= entalpia msica Out = salida del producto Inf = corriente de alimentacin

[(

)(

1 )

1]

[(

)(

1 )

1] [(

1) ( 1

)]

Donde:

=(/)

(,/)

=(/)

(,/)

Donde:

P = presin = Densidad msica n = exponente politrpico k = exponente Isoentrpica

Cabeza del compresor

Las cabezas adiabticas y politrpicas prestados despus de los clculos de la compresora

centrifuga se han completado, solo cuando la pgina de resultados del compresor centrifuga es

selecto. La simulacin exigir esta mencin (real) es el flujo de energa del compresor (flujo de

calor). La cabeza politrpica se calcula basndose en el mtodo de ASME

Cabeza de Expansor

Las cabezas adiabticas y politrpicas se llevan a cabo despus de que los clculos de expansin

se han completado, solo cuando se selecciona la pgina de resultados del expansor produce el

trabajo (real) de la corriente de energa expansor (flujo de calor).



Ejemplo N 5

Calcular el flujo volumtrico de una corriente de Suministro de Gas teniendo una eficiencia

politrpica de 75% en el compresor.

Condiciones de operacin

Figura N52: condiciones de operacin

Curvas de cabeza del compresor

14 300 rpm 14 000 rpm Volume

Flow Head (m3) %Efficiency Volume

Flow Head (m3) %Efficiency 0.00 211.00 77.00 0.00 199.00 77.00

3050.00 195.93 77.00 2900.00 187.93 77.00 3100.00 193.93 77.00 3000.00 185.93 77.00 3200.00 192.93 77.00 3100.00 184.93 77.00 3300.00 191.93 78.00 3200.00 183.93 78.00



3400.00 189.93 78.50 3300.00 181.93 78.50 3500.00 187.93 78.50 3400.00 179.93 78.50 3600.00 185.93 78.20 3500.00 177.93 78.50 3700.00 183.93 79.00 3600.00 175.93 79.00 3800.00 181.93 79.00 3700.00 173.94 79.00 3900.00 179.93 79.00 3800.00 171.94 79.00 4000.00 176.93 79.00 3900.00 167.94 79.00 4100.00 173.94 79.00 4000.00 165.94 79.00 4200.00 169.94 79.00 4100.00 163.94 79.00 4300.00 166.94 78.80 4200.00 159.94 79.00 4400.00 163.94 78.50 4300.00 155.94 78.50 4500.00 159.94 78.20 4400.00 151.94 78.50 4600.00 155.94 78.00 4500.00 147.94 78.00 4700.00 149.94 77.50 4600.00 143.95 77.00 4800.00 145.95 77.30 4700.00 137.95 77.00 4900.00 138.95 75.80 4800.00 131.95 75.00 5000.00 130.95 74.00 4900.00 123.95 74.00 5100.00 119.95 70.00 5000.00 115.96 72.00 5200.00 110.96 70.00 5100.00 107.96 70.00 5350.00 0.00 1.01 5200.00 0.00 1.01

13 000 rpm 12 000 rpm

Volume Flow

Head (kJ/kg) %Efficiency

Volume Flow


0.00 170.00 77.00 0.00 145.00 77.00 2520.00 162.24 77.00 2180.00 138.95 77.00 2600.00 161.94 77.50 2200.00 137.95 77.00 2700.00 159.94 77.80 2300.00 137.75 77.50 2800.00 158.94 78.00 2400.00 135.95 78.00 2900.00 157.94 78.50 2500.00 135.45 78.00 3000.00 155.94 78.50 2600.00 133.95 78.50 3100.00 153.94 78.50 2700.00 131.95 79.00 3200.00 151.94 79.00 2800.00 130.95 79.00 3300.00 149.94 79.00 2900.00 128.95 79.00 3400.00 147.94 79.00 3000.00 126.95 79.00 3500.00 145.95 79.00 3100.00 124.95 79.00 3600.00 144.95 79.00 3200.00 121.95 79.00 3700.00 139.95 79.00 3300.00 119.95 79.00 3800.00 135.95 79.00 3400.00 116.46 79.00 3900.00 132.95 78.80 3500.00 113.96 79.00 4000.00 129.95 78.50 3600.00 109.96 78.50 4100.00 125.95 78.00 3700.00 101.96 78.00 4200.00 121.95 77.00 3800.00 97.96 77.00 4300.00 115.96 76.00 3900.00 91.96 76.00 4400.00 111.96 74.00 4000.00 85.97 74.00 4500.00 103.96 73.00 4100.00 79.90 73.00 4600.00 97.96 71.00 4250.00 77.97 70.00 4700.00 91.96 70.00 4700.00 0.00 1.00 4950.00 0.00 1.01

10 000 rpm 11 000 rpm



Volume Flow


Volume Flow


0.00 120.00 77.00 0.00 101.00 77.00 1900.00 116.46 77.00 1700.00 95.96 77.00 2000.00 115.96 77.50 1800.00 95.46 77.50 2100.00 114.96 77.50 1900.00 94.46 78.00 2200.00 113.96 78.50 2000.00 93.96 78.50 2300.00 112.96 79.00 2100.00 91.96 79.00 2400.00 110.96 79.00 2200.00 89.96 79.00 2500.00 109.96 79.00 2300.00 87.96 79.00 2600.00 107.96 79.00 2400.00 86.97 80.00 2700.00 105.96 80.00 2500.00 84.97 80.00 2800.00 103.96 80.00 2600.00 81.97 79.00 2900.00 101.96 79.00 2700.00 79.97 79.00 3000.00 97.96 79.00 2800.00 75.97 79.00 3100.00 95.96 79.00 2900.00 73.97 78.00 3200.00 91.96 78.50 3000.00 69.97 77.00 3300.00 87.96 78.00 3100.00 65.97 76.00 3400.00 84.97 77.00 3200.00 61.97 75.00 3500.00 79.97 76.00 3300.00 57.98 72.00 3600.00 75.97 75.00 3400.00 53.98 70.00 3700.00 69.97 72.00 4050.00 0.00 1.00 3800.00 63.97 70.00 4350.00 0.00 1.00

9 000 rpm 8 000 rpm Volume

Flow Head

(kJ/kg) %Efficiency Volume

Flow Head

(kJ/kg) %Efficiency 0.00 82.00 77.00 0.00 68.00 77.00

1550.00 76.97 77.00 1360.00 60.97 77.00 1600.00 76.77 77.00 1400.00 60.47 77.00 1700.00 75.97 78.00 1500.00 59.97 78.00 1800.00 74.97 79.00 1600.00 57.98 79.00 1900.00 73.47 79.00 1700.00 56.98 79.00 2000.00 71.97 80.00 1800.00 55.98 80.00 2100.00 69.97 80.00 1900.00 53.98 80.00 2200.00 67.97 79.00 2000.00 51.98 79.00 2300.00 65.97 79.00 2100.00 49.98 79.00 2400.00 63.97 78.00 2200.00 46.98 78.00 2500.00 59.97 76.00 2300.00 43.98 76.00 2600.00 57.98 74.00 2400.00 41.48 74.00 2700.00 53.98 76.50 2500.00 36.99 72.00 2800.00 49.98 74.00 2590.00 33.99 70.00 2900.00 45.98 72.00 3100.00 0.00 1.00 2950.00 42.98 70.00 3550.00 0.00 1.00

7 600 rpm Volume Flow Head (kJ/kg) %Efficiency

0.00 62.00 77.00



1300.00 54.08 77.00 1400.00 53.98 78.50 1500.00 52.98 79.00 1600.00 52.78 79.00 1700.00 49.90 80.00 1800.00 47.98 79.00 1900.00 45.98 79.00 2000.00 43.98 78.00 2100.00 40.08 77.00 2200.00 37.99 76.00 2300.00 35.99 73.50 2400.00 31.99 70.00 2800.00 0.00 1.00

Figura N53: Grafica de las curvas de cabeza

Figura N54: Proceso de compresin de una corriente Gas

Ejemplo N 6

De la misma corriente de gas Expandir un corriente de 50 bar_g a 10 bar_g, calcular la eficiencia

y la energa necesaria.



Figura N50: Parmetros de operacin

Tuberas (Pipe) y Vlvulas (Valv)

Tuberas (Pipe Segment) El segmento de tubo se utiliza para simular una amplia variedad de tuberas situaciones que van

desde tuberas nico o de mltiples fases planta con estimacin de transferencia de calor riguroso,

para una gran capacidad de bucle problemas de tuberas. Ofrece varias correlaciones de cada de

presin:

Modos de clculo

La operacin segmento de tubera contiene cuatro modos de clculo:

Cada de presin

Longitud

Flujo

Dimetro

El modo se asigna de forma automtica en funcin de lo se especifica informacin.

Independientemente del modo que utilice, debe especificar el nmero de incrementos en el tubo.

Los clculos se realizan en cada incremento, por ejemplo, para determinar la cada de presin, los

clculos de los balances de energa y de masa se realizan en cada incremento, y la presin de

salida.

Incremental Balances de materia y energa

El algoritmo general consta de tres bucles anidados. El exterior estructura se repite en los

incrementos (de presin, longitud o de flujo Modo), el bucle medio resuelve para la temperatura,

y el bucle interior resuelve por presin. Los bucles medio e interno implementar un mtodo de la

secante para acelerar la convergencia.

La presin y la temperatura se calculan como sigue:

=



=

Donde:

Q : cantidad de calor transferido

U : coeficiente global de transferencia de calor

A : rea de transferencia de calor exterior

: Log media de diferencia de T

: El flujo de calor de la corriente de entrada

: El flujo de calor de la corriente de salida

Figura N55: Conexin de corrientes

Resumen de mtodos

Los mtodos anteriores han sido desarrollados para la prediccin de dos fases cadas de presin.

Algunos mtodos se desarrollaron exclusivamente para el flujo en tuberas horizontales, otros

exclusivamente para flujo en tuberas verticales, mientras que algunos se pueden usar para

cualquiera. Algunos de los mtodos definen un mapa rgimen de flujo y pueden aplicar especfico

correlaciones de cada de presin de acuerdo con el tipo de flujo predicho. Algunos de los mtodos

de calcular el lquido esperado atraco en el flujo de dos fases mientras que otros asumen una

homognea mezcla.

La siguiente tabla resume las caractersticas de cada modelo.

Informacin ms detallada sobre cada modelo se presenta ms adelante en esta seccin.

Figura N56: Modelos para clculos de mecnica cuntica

Modelo Flujo Horizontal Flujo

vertical Almacenamiento

de flujo Mapa

de flujo Aziz, Govier & Fogarasi No Si Si Si Baxendell & Thomas Utilizar con cuidado Si No No



Begg & Brill Si Si Si Si Duns & Ros No Si Si Si Greogory, Aziz, Mandhane

Si No Si Si

Hagedorn & Brown No Si Si No HTFS Homogeneous Si Si No No HTFS Liquid slip Si Si Si No Olgas 2000 Si Si Si Si Orkisewki No Si Si Si Poettman & Carpenter No Si No No Tacite Hydrodynamic Module

Si Si Si Si

Tulsa No Si Si Si

El procedimiento para el modelado de una longitud de tubera se ilustra usando el Diagrama se

muestra a continuacin. En el diagrama, la longitud del tubo de AD est representada por

segmentos, y tres accesorios

Figura N57: Esquema de tuberas

Numero 1 2 3 4 5 6 7 Representado por A F1 B F2 C F3 D Tubera/Accesorio T A T A T A T

Longitud x1 - y1 - x2 - 32 +

Elevacin 0 - y1 - 0 - y2

Seleccione una de las siguientes

Actual. el dimetro nominal no se puede especificar

Cdula 40

Cedula 80

Cedula 160

Tipo de material de la tubera Rugosidad absoluta, m Drawn Tube Dibujar tubo 0.0000015 Mild Steel Acero dulce 0.0000457 Asphalted Iron Acero asfaltado 0.0001220 Galvanized Iron Acero galvanizado 0.0001520 Cast Iron Hierro fundido 0.0002590



Smooth Concrete Hormign liso 0.0003050 Rough Concrete Hormign rugoso 0.0030500 Smooth Steel Acero liso 0.0009140 Rough Steel Acero rugoso 0.0091400 Smooth Wood Stave Madera lisa 0.0001830 Rough Wood Stave Madera rugosa 0.0009140

Prdida de presin apropiada

La prdida de presin accesorios se caracteriza por una ecuacin de dos constantes como se

muestra a continuacin

= +

Donde

A : constante, tambin conocido como factor de carga de velocidad

B : constante, tambin conocido como factor de FT

: factor de friccion completamente turbulente

La constante K accesorios de prdida de presin se utiliza a continuacin para obtener la cada de

presin a travs del montaje de la ecuacin que se muestra a continuacin

= 2

2

Donde

: cada de presion

: densidad

v : velocidad

El factor K6 de la ecuacin anterior se calcula a partir de las siguientes ecuaciones:

Para reductores:

= 0.8 sin

2(1 2) ( 450)

= 0.5(1 2)sin

2 (450 1800)

Donde:

=

Para agrandada

6 Ecuaciones para K han sido tomados de Crane, Flujo de Fluidos, 410M de publicacin, Apndice A-26



=2.6 sin

2

(1 2)2

4

Donde:

=

en las ecuaciones anteriores se conoce como ngulo de estampacin. ngulo Swage se muestra

en la siguiente figura:

Figura N58: Parmetros de operacin

Heat loos

Si se conoce la exigencia de calor total de la tubera, el balance de energa puede calcularse

inmediatamente. Cada incremento se supone tener la misma prdida de calor. Usted entra a la

prdida de calor de la tubera en el campo de la prdida de calor. Esta suposicin es vlida cuando

el perfil de temperatura es plana, lo que indica las bajas tasas de transferencia de calor en

comparacin con los flujos de calor de las corrientes. Este es el ms rpido mtodo de solucin.

Si se especifican tanto las temperaturas de entrada y salida, lineal perfil se asume y HYSYS puede

calcular el calor total deber. Este mtodo permite el clculo rpido cuando la corriente se conoce

las condiciones. Seleccione el botn de Prdida de Calor para ver el calculado deber general de

calor.

Overall HTC

Si el HTC total (coeficiente de transferencia trmica) y una temperatura ambiente representativa

son conocidos, el calor riguroso clculos de transferencia se llevan a cabo en cada incremento.

Figura N59: Perdida de calor



Segment HTC7

Si el coeficiente de transferencia de calor y un ambiente representativo temperatura son

conocidos para cada segmento. Se puede especificar la temperatura ambiente y HTC para cada

segmento de tubera que ha sido creado en la pgina acerca. HYSYS realiza calor riguroso

transferir clculos en cada incremento.

Cuando se selecciona el botn de radio Estimacin HTC, el Heat Transferir los cambios de pgina

a la ventana de propiedades se muestra en la figura a continuacin.

Mtodos se utilizarn nicamente para tuberas monofsicas que operan a nmeros de Reynolds

alto (> 10.000).

Los mtodos Profes y HTFS deben proporcionar mucho mejor resultados para dos y tres sistemas

de fase, y en el flujo laminar regin a costa de cierto incremento en el tiempo de clculo. En general

la opcin Profes se recomienda para la mayora de tuberas aplicaciones, ya que tiene en cuenta

plenamente el rgimen de flujo en la tubera y es razonablemente eficiente en el clculo. La opcin

es HTFS ms clculo intensivo, sobre todo en dos aplicaciones en fase donde se requieren clculos

de flash adicionales. Es se recomienda su uso en casos con un alto flujo de calor con alta

temperaturas delta entre el contenido de tuberas y ambiente condiciones.

Las cinco correlaciones proporcionadas son:

Petukov (1970)

=

( 8 )

1.07 + 12.7( 8 )1 2 (2 3 1)

Dittus and Boelter (1930)

=

0.023

0.8

Donde:

=0.3 0.4

Sieder and Tate (1936)

Para flujo de 2 fases

7 El HTC general y Estimacin HTC se pueden utilizar juntos para definir la informacin de transferencia de calor

para el tubo. Si slo conoce la temperatura ambiente, puede suministrarla en la seccin general de HTC y

tienen el valor global de HTC calculado por la seccin Estimacin HTC. Del mismo modo, es necesario para

especificar la temperatura ambiente en la estimacin de HTC seccin para el segmento de tubera para tener

la transferencia de calor suficiente informacin para resolver.



Para flujo de una sola fase

Profes

Implementa los mtodos utilizados por el programa Profes Pipe Simulacin (antes PLAC).

Los mtodos se basan en los mapas de flujo Profes para flujo horizontal y vertical, y las

correlaciones apropiadas se utilizan para determinar el HTC en cada regin del mapa de

flujo.

HTFS.

Implementa los mtodos utilizados por los programas HTFS.

Correlaciones independientes se utilizan para la ebullicin y condensacin de

transferencia de calor, y para el flujo horizontal y vertical. Los mtodos utilizados estn

documentadas en el manual HTFS.

Usted puede optar por incluir la resistencia trmica de la tubera en su Clculos HTC

seleccionando la casilla de verificacin Incluir pared del tubo.

La activacin de esta opcin requiere que se defina la conductividad trmica para el material de

la tubera en la ventana de propiedades detalle de cada segmento de tubera. Los valores por

defecto de conductividad trmica se proporcionan para los materiales estndar que se pueden

seleccionar en el segmento de tubera.

Figura N60: Segmento HTC

Estimate HTC

Figura N61: Calculo de transferencia de calor

Conduccin Fuera / conveccin



Fuera de conveccin ya sea aire, agua o tierra pueden ser incluidos mediante la seleccin de la

casilla de verificacin Incluir HTC exterior. Para el aire y agua, la velocidad del medio ambiente

est por defecto en 1 m/s, y es modificable por el usuario. La transferencia de calor por

conveccin fuera coeficiente de correlacin es para el flujo pasado tubos horizontales (JP Holman,

1989):

Si se selecciona el suelo como el medio ambiente, el tipo de suelo, entonces se puede seleccionar.

La conductividad trmica de este medio aparece, pero tambin es modificable escribiendo encima

del valor predeterminado.

Los tipos de tierra y sus correspondientes conductividades se tabulan a continuacin:

Tipo de Tierra Conductividad (W/mK)

Tipo de Tierra Conductivida

d (W/mK)

Dry Peat Turba seca 0.17 Frozen Clay

Arcilla congelada 2.50

Wet Peat Turba hmeda

0.54 Gravel Grava 1.10

Icy Peat Turba helada 1.89 Sandy Gravel

Grava arenosa 2.50

Dry Sand

Arena seca 0.50 Limestone Caliza 1.30

Moist Sand

Arena hmeda

0.95 Sandy Stone

Piedra arenosa 1.95

Wet Sand

Arena mojada

2.20 Ice Hielo 2.20

Dry Clay Arcilla seca 0.48 Cold Ice Helada 2.66 Moist Clay

Arcilla hmeda

0.75 Loose Snow

Nieve suelta 0.15

Wet Clay Arcilla mojada

1.40 Hard Snow Nieve dura 0.80

En HYSYS, el valor del coeficiente de transferencia de calor de los alrededores es basado en la

siguiente ecuacin resistencia a la transferencia de calor:

Donde:

Hentorno : coeficiente de calor que rodea

Rentorno : entorno de resistencia a la transferencia de calor

Zb : la profundidad de la cobertura a la lnea central de la tubera.

Ks : conductividad trmica tubera material circundante (aire, agua, suelo)



Dot : dimetro exterior de la tubera, incluyendo el aislamiento

Conduccin a travs de aislamiento

Conduccin a travs del aislamiento o cualquier otro revestimiento de la tubera tambin se

puede especificar. Varios materiales representativos se proporcionan, con sus respectivas

conductividades trmicas. Debe especificar un grosor para este recubrimiento.

Profes Mtodo Ceras

La deposicin de la cera del aceite a granel sobre la pared de la tubera es supone que slo ser

debido a la transferencia de masa, la dispersin de cizallamiento no es considera que es un factor

significativo. La tasa de deposicin es descrito por:

Aislamiento/tubera Conductividad

(W/mK) Aislamiento/Tubera

Conductividad (W/mK)

Evacuated Annulus

Anillo evacuado

0.005 Asphalt Asfalto 0.700

Urethane Foam

Espuma de uretano

0.018 Concrete Hormign 1.00

Glass Block Bloque de vidrio

0.080 Concrete Insulated

Hormign con aislamiento

0.500

Fiberglass Block

Bloque de fibra de vidrio

0.035 Neoprene Neopreno 0.250

Fiber Blanket

Manta de fibra

0.070 PVC Foam Espuma de PVC

0.040

Fiber Blanket Vap Barr

Manta de fibre

0.030 PVC block Bloque de PVC

0.150

Plastic Block

Bloque de plastico

0.036 PolyStyrene Foam

Espuma de poliestireno

0.027

Ejemplo,

Mostrar el balance de energa de la figura 57

Utilizar agua con una presin de 100 psia y Temperatura de 25C y un flujo de 20 m3/h.

considerar una temperatura de ambiente de 25C, y el sistema de tuberas se encuentran sobre

arena seca, la tubera es cedula 40 y el dimetro interno 254.5 mm.



Figura N62: Transporte de Fluido



Separacin de fases Instantneas (Separator & Tank)

El separador puede tener mltiples entradas, hay dos boquillas de producto

Vapor

Liquido

Cuando est en rgimen estacionario se define a continuacin el balance de energa:

= + +

Donde

Hfeed : el flujo de calor de la corriente de alimentacin.

Hvapor : el flujo de calor de la corriente de producto vapor

Hlight : el flujo de calor de la corriente de producto liquido ligero

Hheavy : el flujo de calor de la corriente de producto liquido pesado

La cada de presin a travs del recipiente se define como:

= = = +

Donde:

P : presin del separador

Pv : presin de la corriente de producto de vapor

Pl : presin de la corriente liquida

Pfeed : Presin de la corriente de alimentacin.

P : cada de presin en el separador

Phead : presin de la carga esttica

El volumen del separador, junto con el punto de ajuste para el nivel/flujo de lquido, define la

cantidad de atraco, en el recipiente en cualquier momento viene dado por la siguiente expresin.

= (%)

100

Donde

PV(%full) : nivel de lquido en el recipiente en el tiempo t



Figura N63: Ventana de conexiones de un separador y tanque

Figura N64: Ventana de WorkBook de un separador y un tanque

Sizing Se utiliza esta ventana para caracterizar la orientacin del separador o tanque

Figura N65: Sizing, geometra del equipo

Weir (Vertedero) Un vertedero puede especificarse para el separador de cilindro plano horizontal al seleccionar

Enable Weir8

8 La casilla de verificacin permitir vertedero solo est disponible para la opcin de forma

de cilindro plano



Figura N66: Instalando las posiciones del vertedero

La vista inicial atraco propiedad permite especificar la altura del vertedero y la posicin. La

posicin del vertedero es la distancia de la presa es desde el lado de alimentacin del vaso.

Cuando Aspen Hysys simula, el vertedero tiene dos volmenes en el interior del separador,

llamados ngulo de cada 1 y la cmara 2, pero todava hay slo un mayor volumen atraco y moles

hasta el solucionador de flujo de presin se refiere. Esto significa que las composiciones y

propiedades de las fases en los dos volmenes son los mismos

Figura N67: vertedero y los ngulos de cada

Boquillas (Nozzles)

Figura N68: Dimensin del separador, dimetro de las boquillas



Prdida de calor (Heat Loss) Modelo simple

= ( )

Figura N69: Perdida de calor, modelo simple

Modelo detallado

El modelo detallado le permite especificar los parmetros ms detallados de transferencia de

calor

Figura N70: Perdida de calor, modelo detalloso

Grifos9 de nivel (Level Taps) Ya que el contenido en un recipiente se puede, distribuidos en diferentes fases, la pgina de los

grifos de nivel le permite controlar el nivel de Lquido y acuosa contenidos que coexisten en la

zona especificada en un tanque o un separador

9 La informacin disponible en la pgina solo de da en casos dinmicos



Figura N71: Especificacin de grifos de nivel

PV : lmite r de la seccin a ser monitoreados. Se expresa en metros

OP : lmite de la salida de la escala de normalizacin

Carry Over Model

Figura N72: Carry Over, Feed Basis



Figura N73: Resultados de Cover over model

Ejemplo N

Separar la siguiente corriente en una fase liquida y otra vapor



Figura N74: Composicin de la corriente

A una presin de 658.8 kPa y una temperatura de 25C utilizando un flujo molar de 100

kgmole/h

Figura N75: Resultados de la separacin

SIMULACIN DE UNIDADES DE PROCESO (Transferencia de calor)

Air cooler

El funcionamiento de la unidad del refrigerador de aire utiliza una mezcla ideal de aire como el

calor transferir medio para enfriar (o calor) una corriente de proceso de entrada a un necesaria

condicin corriente de salida. Uno o ms ventiladores circulan el aire a travs de haces de tubos

para enfriar fluidos de proceso. El flujo de aire Se pueden especificar o derivado de los datos de

caractersticas del ventilador.

El refrigerador de aire puede resolver muchos conjuntos diferentes de especificaciones

incluyendo la:

En general, el coeficiente de transferencia de calor, UA



El flujo de aire total

Temperatura de la corriente de salida

Estado Estacionario Utiliza la misma ecuacin bsica y el Intercambiador de calor, funcionamiento de la unidad, sin

embargo, la operacin del refrigerador de aire puede calcular el flujo de aire sobre la base de la

informacin de clasificacin del ventilador.

Los clculos de aire ms fro se basan en un balance de energa entre las corrientes de aire y de

proceso. Para un aire contracorriente Enfriador, el balance de energa se calcula como sigue:

( ) = ( )

Donde:

: caudal msico de la corriente de aire

:caudal msico de la corriente de proceso

H :entalpa

El deber del refrigerador de aire, Q, se define en trminos del calor global coeficiente de

transferencia, el rea disponible para intercambio de calor, y el registro de diferencia de

temperaturas media:

=

Donde


A : rea de superficie disponible para la transferencia de calor

: iniciar diferencia media de temperatura

: factor de correccin

El factor de correccin LMTD, Ft., se calcula a partir de la geometra y la configuracin del

refrigerador de aire.

Transferencia de Calor El refrigerador de aire utiliza las mismas ecuaciones bsicas del balance de energa como la

operacin de la unidad de intercambiador de calor. Los clculos de aire ms fro se basan en un

balance de energa entre el proceso de aire y arroyos.

Para una corriente transversal del refrigerador de aire, se muestra el balance energtico como de

la siguiente manera:

( ) ( ) = ()

Donde:

: caudal msico de la corriente de aire



:caudal msico de la corriente de proceso

: Densidad

: Entalpia

: volumen de tubo enfriador de aire

Cada de presin La cada de presin del refrigerante del aire se puede determinar en una de dos maneras:

Especificar la cada de presin.

Definir una relacin de flujo de presin en el enfriador de aire por especificando un valor k.

Si se elige la opcin de flujo de presin para la cada de presin determinacin en el refrigerador

de aire, un valor k se utiliza para relacionar la prdida de presin por friccin y el flujo a travs

del intercambiador. Este relacin es similar a la ecuacin de la vlvula en general:

= 1 2

La ecuacin de flujo general utiliza la cada de presin a travs de la Intercambiador de calor y sin

ninguna contribucin de cabeza esttica. La cantidad, P1 - P2, se define como la prdida de

presin por friccin que se utiliza para el "tamao" del enfriador de aire con un valor k.

Ejemplo N 7

Condiciones de operacin, 100 bar_g, Temperatura 191F y un flujo molar de 100 kgmole/h, se

requiere enfriar la corriente en un refrigerador de aire, se quiere enfriar la corriente a una

temperatura de 110.5F, se desprecia la cada de presin, solo utilizar un ventilador, determinar

la temperatura de la salida del aire

Figura N75: Composicin molar de la corriente



Figura N75: Parmetros de Operacin

Figura N75: Resultados del gas enfriado

Cooler/Heater10

Las operaciones del refrigerador y el calentador son el calor de un solo lado intercambiador. La

corriente de entrada se enfra (o calentado) a la condiciones de salida requeridos, y los absorbe

corriente de energa (o proporciona) la diferencia de entalpa entre las dos corrientes.

10 La diferencia entre el enfriador y el calentador es la convencin de signos balance energtico.



Estas operaciones son tiles cuando usted est interesado slo en cmo Se requiere mucha

energa para enfriar o calentar una corriente de proceso con una utilidad, pero usted no est

interesado en las condiciones de la utilidad en s.

Estado Estacionario La diferencia principal entre un enfriador y un calentador es el signo convencin. Se especifica el

flujo de la energa absoluta de la utilidad corriente, y luego se aplica HYSYS que el valor de la

siguiente manera:

Para una, la entalpa o calor de flujo del refrigerador de la energa corriente se resta de la de la

corriente de entrada:

=

Para un calentador, se aade el flujo de calor de la corriente de energa:

+ =

Cada de presin La cada de presin del enfriador / calentador se puede determinar en una de dos maneras:

Especificar la prdida de carga de forma manual.

Definir una relacin de flujo de presin en el enfriador o calentador por especificando un

valor k.

Si se elige la opcin de flujo de presin para la cada de presin determinacin en el enfriador o

calentador, un valor k se utiliza para relacionar la prdida de presin por friccin y el flujo a travs

del enfriador / calentador.

La relacin es similar a la ecuacin de la vlvula en general:

= 1 2

Prdida de calor Pgina Valoracin informacin con respecto a la prdida de calor es relevante slo en El modo dinmico.

La pgina de la prdida de calor contiene la prdida de calor parmetros que caracterizan a la

cantidad de calor perdido a travs de la pared del vaso.

En el grupo de prdida de calor de modelo, se puede elegir entre una simple o Modelo de prdida

de calor detallada o ninguna prdida de calor a travs del vaso paredes.



Modelo simple El modelo simple le permite especificar la prdida de calor directamente, o haber la prdida de

calor a partir de los especificados valores:

Buen valor U

Temperatura ambiente

El rea de transferencia de calor, A, y la temperatura del fluido, Tf, son calculado por HYSYS

usando la siguiente ecuacin:

= ( )

Para un porttil, los parmetros disponibles para el modelo simple aparecen en la siguiente figura.

Figura N76: Perdida de calor

Los parmetros simples de prdida de calor son los siguientes:

En general Coeficiente de Transferencia de Calor

Temperatura ambiente

En general rea de Transferencia de Calor

Flujo de calor

El flujo de calor se calcula como sigue:

= ( )

Donde


A : rea de transferencia de calor

Tamb : Temperatura de ambiente

T :



El flujo de calor se define como el calor que fluye en el recipiente. El calor rea de transferencia

se calcula a partir de la geometra del vaso. La temperatura ambiente, Tamb, y el coeficiente global

de transferencia de calor, U, se puede modificar los valores por defecto que se muestran en rojo.

Ejemplo N

Se requiere enfriar una corriente de agua de 90C a 40C a 14.7 psi, se requiere calcular la energa

que se libera, y de igual manera calentar dicha corriente y elevar a 90C y calcular la perdida de

energa.

Figura N77: Esquema de simulacin

Horno (Furnace)

El calentador dinmico Fired operacin (Horno) realiza la energa y balances de materia para

modelar un tipo de calentador de fuego directo horno. Este tipo de equipo requiere una gran

cantidad de calor de entrada. El calor se genera por la combustin de combustible y transferido a

procesar streams. Un diagrama esquemtico simplificado de un calentador de fuego directo se

ilustra en la siguiente figura.



Figura N78: Esquema de un horno (Zona radiante, convectiva, zona ecomizador)

En general, un calentador encendido11 se puede dividir en tres zonas:

Zona radiante

Zona convectiva

Zona del economizador

Las conexiones de corriente allowsmultiple operacin calentador encendido en el lado de los

tubos en cada zona y economizador opcional, y selecciones de la zona de conveccin. La operacin

incorpora una sola modelo de quemador, y una sola entrada y la salida en el gas de combustin

de alimentacin lado.

Las siguientes son algunas de las principales caractersticas de la dinmica Funcionamiento del

calefactor usado:

Conexin flexible de fluido de proceso asociado en cada Zona calentador encendido. Por

ejemplo, la zona radiante y convectivo zona o economizador. Calentador de Fired

Diferente configuraciones pueden ser modelados o personalizar mediante tee, mezclador,

y operaciones unitarias intercambiador de calor.

Una opcin de indicacin de presin - flujo en cada lado y pasar realista modelos fluyen a

travs de calentador encendido funcionamiento de acuerdo con el gradiente de presin

en la totalidad de red de la presin de la planta. Posible inversin del flujo Por lo tanto, las

situaciones pueden ser modelados.

11 Para definir el nmero de zonas que requiere el calentador encendido, introduzca el

nmero en # External Pases campo en Conexiones

la pgina de la ficha Diseo.



Un clculo inclusivo integral calor radiante, conveccin y conduccin de transferencia de

calor en la zona radiante nos permitir predecir la temperatura del fluido del proceso,

Despedido Temperatura del gas de temperatura de la pared del calentador y de

combustin.

Un modelo dinmico que representa energa y materiales atracos en cada zona. La

transferencia de calor en cada zona depende de las propiedades de los gases de escape,

tubo y Fired Propiedades de la pared del calentador, propiedades de la superficie de metal,

el calor prdida para el ambiente y la fsica corriente de proceso propiedades.

Un modelo de combustin que representa mezcla imperfecta de combustible, y permite

que la llama de encendido automtico o extinguido basado en la disponibilidad de oxgeno

en el combustible mezcla de aire

REACCION DE COMBUSTION La reaccin de combustin en el modelo del quemador del calentador encendido realiza puro de

hidrocarburos (CxHy ) Clculos de combustin solamente.

La medida de la combustin depende de la disponibilidad de oxgeno que normalmente se rige

por la relacin de aire a combustible.

Relacin aire-combustible (AF) se define de la siguiente manera

Puede establecer los lmites de la combustin, como la mxima AFand la AF mnimo, para

controlar la llama del quemador. La llama no se puede encender si el aire calculado a combustible

cae por debajo del aire mnimo especificado para combustible. El aire mnima para combustible

y el mximo de aire a combustible se puede encontrar en la Pgina Parmetros de la ficha Diseo.

El calor liberado por el proceso de combustin es el producto de velocidad de flujo molar, y el

calor de formacin de los productos menos el calor de formacin de los reactivos a la combustin

la temperatura y la presin. En la operacin de la unidad de calentador encendido, un conjunto

reaccin tradicional para las reacciones de combustin no es requerida. Usted puede elegir los

componentes combustibles (el hidrocarburos y de hidrgeno) para ser considerado en la

combustin reaccin. Usted puede ver el mixingefficiency de cada combustible componente en la

pgina de parmetros de la ficha Diseo.

TRANSFERENCIA DE CALOR Los clculos de transferencia de calor calentador encendido se basan en la energa saldos de cada

zona. El lado de la carcasa del calentador encendido contiene cinco atracos:

tres de la zona radiante



una zona de conveccin

un atraco zona economizador como se indica anteriormente

Por el lado del tubo, cada flujo de individuo que pasa a travs de las zonas respectivas se considera

como una sola atraco. Trminos de calor importantes que subyacen al modelo de calentador

encendido son se ilustra en la siguiente figura.

Los trminos de calor relacionados con la tuve side se ilustran en la figura siguiente.



Tomando zona radiante como un sobre, el siguiente de la energa aplica ecuacin de balance

TRANSFERENCIA DE CALOR RADIANTE Para un objeto caliente en una habitacin grande, la energa radiante emitida es dado como



TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIN La transferencia de calor por conveccin participar entre un fluido y una de metal se da en la

siguiente

El U realmente vara con el flujo de acuerdo con el siguiente flujo de U relacin si se utiliza este

mtodo de flujo escamado:

La relacin de flujo de masa en el tiempo t para hacer referencia de flujo de masa es tambin

conocida como factor de flujo reducido. El factor de escala caudal mnimo es el valor ms bajo, lo

que se prev que la proporcin con bajo caudal regin. Para la operacin del calentador

Despedido, el caudal mnimo a escala factor puede ser expresada slo como un valor positive

Por ejemplo, si el factor de escala caudal mnimo es 0,001 (0,1%), cuando se logra esta relacin

de flujo de masa, los Uusedstays como un valor constante. por lo tanto

CADA DE PRESIN La cada de presin a travs de cualquier paso en la unidad de calentador encendido la operacin

se puede determinar en una de dos maneras:

Especificar la cada de presin - delta P.

Definir una relacin de flujo de presin para cada pasada por especificando un valor k

Si se elige la opcin de flujo de presin para la cada de presin determinacin en el paso

calentador encendido, un kvalue se utiliza para relacionar la cada de presin por friccin y el



flujo molar, Fthrough la Despedido del calentador. Esta relacin es similar a la vlvula en general

ecuacin:

Esta ecuacin de flujo de cada generalizada de presin a travs de la usesthe Despedido pase

calentador sin ninguna contribucin carga esttica. la cantidad, (P1-P2) se define como la prdida

de presin por friccin que se utiliza para el "tamao" del flujo. El kvalue se calcula sobre la base

de dos criterios:

Si el flujo de la islarger sistema que el valor en kref (k flujo de referencia), el kvalue

permanecen sin cambios. es recomienda que el flujo kreference se toma como 40% de

diseo de estado estacionario flowfor mejor flujo de presin la estabilidad en el rango de

caudal bajo.

Si el flujo del sistema es menor que el kref , La K valor viene dado por:

Donde:

Factor = valor est determinado por HYSYS internamente para tener en consideracin la

relacin gota flujo y la presin para las regiones de bajo flujo. El efecto de kref es aumentar

la estabilidad mediante el modelado de un ms relacin lineal entre el flujo y la presin.

Este es tambin ms realista con bajo caudal



Heat Exchanger

El intercambiador de calor se realiza de energa y material de doble cara equilibrar los clculos.

El intercambiador de calor es muy flexible, y puede calcular temperaturas, presiones, flujos de

calor (incluyendo prdida de calor y la fuga de calor), los flujos de corriente de material, o UA.

En HYSYS, usted puede elegir el Intercambiador de Calor Modelo para su anlisis. Sus opciones

incluyen un diseo de anlisis Punto Final modelo, un ideal (Ft = 1) contracorriente modelo de

diseo ponderado, un mtodo de clasificacin de estado estacionario, y un mtodo de clasificacin

dinmica para utilizar en simulaciones dinmicas. El mtodo de clasificacin dinmica es

disponible como un modelo bsico o detallado, y tambin puede ser utiliza en el modo de estado

estacionario por calificar Intercambiador de calor. La unidad operacin tambin permite el uso

de terceros Intercambiador de calor mtodos de diseo a travs de OLE extensibilidad

Los clculos de intercambiadores de calor se basan en balances energticos para los fluidos

caliente y fro

Estado estacionario:

En las siguientes relaciones generales, el fluido caliente suministra el calor Intercambiador deber

para con el fluido fro

= ([ ] ) ([ ] )

Donde:

M : caudal msico del fluido

H : Entalpia

Qleak : fuga de calor

Qloss : perdida de calor

Bal. Er. :a especificacin del intercambiador de calor que es igual a cero para la maypria

de las aplicaciones.

Hot,cold: fluidos calientres y frios

In,out : corriente de entrada y de salida.

El calor total transferido entre los lados del tubo y concha (Intercambiador de calor deber) se

puede definir en trminos de la global coeficiente de transferencia de calor, el rea disponible

para intercambio de calor, y el registro de diferencia de temperaturas media

=

Donde:




A : Superficie del rea disponible de transferencia de calor

: Diferencia logartmica de temperatura (LMTD)

: factor de correccin LMTD

El coeficiente de transferencia de calor y el rea de la superficie son a menudo combinados por

conveniencia en una sola variable denominada UA. La LMTD y su factor de correccin se definen

en la seccin Rendimiento

Cada de presin

La cada de presin del intercambiador de calor se puede determinar en una de tres maneras:

Especificar la cada de presin.

Calcular la cada de presin basado en el intercambiador de calor la geometra y la configuracin.

Definir una relacin de flujo de presin en el intercambiador de calor por especificando un valor

k.

Si se elige la opcin de flujo de presin para la cada de presin determinacin en el

intercambiador de calor, un valor k se utiliza para relacionar la prdida de presin por friccin y

fluir a travs del intercambiador. Este relacin es similar a la ecuacin general de la vlvula

= 1 2

Esta ecuacin de flujo de cada generalizada de presin a travs de la usesthe Intercambiador de

calor y sin ninguna contribucin de cabeza e

Documents

Manual Aspen Hysys v8 0 Espanol