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Desarrollo de las prácticas

III.1 Transferencia de calor

PRÁCTICA III.1.1 Operación de un Enfriador por aire

OBJETIVO:

Al término de la práctica el alumno conocerá los pasos básicos para iniciar un proceso de simulación para prácticas futuras de balance de materia y energía de cualquier operación unitaria, utilizando el simulador de procesos HYSYS.

MATERIAS CORRELACIONADAS:

Ingeniería Química II (Transferencia de calor), Balance de Materia y Energía.

III.1.1.1 Enunciado del problema:

Una corriente de proceso de 2,200 lbmole/ hr que contiene 50 % de Etanol y 50 % 1-Propanol que es enfriada por medio de un Enfriador por aire que opera a una ΔP = 1.2 psia y la temperatura de entrada y salida del aire son 77 °F y 86 °F respectivamente. La corriente inicial se encuentra a 100 °F y 16 psia.

Calcular la temperatura, entalpía, entropía, presión de la corriente de salida

Calcular el Flujo másico total de aire, la UA y LMTD

Especificaciones del Enfriador por AireNumero de Ventiladores 1Velocidad demandada 42 rpmVelocidad de diseño 60 rpmFlujo de diseño 5.434*107 barriles/ día

III.1.1.2 Solución. Mediante el simulador HYSYS

1. Una vez abierto el Simulador, la primera vista en aparecer es:

Manual de Prácticas de Ingeniería Química 187


Figura 1

2. Para iniciar una simulación, se debe abrir un nuevo caso, ya sea por medio del comando File/ New Case o directamente el icono New Case, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2

3. Una vez seleccionando el icono o el comando New Case la pantalla que aparece es la Figura 3. Simulation Basis Manager, en la sección Current Fluid Package de esta pantalla seleccione el botón Add, para seleccionar el paquete de Fluidos a utilizar.



Figura 3

4. En esta pantalla Fluid Package: Basis-1 seleccione el Paquete de Fluidos en el grupo Basis Property Package Selection, vea la Sección II.5.1.1 Selección Base de Propiedades y el Apéndice A - Métodos de Propiedades y Tablas de Referencia para el Uso de HYSYS.

Figura 4

5. Se selecciona el Paquete de Propiedades, en este caso NRTL, por medio del ratón o por las flechas del teclado. Figura 5.



Figura 5

6. Una vez seleccionado el Paquete de Propiedades, se pasa a la etiqueta Components y la Figura 6 aparecerá.

Figura 6

7. En esta sección se seleccionan los componentes que se van a utilizar en el problema, en este caso Etanol y 1-Propanol. Para la selección de los componentes en el cuadro de activación Match escriba el Nombre según su criterio de búsqueda. En este caso el cuadro activado es SimName ,



e iniciamos buscando el Etanol (en Inglés Ethanol), observe que al teclear la primera letra, la lista de Componentes Puros de la biblioteca busca una referencia rápida de los componentes probables que empiezan con la primera letra del componente que se está buscando, Figura 7. Vea la Sección II.5.2 Etiqueta Components.

Figura 7

8. Una vez descrito parte del nombre se observa que el componente resaltado es Ethanol, Figura 8.

Figura 8



9. Se presiona el botón Add Pure como se muestra en la Figura 9

Figura 9

10. Una vez seleccionado el botón se observa que el componente es agregado al cuadro Current Component List.

Figura 10

11. Agregado el primer componente adicionaremos el 1-Propanol de la misma manera, una vez terminado el nombre aparece la Figura 11 y al igual que el primer componente se oprimirá el botón Add.



Figura 11

12. La pantalla aparecerá como se muestra en la Figura 12 y como hemos terminado de señalar los componentes del problema cerramos la vista con el botón x (Cerrar), ubicado en la parte superior derecha de la pantalla: Fluid Package: Basis 1, como se muestra en esta Figura.

Figura 12

13. Al cerrar la pantalla aparece la Figura 13, donde se puede definir otro Paquete de Fluidos o trabajar con el definido, seleccionando después el botón Enter Simulation Environment.



Figura 13

14. Al pulsar Enter Simulation Environment aparece la Figura 14.

Figura 14

15. Para mejorar la visualización de la simulación, se amplio la pantalla del PFD por medio del botón Maximizar como se muestra en la Figura 15.



Figura 15

16. Una vez aumentada la visión de la pantalla será de la siguiente manera:

Figura 16

17. Pero antes de iniciar, se guarda el caso con el comando File/ Save As.., se guarda igual que cualquiera archivo en Windows, vea la Figura 17.

IMPORTANTE: Este paso se debe hacer antes de empezar a trabajar en la instalación de operaciones y corrientes, para evitar la pérdida de información por causas externas (por ejemplo, falta de electricidad).



Figura 17

18. HYSYS automáticamente lo manda a una subcarpeta Cases (Casos), que tiene el paquete de simulación

Figura 18

19. Al guardar su caso, indique un nombre que identifique el proceso, en este caso ENF AIRE, y presione el botón Guardar.



Figura 19

20. Para identificar cuando su proceso esta guardado en la memoria es por medio de la vista superior en color azul aparece el nombre especificado del caso, como se ve en la figura siguiente.

Figura 20

En este momento, se puede iniciar el cálculo del problema ya sea en modo del ratón, PFD, o el Worksheet, descritos anteriormente en la Sección II.10 Instalar Corrientes y Operaciones. A medida que uno se familiarice con el manejo del simulador, podrá manejar hasta tres modos de operación.



21. Para esta práctica se trabajará en el modo PFD, en este modo, se debe utilizar la Paleta de Objetos, y es de aquí que se instalará una corriente de materia como se muestra la Figura 21.

Figura 21

Para llevar acabo este paso se debe dar clic al botón izquierdo del ratón (una sola vez) y se lleva el cursor a la posición donde se desea colocarlo, en cualquier punto del PFD. Al instalar la corriente de operación se muestra como la Figura 22.

Figura 22



22. Al pasar el ratón sobre la figura de la corriente se especifican algunas propiedades, como se muestra en la Figura 23, esta propiedad también se da al pasar el ratón sobre una operación, se observa que al no haber especificado propiedades aparecen en vacío (empty).

Figura 23

23. Para iniciar la especificación se da doble clic sobre la figura de la corriente y al instante se mostrara la vista de propiedades. Figura 24.

Figura 24



Se observa que en esta sección las unidades se muestran en SI por lo cual se pueden cambiar las unidades; o puede trabajar en estas unidades ya que HYSYS puede hacer las conversiones (vea el Capítulo II y prácticas posteriores). Esto se hace seleccionando el comando Tools / Preferences.

Figura 25

Se observa que al abrir la sección aparece la vista en la cual se había cerrado anteriormente (modificaciones para impresión), de ahí se selecciona la etiqueta Variables, y la vista de la Figura siguiente aparece:

Figura 26



Se observa que aparece resaltado SI en el grupo Available Unit Sets. De este grupo seleccione Field (S. Técnico) para el campo de unidades.

Figura 27

24. Se cierra la vista anterior y se regresa a la vista de propiedades de la Corriente de alimentación, se indica el nombre especifico de la Corriente (útil para casos de múltiples equipos), en este caso ALIM, debido a que se trata de una sola operación; especifique T = 100 °F, P = 16 psia y un Flujo molar de 2,200 lbmole/hr, como se muestra en la Figura 28.

Figura 28



25. Ahora se procede a introducir la composición, esto se hace seleccionando la página Composition, ubicada en la parte izquierda. Estando en esta vista se selecciona el botón Edit.

Figura 29

26. Estando adentro de la composición, se observa que la especificación Mole Fractions está resaltada en el grupo Composition Basis, para esté caso se utiliza ésta, establecidas las composiciones presione el botón OK para salir de esta vista. Figura 30.

Figura 30



Observe que cada vez que se va introduciendo alguna cantidad, HYSYS la empieza a describir en la barra de desplazamiento que se muestra en la parte superior de la etiqueta.

27. La corriente a sido convergida por las propiedades dadas. Figura 32:

Figura 32

Cuando una corriente u operación ha sido convergida por la especificación de las propiedades; en la barra Editar de la parte inferior de la vista, que en pasos anteriores indicaba que hacia falta para la convergencia de la corriente, cambia del color amarillo al verde con el texto OK.

28. Hecho esto, regresamos a la página Conditions de la etiqueta Worksheet para ver las propiedades de la corriente de alimentación, Figura 33, y observe que las propiedades restantes son convergidas por HYSYS.

NOTA: Recuerde que los datos que el usuario proporciona se muestran en color azul y las convergidas por HYSYS en negro, que no pueden ser modificadas, Sección III.1.4.5 Vista Stream Property de este manual.



Figura 33

Para observar más propiedades de la corriente nos pasamos a la página Properties de la etiqueta Worksheet, la vista que se presenta es la misma que en la Figura 34.

Figura 34

Observe que en esta pantalla aparecen algunas propiedades vistas en la etiqueta Conditions, las especificadas por el usuario (temperatura, y presión) y los restantes son calculados por HYSYS a estas condiciones.



IMPORTANTE: No siempre se debe de empezar especificando una corriente, se puede empezar instalando la operación unitaria o la corriente de salida dependiendo del entendimiento que tenga del problema planteado o por facilidad de manejo.

29. Cerrando la vista de propiedades de la Corriente ALIM aparece la Figura 35. Observe que la corriente aparece con un color azul más oscuro, indicando con esto que ha convergido la corriente, al igual en la barra de color blanco en la parte inferior indica Completed.

Figura 35

Nota: No siempre las corrientes son convergidas por las propiedades indicadas, ya que pueden estar implícitas con una o varias operaciones unitarias, así como, con otras corrientes.

30. Especificada la corriente de entrada, ahora vamos a instalar la operación Enfriador por Aire (Air Cooler) seleccionándola de la Paleta de Objetos. Figura 37.

31. Instalada la operación Enfriador por Aire se ve igual que la Figura 37.



Figura 36

Figura 37

32. Se da doble clic en la imagen de la operación, para especificar las propiedades del equipo y las corrientes de entrada y salida. La vista de propiedades se observa como la Figura 38.



Figura 38

33. La etiqueta que aparece es Design en la página Connections donde se indican: Inlet (Corriente de Entrada) y Outlet (C. de Salida); también se puede dar un nombre especifico al Enfriador, útil para casos de múltiples equipos. Se selecciona ALIM como corriente de entrada.

Figura 39

Siempre que una o varias corrientes de materia son especificadas antes de una operación unitaria, al instalar estás, las corrientes de conexión (Inlet, Outlet), desplegarán las corrientes especificadas previamente.



34. Especificadas las corrientes de entrada y de salida y el nombre de la operación (en este caso ENF AIRE) la pantalla se muestra de la siguiente manera:

Figura 40

35. Especificadas las corrientes de entrada y salida, y el nombre de la operación, se pasa a la página Parameters. En esta página se van especificar: Delta P = 1.2 psia, T i = 77 °F, Tf = 86 °F y la Configuration: One tube row, one pass (Numero de tubos en la transferencia, para esta práctica una tubería, un paso –especificado por regla– al instalar la operación), en este momento HYSYS especifica la UA para esta operación a estas condiciones, vea la Figura 41.

Observe que este paso aparece la leyenda Temperature Cross, indicando que hay un punto donde la temperatura de la corriente y el del aire de enfriamiento coinciden. Esto no indica que la corriente no ha convergido, es solo una indicación de proceso.

36. Hecho esto, se procede a especificar la etiqueta Rating, en esta etiqueta se van especificar los datos adicionales de la especificación del Enfriador por Aire, como se muestra en la Figura 42.



Figura 41

Figura 42

37. Una vez especificadas la etiquetas anteriores, pasamos a la etiqueta Worksheet y la pantalla que aparece es la Figura 43.



Figura 43

Aquí se puede observar que la corriente de salida es especificada.

38. Para esto pase a la etiqueta Performance, y aparece la página Resultados donde se puede ver las propiedades solicitadas por el problema.

Figura 44

39. Cerrando estas vistas, nuestra simulación aparece igual a la Figura 45.



Figura 45

40. Ahora se guardan los cambios hechos en el caso, se guarda igual que cualquiera archivo en Windows, seleccionando el botón Save Case.

Figura 46

41. Como HYSYS ya resolvió nuestra simulación, imprimiremos la Página de reporte de todo el equipo, aunque los resultados se muestran en el paso 39, presionando el botón derecho del ratón y de la lista se selecciona Print Datasheet. Figura 48.



Figura 47

42. La vista que aparece es la Figura 48, donde se selecciona el botón Print para imprimir las hojas de reporte del Simulador HYSYS.

Figura 48

43. Las Hojas de reporte obtenidas del punto anterior son las presentadas en las páginas 214-216.



Observe que en esas Hojas aparece el nombre de la empresa o institución que adquirió el Simulador donde se elabora su simulación (Universidad Veracruzana), Fecha y Hora de elaboración y el nombre donde se encuentra localizado nuestro caso, al igual que el campo de unidades con el que se trabajo (en este caso Field).

También especifica cada corriente (de entrada y salida), la operación, y cada una de las especificaciones calculadas por HYSYS y las especificadas por el usuario, las cuales se identifican con un asterisco (*) en las cantidades.

44. Hecho lo anterior, se cierra el caso para iniciar con otra práctica, por medio del comando File/ Close Case, Figura 49.

Figura 49

45. Cerrando el caso, aparece la Figura 1 que esta al principio de esta práctica, donde para iniciar una nueva simulación se vuelven a llevar los primeros 17 pasos, modificando algunos datos de acuerdo al proceso de simulación.

III.1.1.3 Resultados

Las propiedades remarcadas en las hojas siguientes:


del grupo selección del paquete de propiedades base (base ...€¦ · web viewoperación de un...

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