Etapa de calentamiento de un procesode obtencin de crudo.

Castilla Diana 1, De La Rosa Leni 1, Puello Fernando1, Carrillo Nilson Alexander2

1Estudiantes Universidad de Cartagena,2Profesor de termodinmicadcarolinac-9627@hotmail.com

I. Resumen

El siguiente artculo, muestra el balance de exerga realizado a una etapa de calentamiento deun proceso de produccin de crudo en una refinera industrial, que consta de dos flujos -uno deentrada y el otro de salida- con propiedades conocidas, analizaremos los valores obtenidos parael cambio de la exerga en esta etapa, as como la eficiencia trmica del proceso estudiado. Sepretende entonces demostrar los conocimientos adquiridos durante el curso de termodinnamicacon el desarrollo de este trabajo.

Palabras Claves: Exerga, Entropa, Energa, Entalpa,

II. Abstract

The following article shows the exergy balance carried to a heating step of a production processin an industrial oil refinery, consisting of two streams, one input stream and one of output withknow properties, we analize the obtained values for changing yhe exergy at this stage, and thethermal efficiency of the process studied. Then will seek to demostrate the knowledge acquiredduring the course of thermodynamics to the development of this work.

Keywords: Exergy, Entropy, Energy, Enthalpy, Balance.

III. Introduccin

La energa est constituida por dos partes,la parte til o exerga y la parte intil oanerga. Uno de los conceptos ms im-portantes en el estudio de la termodinmica esel de exega, que se conoce como el potencialde trabajo de la energa, es una propiedad queindica la disponibilidad de energa o energadisponible.

El potencial de trabajo de la energa con-tenida en un sistema es el trabajo til mx-imo que puede obtenerse del sistema, entoncesla exerga representa el lmite superior de lacantidad de trabajo que se puede entregar yutilizar respetando todas las leyes de la termod-inmica. Es importante destacar que la exergaes una propiedad tanto del sistema como de

sus alrededores, y no slo del primero, ademspuede ser destruida pero no creada en procesosreversibles y en sto se diferencia de la energa.

Para realizar un anlisi o balance exergticoinicialmente se debe definir el estado inicial,un sistema conceder su mximo de trabajocuando sea sometido a un proceso reversibledesde el estado inicial al estado muerto, esteltimo es el estado que se presenta cuandoel sistema se encuentra en equilibrio termod-inmico con sus alrededores, se encuentra ala temperatura y presin de sus alrededores,no tien energa cintica o potencial relativa asus alrededores y no reacciona con los alrede-dores.Las propiedades del estado muerto serepresentan con u subndice cero(0), y a difer-encia de la energa, la exerga es igual a cerocuando se encuentra en equilibrio con el ambi-

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ente.

El anlisis de exerga se puede realizar me-diante un anlisis de energa y entropa. Eneste trabajo se estudiar el cambio de energade dos flujos o corrientes en movimiento dadopor las expresiones

Se analizarn los valores obtenidos te-niendo en cuenta que el cambio de exergade flujo es independiente del tipo de sistemausado, el tipo de proceso ejecutado y de la nat-uraleza de las interacciones energticas con losalrededores y que la exerga de flujo puede sernegativa a presiones menores que la presionambiental P0.

IV. Mtodos y Clculos

Descripcin del procesoEl proceso elegido para la realizacin del anli-sis exergtico hace parte de una planta de pro-duccin de crudo que, como es de esperarseconsta de varias etapas que permiten la obten-cin del mismo. Hemos elegido una etapa decalentamiento, que como su nombre lo indicaconsta de un calentador por el que entra unacoriente del producto y sale a mayor temper-atura por otra corriente, a causa de un flujocaliente que es alimentado al equipo.

Veamos en la figura 1, la etapa del procesoa la cual nos referimos.

Contamos con los siguientes datos:

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Conociendo los datos proporcionados porla tabla procedemos a realizar nuestro anlisisexergtico:

El flujo 30 corresponder a 1 y el 31 a 2.

Flujo 1(30) = (h h0) t0(S S0) + V22S = Cp ln TT0 R ln PP0S = 0, 680 BtulbmR ln 1058,57R536,67R

1,98584 BtulbmolR 6588,7 lbmolhr1998056 lbmhr

ln 195Psi14,7PsiS = 0, 680 BtulbmR ln 1058,57R536,67R

6, 54x103 Btulbm ln 195Psi14,7PsiS = 0, 4450 BtulbmRS = 0, 4450 BtulbmR 1998056 lbmhrS = 889134, 92 BtuhrR1 = (1243466427 Btuhr h0)

536, 66R(889134, 92 BtuhrR )

Flujo 2(31)

Fase LquidaS = 0, 706 BtuLbmR ln 1139,677R536,67R

1,98584 BtulbmolR 6588,7 lbmolhr1998056 lbmhr

ln 17Psi14,7PsiS = 0, 706 BtulbmR ln 1139,677R536,67R 536, 67R

6, 54X1O3 Btulbm ln 17Psi14,7PsiSL = 0, 5307 BtulbmRSL = 0, 5707 BtulbmR 1385351 lbmhrSL = 735205, 7757 BtuhrR Fase VaporS = 0, 647 BtulbmR ln 1139,677R536,67R

1,98584 BtulbmolR 6588,7 lbmolhr1998056 lbmhr

ln 17Psi14,7PsiSV = 0, 4863 BtulbmRSV = 0, 4863 BtulbmR 612705 lbmhrSV = 297958, 4415 BtuhrRSV +SV = 1033164, 217 BtuhrR

2 = (1079537555 Btuhr h0) 536, 67R(1033164, 217 BtuhrR )

= 2 1 = (1079537555 Btuhr h0)

536, 67R(1033164, 217 BtuhrR (1243466427 Btuhr h0) 536, 67R(889134, 92 BtuhrR

= 1079537555 Bruhr 554468240, 3 Btuhr +1243466427 Btuhr + 477172037, 5

Btuhr

= 86632669, 2 BtuhrNT =

1T0T

NT = 1536,67R1139,67R = 0, 53R

Exerga(x) = ( 1T0T Q =44277330, 8 Btuhr

NEX =Exergagastada(x)

NTQ

NEX =44277330,8 Btuhr

247000000 Btuhr 0,53NEX = 0, 33822

V. Anlisis y Discusin deResultados

Al realizar el clculo de la eficiencia exergticanos di un valor de 0,33822 que porcentual-mente corresponde a 33,822%,esta eficiencia sedebe a que la mayora del calor suministrado esarratrado por el flujo alimentado a la caldera ylas prdidas por las paredes de la caldera, estoes comn en los sistemas de calderas los cualestienen una eficiencia entre 30% y 40%, que noes muy alta debido a las prdidas existentes enel proceso.

VI. Conclusiones

Durante el desarrollo de este proyecto final,pudimos comprender en gran manera el con-cepto de exerga y anlisis exergtico, logramosa partir de los conocimientos adquiridos en elcurso de termodinmica, realizar un balance ex-ergtico a un proceso industrial real y analizarla eficiencia del mismo de acuerdo a lo resuelto.Los datos con los que se trabaj fueron toma-dos directamente de los planos de diseo de laplanta.

En definitiva, conseguimos entender yaplicar los temas claves del curso a la cotid-ianidad y demostrar que s es importante ilus-trarse sobre las propiedades de los sistemastermodinmicos.

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References

[Cengel y Boles, 2011] Cengel, Y. and Boles, M.(2011). Mc Graw Hill Themodynamics anEngineering approach

[Smith, Van Ness, Abbot , 2005] Smith, J. M.,Van Ness, H.C., Abbot, M.M. (2015). McGraw Hill Introduction to Chemical Engi-neering Thermodynamics

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ResumenAbstractIntroduccinMtodos y ClculosAnlisis y Discusin de ResultadosConclusiones