CONDENSADORES Software y Paginas de Diseño

Aguilar P. Luís

Arroyo D. Josimar

Morales N. Lineth

Suarez S. Camilo

Transferencia de calo II

Programa de Ing. Química

Facultad de Ingeniería

Universidad del Atlántico

Barranquilla- Colombia

Mayo 27 2015

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Transferencia de calor II, Mayo 27 2015

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN......................................................................................................................................... 3

CONDENSADORES..................................................................................................................................... 4

(SOFTWARE, PÁGINAS DE DISEÑO Y SIMULACIÓN DE EQUIPOS).................................................................4

SIMULADOR DE PROCESOS CHEMCAD...............................................................................................4

SIMULACIÓN CON CHEMCAD.............................................................................................................................5

PRO/ II SIMULACIÓN INTEGRAL DE PROCESOS.................................................................................14

BENEFICIOS PRINCIPALES............................................................................................................................14CAPACIDADES PRINCIPALES........................................................................................................................15SIMULACION DEL CONDENSADOR EN PRO II...............................................................................................16

SIMULADOR COCO.......................................................................................................................... 23

DESIGN II......................................................................................................................................... 24

APLICACIONES:................................................................................................................................................24

SOFTWARE PARA LA SELECCIÓN DE CONDENSADORES.............................................................................25

CONDENSERPRO............................................................................................................................. 25

SMARTUBE...................................................................................................................................... 27

CONCLUSIÓN........................................................................................................................................... 28

BIBLIOGRAFIA......................................................................................................................................... 29

ANEXOS.................................................................................................................................................. 30

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INTRODUCCIÓN

La simulación de procesos es una de las más grandes herramientas de la ingeniería química, la cual se utiliza para representar un proceso mediante otro que lo hace mucho más simple e entendible. Esta simulación es en algunos casos casi indispensable, como nos daremos cuenta a continuación. En otros casos no lo es tanto, pero sin este procedimiento se hace más complicado. La simulación es la representación de un proceso o fenómeno mediante otro más simple, que permite analizar sus características; Pero la simulación no es solo eso también es algo muy cotidiano, hoy en día, puede ser desde la simulación de un examen, que le hace la maestra a su alumno para un examen del ministerio, la producción de textiles, alimentos, juguetes, construcción de infraestructuras por medio de maquetas, hasta el entrenamiento virtual de los pilotos de combate. Las aplicaciones recreativas, hoy muy extendidas y mejoradas principalmente por los adelantos en este campo, están especialmente diseñadas para crear un pasatiempo que logre sacar de la rutina al ser humano, y que el mejor de los casos de otro modo seria impracticable debido a su costo. Estas consisten en crear ambientes y decorados artificiales con sonido en algunos casos, que logran una perfecta simulación de cualquier tipo de contenido, creando el pasatiempo perfecto Uno de los principales proyectos futuristas de la simulación aunque muy costoso, es en el campo de las minusvalías físicas, ya que su diseño tendría que incluir, sobre todo en el campo de los invidentes, unos censores especiales, que adaptados, conseguirían una visión simulada del terreno permitiendo dotar de visión (en este caso) a esas personas, incluso en algunos casos, dotar de facultades superiores a las humanas médiate esta realidad simulada real al mismo tiempo. Para el diseño de intercambiadores de calor la simulación es muy importante ya que nos da una idea más real del diseño y el modo de operación del equipo, de esta manera se pueden conocer datos del equipo y el proceso antes de que se construya lo cual es importante para los análisis de sensibilidad y reducción de costos.

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CONDENSADORES(Software, Páginas de diseño y Simulación de equipos)

Simulador de procesos CHEMCAD

Con CHEMCAD SteadyState es posible simular procesos estacionarios con: gases, líquidos y sólidos.

CHEMCAD estado estacionario es conocido por su interfaz de usuario bien estructurada y clara. Las operaciones unitarias que componen el diagrama de flujo, a partir de una base de datos con más de 2.000 sustancias, gases, líquidos, sólidos y electrolitos con información sobre las propiedades de todas las sustancias e indicaciones sobre las fases. Es posible ampliar la base de datos de éste programa a través de funciones definidas por el usuario. Con CHEMCAD ESTADO ESTACIONARIO se pueden obtener resultados rápidos y precisos sobre un procedimiento base. Todos los resultados de la simulación se presentan gráficamente.

Con CHEMCAD ESTADO ESTACIONARIO puede crear las siguientes simulaciones adicionales:

Rectificación Lavado de gases Absorción y desorción en columnas reacciones químicas Medios de intercambio de calor con la condensación y evaporación Todo tipo de equilibrio de fases con los gráficos respectivos Flujo de gases y líquidos en tuberías con bombas, compresores y válvulas para los

cálculos de caída de presión Trituración de sólidos y separación por tamaños de grano reacciones electrolíticas Cálculos de circuitos por ejemplo.

CHEMCAD permite detectar algoritmos especiales para la convergencia automática. Para los equilibrios de fase utiliza modelos como NRTL y UNIFAC para sus cálculos. Además utiliza modelos como Soave-Redlich-Kwong para ecuaciones de estado. Una

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herramienta auxiliar para seleccionar el mejor modelo evaluará las sustancias y parámetros y proporcionará una propuesta.

Hay muchas opciones de expansión disponibles, tales como materiales propios basados en la estructura molecular, algoritmos propios para calcular los datos del material, algoritmos propios para las operaciones de la unidad y la interfaz con MS-Excel.

CHEMCAD estado estacionario es el programa básico de la suite CHEMCAD. En CHEMCAD se incluyen ESTADO ESTACIONARIO CC-FLASH y CC-SAFETY NET.

Las aplicaciones típicas incluyen:

Destilación (rectificación) Lavado de gases, absorción y desorción reacciones químicas, cinética y equilibrio Los procesos de reciclado, de intercambio de calor, pérdida de presión Procesamiento Sólido La neutralización de los ácidos y álcalis.

A continuación se realizara un ejemplo para simular el diseño de un condensador en Chemcad:

Simulación con CHEMCADUn sistema de refrigeración requiere que 52,400 lb/hr de Propileno refrigerante vapor proveniente del compresor sea enfriado y luego condensado.

Condiciones de entrada de Propileno: 265 psia and 165°F Punto de rocío Propileno: 265 psia and 112°F Entrada de agua de refrigeración: 90°F (agua de mar) Para el agua de mar se considera una temperatura máxima de salida: 97°F

Asuma que esta carga puede ser manipulada mejor en dos unidades operando en paralelo. En este escenario, si un condensador tiene problemas, el sistema de refrigeración total y consecuentemente la planta de proceso no para.

SOLUCIÓN

1. Masa de Propileno a cada condensador: 52400/2 = 26200 lb/hr

2. Tubos de 3/4" BWG de 16 pies de largo

Pasos a seguir en la interfaz de Chemcad:

Al ejecutar el programa, se obtiene una ventana como la que se muestra a continuación:

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Figura 1: interfaz de ChemCAD

1. Abrir el programa y seleccionar el sistema de unidades:

2. A continuación se Seleccionan los componentes (Propileno y agua)

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3. Al ser seleccionados aparece la siguiente ventana, click en Exit:

Chemcad proporciona diversos equipos de transferencia de calor para realizar su respectiva simulación.

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4. Posteriormente se selecciona la unidad y se realiza el gráfico del proceso en la ventana PFD.

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4. Ahora, con las condiciones iniciales, especificar las corrientes de Propileno y Agua, dando click derecho a cada corriente y luego en Edit Stream.

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5. Editar datos del equipo, temperatura de salida del Propileno dado click derecho sobre éste.

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6. Correr la unida haciendo click derecho sobre este

Una vez que seleccionado la opción de correr, al pasar el cursos por la unidad, se despliega un cuadro con las condiciones de operación actuales del proceso

7. Al momento de poner en funcionamiento al equipo, se verifican las condiciones de salida del Propileno y del agua, para ver si cumplen con las condiciones establecidas en

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el problema inicialmente. Esto se hace de igual forma dando click derecho a cada una de las corrientes de salida en la opción editar.

Se nota que la temperatura de salida de agua es mayor a la requerida inicialmente (97°F). Como la temperatura de salida del agua (97.98241 °F) excede a la máxima permisible (97 °F), se debe hacer un análisis de sensibilidad para determinar la cantidad real de agua necesaria para satisfacer esta condición de temperatura.

8. Análisis de sensibilidad: Editar variables independiente y dependiente, al igual que el nombre del análisis.

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9. Correr al análisis de sensibilidad y graficar

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Se observa en la gráfica que para que se mantenga una temperatura de salida del agua requerida se necesitaría un flujo másico de agua de enfriamiento de 570000lb/h. Con este dato obtenido se corrige el flujo másico de entrada de agua en la corriente 1.

PRO/ II Simulación integral de procesos

El software PRO/II® simulación integral de proceso es un simulador de estado estacionario que posibilita un análisis operacional y diseño de proceso mejorado. Está diseñado para realizar cálculos rigurosos de equilibro de energía y masa para una amplia variedad de procesos químicos.

Desde la separación de gas y petróleo hasta la destilación reactiva, PRO/II ofrece a las industrias del procesamiento de sólidos, gas natural, petróleo, químicos y polímeros la solución de simulación de procesos más integral disponible en la actualidad.

BENEFICIOS PRINCIPALES

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Evalúa rigurosamente las mejoras en el proceso antes de comprometerse con proyectos costosos de capital.

Mejora la producción de la planta a través de la optimización de los procesos de planta ya existente.

Evalúa los costos de manera efectiva, documenta y cumple con los requisitos ambientales

Acelera el proceso de resolución de problemas Detecta y remedia procesos de cuellos de botella.

CAPACIDADES PRINCIPALES

Aplicaciones de refinería: procesamiento de petróleo pesado, precalentamiento de crudo, destilación de crudo, fraccionador de coque y de unidades FCC, separador (splitter) y extractor (stripper) de nafta, separador de agua ácida, y alquilación de ácido fluorhídrico y sulfúrico

Aplicaciones para procesamiento de gas y petróleo: endulzamiento con aminas, refrigeración en cascada, trenes de compresores, de etanización, de metanización, deshidratación de gas, inhibición/formación de hidratos

Aplicaciones en industrias químicas/petroquímicas: fraccionamiento de etileno, división de C3, separación aromática, ciclohexano, separación de MTBE, recuperación de naftalina, cloración de propileno y producción de oxigenato y olefinas

Aplicaciones químicas: síntesis de amoníaco, destilación azeotrópica, biocombustibles, cristalización, deshidratación, electrolitos, inorgánicos, extracción líquido-líquido, destilación de fenol, manejo de sólidos

Aplicaciones en polímeros: polimerización de radicales libres, polimerización por etapas, copolímeros

Aplicaciones farmacéuticas: reacción y destilación por lotes

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Figura 2. Esquema de tipica simulacion en programa PRO II.

SIMULACION DEL CONDENSADOR EN PRO II

Se ejecuta el programa PRO II y se pocede a elegir un nuevo caso y la selección de la sustancia y sus propiedades termodinamicas.

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Como se puede observar el programa PRO II posee un banco de sustancias similar al que encontramos en el programa de ASPEN-HYSYS.

Se elige la ecuacion de estado correspondiente a la situacion,en este caso como tendremos el estado gaseoso y liquido se recomendo usar peng-robinson

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Una vez que tengamos listos los fluidos y sus propiedades, procedemos a seleccionar el icono simple HX, que significa intercambiador de calor simple, luego damos click en stream y agregamos las cuatro corrientes del proceso.

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En la corrientes que se encuentran en rojo, se selecciona y se procede a especificar la sustancia que va en cada corriende, su flujo molar , temperatura , presion y composicion.

Una vez especificada las corrientes nos dirigimos al intercambiador y especificamos las caídas de presión y nos dirigimos a especificaciones donde le daremos la función de condensador al intercambiador de calor.

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Una vez especificado el intecambiador de calor vamos a configuracion y elegimos el arreglo que queremos para el intercambiador de calor.

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Ya listo todas las configuraciones se proceden a correr la simulación en el botón run

El color azul nos indica que la simulacion a comenzado y todo el sistema se encuentra funcionando correctamente y en estado estacionario.

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Damos click derecho en el icono del intercambiador, automáticamente nos aparecerá una barra, y de ahí seleccionamos la opción view results.

A continuacion el programa nos mostrara los distintos resultados que se dan a partir del analisis de la unidad del condensador.

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Simulador COCO

Es un programa no comercial, grafico, modular, de tipo CAPE-OPEN, trabaja en estado estacionario, en secuenciales modelado de procesos de simulación. Fue pensado como un entorno prueba de herramientas de modelado CAPE-OPEN, pero ahora ofrece la simulación de procesos químicos gratis para estudiantes. Se trata de un diagrama de flujo abierto en torno de modelado permitiendo que cualquiera pueda añadir nuevas operaciones unitarias o paquetes termodinámicas.

El COCO simulator utiliza una representación gráfica, el diagrama de flujo de proceso (PFD), para definir el proceso a ser simulado. Al hacer en una operación de la unidad con el ratón permite al usuario modificar los parámetros de funcionamiento de la unidad se definen a través de la norma CAPE-OPEN o abrir su propia interfaz gráfica del usuario cuando esté disponible. Esta interoperabilidad de software de modelado de proceso fue gracias a la llegada de la norma CAPE-OPEN, COCO biblioteca termodinámica “TEA” su banco de datos compuesto químico se basa en ChemSep LITE, un simulador de la columna de equilibrio libre para las columnas de destilación y extractores liquido-liquido. Exportación de bibliotecas de termodinámica de COCO más de 100 métodos de cálculo de la propiedad con sus derivador analíticos o número.

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DESIGN II

Simulación de procesos rigurosos de químicos y procesos de hidrocarburos incluido el refinado, refrigeración, petroquímica, procesamiento de gas, tratamiento de gas, tuberías, pilas de combustibles, amoniaco, metanol, azufre e instalaciones de hidrogeno.

La manera fácil de hacer simulación en Microsoft Windows se ha convertido en el estándar para la computación grafica en winSim II para Windows fue el primer simulador, fue el primero en su tipo. Design ha liderado este proceso desde 1991.

DESIGN II es un programa que facilita la simulación en Windows, es multioperable y es intuitivo.

Aplicaciones:

Propiedades Físicas Modelado 2 Fase Pipeline Expendedor y plantas oleaginosas magras Unidades de glicol / TEG deshidratación Unidades de amina (Individual y Mixta) Licuefacción de GNL Recolección y Transmisión Columnas Refinería rigurosos Petroquímica, Hidrocarburos, Refrigeración, Química, amoniaco, metanol, sulfuro de

hidrógeno y Plantas Intercambiador de calor Dimensionamiento y Clasificación Separador Dimensionamiento y Clasificación VLE, VLLE y LLE datos Regresión Sistemas de Celdas de Combustible Válvula de alivio de Simulación en el Tiempo Las plantas de amoníaco

Un ajuste perfecto para cualquier entorno.

Ya sea que la situación requiere una respuesta rápida a un problema de caída de presión simple o un modelo de simulación completa de una gran planta para la ingeniería operativa, DESIGN II para Windows es la combinación perfecta de potencia y facilidad de uso. El tamaño y la complejidad del diagrama de flujo, incluyendo el número de operaciones de la unidad, arroyos, y los componentes, es prácticamente ilimitado.

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Software para la selección de condensadores

CondenserPro

Alfa Laval ofrece una gama incomparable de soluciones para la industria de la refrigeración, entre ellos, La selección de equipos de condensación a través de un software especializado para estos equipos llamado CondenserPro

Al presionar doble click al icono mostrado anteriormente del programa, aparece la siguiente ventana.

Figura 3. Interfaz de condenserpro

Para iniciar el programa se presiona en botón Begin. Posteriormente aparecerá una ventana donde se podrá colocar las condiciones iniciales del problema.

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Una vez especificadas las condiciones, se presiona en el botón Click to Select y finalmente el programa ofrece el tipo de condensador más adecuado para el problema planteado.

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Además si presionamos la opción Alternates, CondenserPro ofrece un catálogo adicional de condensadores que son útiles para el sistema planteado.

smarTube

smarTube es una herramienta de cálculo para la selección térmica (diseño / modo de clasificación) de evaporadores y condensadores de carcasa y tubo Alfa Laval utilizados en aplicaciones de aire acondicionado y refrigeración. Actualmente, las líneas de productos implementados corresponden a la gama europea.

smarTube está disponible para distribuidores registrados en Alfa Laval eBusiness. Para acceder se requiere nombre de usuario y contraseña.

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CONCLUSIÓN

El diseño de condensadores y de todo tipo de equipos de intercambio de calor ha sido una labor estudiada rigurosamente a través del tiempo, ya que estas unidades son parte fundamental en el desarrollo de procesos químicos, es por esto que se han creado software y páginas de diseño de simulación de estos equipos y en este trabajo nos proporcionó el conocimiento necesario para identificar los distintos programas que nos ayudan a diseñar condensadores y calcular ciertas variables desconocidas en este proceso, el uso de estos programas especializados ayudan en gran medida a mejorar los procesos de diseño de los intercambiadores de calor en todas sus etapas, sobre todos cuando se necesita realizar cálculos iterativos, proporcionando además de mayor precisión, un tiempo de cálculo en el proceso de diseño mucho más corto.

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BIBLIOGRAFIA

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2. Swep.(24 de mayo de 2015) .Software de cálculo. Recuperado de : http://www.swep.net/es/products_solutions/ssp_calculation_software/Pages/default.aspx

3. Chemstation.(24 de mayo de 2015). Chemcad prozess simulation. recuperado de : http://m.chemstations.eu/produkte/chemcad-steady-state/

4. Alfa laval. (24 de mayo de 2015).Herramientas de selección. Recuperado de: http://local.alfalaval.com/es-es/key-industries/refrigeration-air-conditioning-new/herramientas-seleccion/pages/default.aspx

5. Stanref.(23 de mayo de 2015) .table of content .Recuperado de : http://www.stanref.com/pdfs/Commercial%20Refrigeration_catalog_Ed.4_electronic_09.12.pdf

6. Alfa laval. (23 de mayo de 2015).alfa laval in short. Recuperado de : http://local.alfalaval.com/en-us/about-us/pages/about-us.aspx

7. WinSim .Inc (17 de mayo de 2015). Design II for Windows. Recuperado de : https://www.winsim.com/

8. Coco. (17 de mayo de 2015).cape open to cape open. Recuperado de: http://www.cocosimulator.org/

9. Scheneider electrics. (17 de mayo de 2015). PRO II simulación integral de procesos. Recuperado de: http://iom.invensys.com/LA/pages/SimSci_ProcessEngSuite_PROII.aspx

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ANEXOS PREGUNTAS

1. Una herramienta para simular procesos termodinámicos es:

a).Chemdraw

b) ChemCad (respuesta correcta)

c) Condenser Pro

d) Comsol

2. Las aplicaciones típicas ChemCad incluyen:

a) Filtración

b) absorción

c) Destilación (rectificación), reactores químicos, cinética y equilibrio (respuesta correcta)

d) Control de variable por lazo abierto.

3. Como se llama la herramienta que nos permite seleccionar el tipo de condensador requerido para unas condiciones específicas y que empresa lo proporciona.

a) Helpman select

b) Condenser Pro,Alfa laval (respuesta correcta)

c) Fincoil Select, Fencoil

d) Alfa select COND, alfa laval

4. ¿Qué es el análisis de sensibilidad y para que se hace?

a) se realiza para determinar el calor sensible, entendido como la cantidad de calor que recibe un cuerpo y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular

b) Como el cambio de variable afecta las condiciones del proceso (respuesta correcta)

c) para determinar el calor sensible y el calor latente de las sustancias que intervienen

5. ChemCAd simula procesos en estado

a) Dinámico

b) Dinámico y estacionario

c) todas son falsas

d) Estacionario (respuesta correcta)

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6. ¿en qué estado simula PRO II?

a) Dinámico

b) Estacionario (respuesta correcta)

c) todas son verdaderas

d) equilibrio termodinámico

7. ¿Qué modelos termodinámicos maneja PRO II?

a) wilson

b) Van laar

c) UNIQAC

d) todas las anteriores (respuesta correcta)

8. Con el programa PRO II se pueden realizar

a) Simulación de transferencia de materia y energía (respuesta correcta)

b) Regresión paramétrica de la variable del proceso

c) Optimización de parámetro para reactores químicos

d) todas las anteriores

9. Para los programas de simulación un condensador

a) Se toma como un intercambiador de calor (respuesta correcta)

b) se toma como la unidad propia condensador

c) Se necesita configurarlo

d) Todas las anteriores

10. un simulador que realiza simulaciones en estado dinámico es:

a) ChemCad

b) Aspen-hysys (respuesta correcta)

c) PRO II

d) Ninguna de las anteriores

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