ANDREA ZÁRATE VELOZA - Uniandes

Microsoft Word - SIMULACION DE DISTINTOS MODELOS DE INTERCAMBIADORES DE CAL…IQUI 2003-2-26
SIMULACION DE DISTINTOS MODELOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR EN “ASPEN PLUS”
ANDREA ZÁRATE VELOZA
IQUI 2003-2-26
SIMULACION DE DISTINTOS MODELOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR EN “ASPEN PLUS”
ANDREA ZÁRATE VELOZA
TRABAJO DE GRADO
El autor expresa sus agradecimientos a:
Edgar Mauricio Vargas, Ingeniero Quimico, Profesor de la Universidad de los Andes
y Asesor del Trabajo de Grado, por su orientación y confianza puesta en la elaboración
de este trabajo.
Néstor Rojas, Ingeniero Químico, Profesor de la Universidad de los Andes, por su
aporte y motivación a este trabajo.
Iván Darío Gil, Ingeniero Químico, por su dedicación, orientación, motivación y
paciencia para la culminación exitosa de este trabajo.
IQUI 2003-2-26
INTERACTIVO
5.1.1 Transferencia de Calor
5.1.2 Teorías de Calor
• Conducción
• Convección
• Radiación
• Promedio Logaritmico de la Diferencia de Temperatura
• Fluido en Contracorriente
• Fluido en Paralelo
• Fluidos que Fluyen en un Anulo: Diámetro Equivalente
• Coeficientes de Película en Anulos
• Factores de Obstrucción
• Intercambiadores con Corrección por Viscosidad
5.1.6 Intercambiadores de Tubo y Coraza
• Tubos para Intercambiadores de Tubo y Coraza
• Espaciado de los Tubos
• Caída de Presión al Lado de la Coraza
• Caída de Presión en los Tubos
6. GENERALIDADES DE ASPEN PLUS
6.1 ¿QUE ES ASPEN PLUS?
6.1.1 Como Trabaja Aspen Plus
6.1.2 Modelo de Bloques
6.1.5 Propiedades Físicas de Aspen Plus
7. ASPEN PLUS PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR
8. MODELOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
DESARROLLADOS EN ASPEN PLUS
PLUS
10. DESARROLLO DE EJERCICIOS PRACTICOS
10.1 MODELO 1
10.1.5 Explicación Paso a Paso de la Simulación
10.1.6. Resultados del Proceso
10.1.7 Comparación con Excel
10.2.5 Explicación Paso a Paso de la Simulación
10.2.6. Resultados del Proceso
10.2.7 Comparación con Excel
53
54
58
58
59
60
61
61
61
61
62
62
63
84
86
86
87
87
87
88
88
102
102
103
103
104
10.3.6. Resultados del Proceso
104
107
108
Pag.
Figura 1. Variación de la temperatura en un tubo concentrico para
flujos en paralelo y contracorriente con respecto a la longitud del
tubo.
Figura 2. Diámetros de los ánulos y localizacion de coeficientes.
Figura 3. Arreglos más usados en el diseño de intercambiadores de
calor.
Figura 6. Ecuaciones de Efectividad Termica.
Figura 6.1. Ecuaciones para el Factor de Correccion.
Figura 7. Hoja de Conectividad para el modelo Heater.
Figura 8. Hoja de Conectividad para el modelo MHeatX
Figura 9. Hoja de Conectividad para el modelo MHeatX
Figura 10. Comparación Entre la Hoja de Proceso y el Diagrama
de Proceso en Aspen Plus
Figuraa 11. Ventana principal de Aspen Plus.
25
28
31
32
35
40
40
42
47
53
58
59
Figura 13. Diagrama del problema 9.3 en Aspen Plus.
Figura 14. Pantallas de acceso al programa Aspen Plus
Figura 15. Ventana pricipal de Aspen Plus
Figura 16. Ventana de muestra para mezcladora
Figura 17. Muestra del mezclador tipo Mixer
Figura 18. Diagrama del mezclador
Figura 19. Modelos para la librería tipo Flash2
Figura 20. Librería de compresores en Aspen Plus
Figura 21. Tipos de intercambiadores de calor para el Modelo
HeatX
Figura 22. Primera etapa del problema 9.3 en Aspen Plus
Figura 23. Proceso en Aspen Plus para el problema 9.3
Figura 24. Barra de herramientas de Aspen Plus
Figura 25. Componentes del problema 9.3
62
63
63
64
65
65
66
66
70
70
72
72
72
73
Figura 28. Formato “Flash Options”
Figura 29. Especificacin para separadores y compresores
Figura 30. Formato para la especificación de métodos de cálculo
y arreglo del flujo
Figura 31. Muestra de los formatos para LMTD y caida de presión
Figura 32. Formato de coraza para intercambiadores de calor
Figura 33. Formato de tubos para intercambiadores de calor
Figura 34. Ventana de tipo de deflectores y boquillas
Figura 35. Aspen Plus realizando la simulación
Figura 36. Resultados obtenidos por Aspen Plus
Figura 37. Resultado para el compresor 1
Figura 38. Eliminación del equipo de intercambio de calor
Figura 38.1. Diagrama del proceso una vez eliminado el equipo
Figura 39. Diagrama de reconección de corrientes
70
70
71
72
72
73
74
74
75
75
76
77
78
78
79
Figura 41. Ventanas de cambio de datos para intercambiadores
Figura 42. Hoja de proceso del problema 9.3
Figura 43. Diagrama total del proceso
Figura 44. Ventana de resultados generales para el problema
desarrollado en Aspen Plus.
desarrollado cambiando el intercambiador de tipo HeatX al tipo
Heater.
Figura 46. Ventana de resultados en Aspen Plus,
para el ejercicio con el modelo Heater para el problema 9.3
Figura 47. Modelo del Problema 8.2
Figura 48. Diagrama del problema en Aspen Plus
Figura 49. Librería de modelos para el intercambiador tipo HeatX
Figura 50. Ventana de la unidad de proceso en Aspen Plus
Figura 51. Ventana de intercambiador de calor para el
problema a desarrollar
problema
Figura 53. Ventana de compuestos con el buscador de elementos
Figura 54. Ventana de compuestos
Figura 55. Ventana de propiedades
Figura 56. Cuadro que indica que se ha completado las
especificaciones necesarias de entrada para el simulador.
Figura 57. Ventana de muestra para especificación de corrientes
Figura 58. Ventana para corriente
Figura 59. Ventana de especificación para la unidad de proceso
Figura 60. Ventana para las especificiones de la geometría del
intercambiador de calor
Figura 63 Ventana para especificación de boquillas en el
intercambiador
89
90
91
93
94
94
95
96
97
98
99
99
98
Figura 66. Ventana de especificación del intercambiador en tipo
“Rating”
Figura 68. Modelo del problema a desarrollar
Figura 69. Diagrama en Aspen Plus del problema a desarrollar
Figura 70. Librería de modelos para MHeatX
Figura 71. Diagrama del modelo en Aspen Plus
Figura 72. Tabla de los compuestos del problema
Figura 73. Formato de especificación de modelos de cálculo
Figura 74. Especificación de corrientes
Figura 75. Formatos de especificación de corrientes
Figura 76. Formato de especificación del intercambiador
Figura 77. Formato de especificación del intercambiador
99
99
100
101
102
102
103
103
104
104
105
105
106
Figura79. Resultados de las corrientes
Figura 80. Resultados de Balance de masa y energía del problema
Figura 81. Resultados de la simulación
106
106
107
107
Tabla 1. Librerías en Aspen Plus con sus modelos
Tabla 2. Métodos para el valor de Kq dentro de Aspen Plus
Tabla 3. Datos de bancos que dan parámetros para los distintos
compuestos.
Tabla 6. Formato de entrada del modelo MHeatX
Tabla 7. Information del ejercicio para el modelo 3
38
38
39
43
49
55
85
Pag.
ANEXO A. Gráfica de factores de fricción para lado de tubo
ANEXO B Tolerancias de entrada en la numeración de tubos
ANEXO C Ejemplo 8.2
configurations”
109
110
111
114
RESUMEN
El principal objetivo para la elaboración de este trabajo, es lograr manejar el simulador
Aspen Plus para el diseño de intercambiadores de calor obteniendo como resultado un
manual físico y en forma digital que sustente el aprendizaje por parte del autor. En
consecuencia se tendrán una serie de ejercicios y ejemplos
explicados de forma didáctica y breve para su correcto funcionamiento en la plataforma
Aspen Plus.
La metodología básica que se llevo a cabo para el éxito de este trabajo fue de tipo
investigativo, debido a que dentro de la Universidad de los Andes, no existía una
tradición en el manejo de este simulador. Se realizaron investigaciones sobre el
simulador, se hizo una revisión a fondo de la información básica en transferencia de
calor y finalmente se entró a explorar el programa.
Finalmente se hizo un estudio a conciencia de los posibles problemas que pudieran ser
integrados al manual, teniendo en cuenta parámetros como: tipo de intercambiador de
calor, dificultad del problema y manejo flexible en el simulador principalmente. Se
determinó que existen una serie de problemas convenientes para la realización del
manual, optando por no solamente dejar tres problemas básicos como se había
planteado en un principio, sino una serie de ellos.
Como resultado surgió este manual con su CD interactivo anexo, que comparte con el
usuario toda la información recolectada durante este proceso. Modelando tres tipos de
intercambiadores de calor en Aspen Plus con sus explicaciones referentes, además de
ideas, sugerencias y datos esenciales que ayudan al correcto funcionamiento del
programa y la comodidad del usuario para su uso.
IQUI 2003-2-26
INTRODUCCION
Hoy las ciencias computacionales se han convertido en parte de la vida diaria y
la ingeniería no se queda atrás. El desempeño de computadoras han hecho que la vida
sea más versátil, rápida y cambiante.
La Universidad de los Andes como institución educativa cuenta con una
herramienta computacional como Aspen Plus, que ayuda al estudiante ha mejorar la
comprensión con respecto a muchos de los procesos químicos que en el transcurso de
sus estudios a desarrollado. Sin embargo este tipo de herramientas son inutilizadas por
la falta de manuales y ejercicios prácticos que muestren al alumno su importancia y
manejo adecuado.
Debido a todo lo anterior, es necesario desarrollar una guía muy bien
estructurada sobre los diferentes modelos en Aspen Plus que ayude a los estudiantes de
la carrera de Ingeniería Química y otras ingenierías a consolidar los conocimientos
adquiridos durante su estudio académico y de una forma didáctica. Entender que Aspen
Plus es una herramienta que ayuda para la simulación de los procesos químicos actuales
que ayudan al desarrollo de la industria.
La propuesta conduce a la creación de un tutorial o una guía basada en tres tipos
de modelos en Aspen Plus (Heater, HeatX, MHeatX) sobre intercambiadores de calor.
Esta guía será realizada por medio de dos opciones: manual paso a paso y CD
interactivo. Con una teoría básica sobre transferencia de calor, generalidades del
programa Aspen Plus, teoría de los modelos a manejar y finalmente una serie de
ejercicios prácticos para cada uno de los modelos.
IQUI 2003-2-26
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Básicamente este proyecto se desarrolló debido a que en el momento dentro de la
universidad, Aspen Plus esta siendo subutilizado o inutilizado, esto ya que no hay
herramientas que ayuden a entender el manejo sencillo de Aspen Plus y pues más
específicamente en los modelos de intercambiadores de calor. Además de esto, hoy la
competencia laboral tanto a nivel nacional como internacional es difícil para los recién
graduados y a esto se le suma el hecho de que los graduados no poseen conocimientos
en herramientas computacionales. Finalmente se esta viendo la necesidad, a nivel
nacional, de poseer herramientas que ayuden al desarrollo industrial y económico del
país, siendo los simuladores una de ellas.
2. SOLUCION
Para lograr que estudiantes tomen conciencia e interés en simuladores como Aspen
Plus, se propone diseñar una guía basada únicamente en la simulación de
intercambiadores de calor, y con base en esto la creación de un curso que se enfoque en
simulación de procesos.
3.3 OBJETIVO GENERAL
Manejar el simulador Aspen Plus para el diseño de intercambiadores de calor.
3.4 OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Conocer el manejo de Aspen Plus.
• Manejar los diferentes modelos de Aspen Plus para intercambiadores de calor
(sencillos y rigurosos).
IQUI 2003-2-26
• Elaborar un manual para estudiantes de Ingeniería Química, donde se les muestre en
forma sencilla, rápida y didáctica el uso de Aspen Plus para los modelos propuestos.
• Evaluar los diferentes modelos escogidos por medio de distintos ejemplos.
• Recopilar la información en forma digitalizada para facilitar al usuario (estudiante)
su manejo.
4. DESARROLLO DEL MANUAL Y EL CD INTERACTIVO
A continuación se desarrollará el manual paso a paso con el cual se desea que los
estudiantes y profesores de la universidad de los Andes puedan de una forma sencilla y
didáctica manejar el simulador Aspen Plus para procesos de intercambio de calor. En
este documento también se podrá encontrar el CD interactivo el cual ha sido realizado
por medio de hipervínculos en el programa PowerPoint para poder ser usado en
cualquier computador dentro de las instalaciones de la universidad.
5. TEORIA
5.1 PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
En este capítulo se entrara a describir de una forma concisa y general, aquellos
procesos de intercambio de calor que deben ser entendidos por el usuario antes de entrar
a manejar el simulador.
5.1.1 Transferencia de Calor
La transferencia de calor esta definida como: la razón de intercambio de calor
entre cuerpos calientes y fríos llamados fuente y recibidor.
IQUI 2003-2-26
5.1.7 Teorías de Calor
Es necesario entender la naturaleza del calor para entender los procesos de
transferencia de calor, sin embargo es difícil debido a las muchas formas que tiene este
y por lo tanto no se pueden abarcar con una sola teoría.
Para entender la transferencia de calor es necesario estudiar los fenómenos
básicos. Todos los materiales existentes sobre la tierra poseen una fase física, ya sea
sólida, liquida o gaseosa que están asociadas a su nivel de energía. Si se encuentra en
un estado sólido, esto significa que las moléculas o átomos están muy cercanos,
mientras que para el estado liquido estas tienen la suficiente energía térmica para
extender la distancia entre las molécula y en un estado gaseoso la separación es
relativamente completa.
Se ha establecido que, dondequiera que ocurra un cambio de fase fuera de la
región critica, se involucra una gran cantidad de energía en esa transición. La región
crítica de una sustancia es
Para una misma sustancia en sus diferentes fases, sus varias propiedades
térmicas tienen diferente orden de magnitud. Así mismo, en cualquier cuerpo que
absorba o pierda calor, deben guardarse especiales consideraciones respecto a si el
cambio es de calor latente, sensible o de ambos.
5.1.8 Mecanismos de Transferencia de Calor
Existen 3 formas diferentes como el calor puede pasar de la fuente al recibidor:
conducción, convección y radiación. Siendo las dos primeras las mas usadas en
ingeniería.
IQUI 2003-2-26
• Conducción La conducción esta relacionada con el flujo de calor a
través de una material fijo. Si existe una fuente de calor de lado de una pared, se sabe
que
= (1)
Es de conocimiento que la cantidad de flujo de fluido es directamente
proporcional a la diferencia de potencia e inversamente proporcional a la resistencia en
el sistema.
sistencia PotencialFlujo
Re ∝ (2)
Por otra parte la conductancia es la recíproca de la resistencia al flujo de calor,
PotencialaConductaciFlujo ×∝ (3)
Cuando la conductancia se reporta para una cantidad de material de un pie de
grueso con un área de flujo de un pie 2, la unidad de tiempo 1 hora y la diferencia de
temperatura en 1 ºF se llama conductividad térmica k, entonces
L kAaConductaci = (4)
Siendo la resistencia
L AkR = (6)
La transferencia de calor en una pared plana es constante en toda su trayectoria
del flujo de calor. Si existe una pared compuesta, la resistencia va a estar en serie ya que
que el flujo de calor por hora es proporcional al cambio de temperatura a través de la
pared y el área de la pared, conocida como la Ley de Fourier.
IQUI 2003-2-26
el calor debe atravesar cada una de las pareced con sus grosor especifico, dando de esta
forma una diferencia total de temperatura a la resistencia total.
En un tubo el área de la trayectoria del flujo de calor aumenta con el radio. Para
tuberías, se asume siempre que la superficie externa fría se mantiene a temperatura
constante. La temperatura de la pared exterior depende de la resistencia entre la
superficie fría y la caliente y la habilidad de la atmósfera más fría que rodea al tubo para
remover el calor.
• Convección La convección por otro lado es la trasferencia de calor entre
partes relativamente calientes y frías de un fluido por medio de mezcla. Existen dos
tipos de convección: la natural donde no existe un movimiento mecánico y la forzada
provocada por un agitador.
thAQ = Ley de enfriamiento de Newton (6)
Donde h es un término sobre el cual tiene influencia la naturaleza del fluido y la
forma de agitación, es llamado el coeficiente de transferencia de calor. Para el caso de
la convección se tiene que existe una serie de resistencia que pueden ser medidas
independientemente como resistencia interior, resistencia exterior de un tubo o pared. El
inverso de estas resistencias es lo que se conoce como coeficientes individuales de
película o coeficiente de película. Este es una medida del flujo de calor por unidad de
superficie y por unidad e diferencia de temperatura BTU/ (h) (pie2) (ºF), incida la razón
o velocidad a la cual fluido tiene una variedad de propiedades físicas bajo distintos
grados de agitación para transferir calor. Para el caso de tubos, influye sobre h el
tamaño del tubo y si el fluido esta dentro o no del tubo.
R h 1
IQUI 2003-2-26
Para el estudio de los mecanismos de transferencia de calor, es necesario
conocer una de las propiedades más importantes, la viscosidad. Se asume que donde
existe una fase sólida y liquida no hay corrimiento entre el sólido y el líquido, que el
esfuerzo de corte es proporcional al esfuerzo en dirección perpendicular al movimiento
(Regla de Newton).
=µ centipoise (9)
El poise o centipoise son conocidos como viscosidad absoluta, mientas que la
viscosidad cinemática el la división de esta viscosidad absoluta en la gravedad
especifica.
Como la convección se realiza por medio de mezcla de fluidos, existen dos tipos
de flujos que hacen parte de la convección. El flujo turbulento que como su nombre lo
indica es en forma de torbellino o turbulencia y el flujo laminar o paralelo que es el
deslizamiento de cilindros concéntricos donde la distribución de velocidades es
parabólica, siendo el máximo en el centro y cero e las paredes del tubo.
El tipo de flujo depende de: velocidad, densidad, viscosidad, diámetro de tubo.
Para determinar si un fluido posee un flujo turbulento o laminar, se usa la ecuación de
Reynolds.
µ ρDV
=Re (10)
Donde el flujo es turbulento si esta por encima de 2300. Cabe notar que la
convección solamente esta dada por el flujo turbulento mas no por el laminar.
IQUI 2003-2-26
• Radiación La radiación por otros lado, a diferencia de la conducción y
la convecino que necesitan de un material para ser transmitidos, no requiere de la
intervención de un medio y puede transmitirse a través de el vacío absoluto.
5.1.9 Diferencia de Temperatura
La diferencia de temperatura es la fuerza motriz, mediante la cual el calor se
transfiere. En un proceso, las temperaturas del proceso son aquellas temperaturas de
entrada y salida de los fluidos. Cuando dos flujos viajan en direcciones opuestas al
mismo lado de un tubo se conoce como flujo en contracorriente, mientras que si van
hacia un mismo lado es un flujo en paralelo.
• Coeficientes Totales de Transferencia de Calor Por lo general se
conocen las temperaturas del proceso de entrada y salida, es así como se calcula la
diferencia de temperatura entre las dos, dando una temperatura general T para el fluido
caliente y una temperatura t para el fluido frío. En la Figura 1. se puede ver como es la
variación de la temperatura con respecto a la longitud del tubo para flujo paralelo y flujo
en contracorriente.
t1
T1
T2
t2
T2
t1
T1
t2
X X
IQUI 2003-2-26
Figura 1. Variación de la temperatura en un tubo concéntrico para flujos en paralelo
y contracorriente con respecto a la longitud del tubo (Fuente: Kern, Donald,
Procesos de Transferencia de Calor, Vigésima segunda Edición – 1990.)
Cuando se tienen tubos concéntricos para el fluido en paralelo o en contracorriente,
las resistencias van a ser la suma de la resistencia de película del fluido en el tubo, la
resistencia de la pared del tubo y la resistencia de la película del fluido en el anulo, de
tal forma que
donde U es denominada Coeficiente total de transferencia de calor.
• Promedio Logarítmico de la Diferencia de Temperatura El promedio
logarítmico de la diferencia de temperatura o LMTD se debe a que por lo general los
fluidos experimentan un cambio de temperatura no lineales cuando se grafica la
temperatura contra la longitud como en la grafica anterior. Debido a esto el LMTD es
distinto para el fluido en paralelo y el fluido en contracorriente.
• Fluido en Contracorriente Para este tipo de fluidos se debe tener en
cuenta las siguientes suposiciones:
a. El coeficiente total de transferencia de calor U es constante en toda la trayectoria
b. Las libras por hora de fluido que fluye son constantes, obedeciendo a los
requerimiento s de estado estable
c. El calor especifico es constante sobre toda la trayectoria
d. No hay cambios parciales de fase en el sistema.
e. Las perdidas de calor son despreciables.
El calculo de este se realiza como:
IQUI 2003-2-26
1 2
− = 211 tTt −= 122 tTt −= (12)
• Fluido en Paralelo En este caso las suposiciones son iguales pero los fluidos
fluyen ambos en la misma dirección, se tiene entonces que:
1 2
5.1.10 Flujo en Contracorriente
Se entrará a analizar más a fondo este tipo de flujo ya que la mayoría de
intercambiadores de calor usa este tipo. Como se sabe los intercambiadores son
maquinas que recuperan calor entre dos corriente en un proceso.
• Coeficientes de Película para Fluidos en Tuberías y Tubos El flujo laminar
esta dado cuando 2100< µ
DG en la forma de la ecuación
14.03/1
86.1
wL D
k cDG
k hiD
µ µµ
µ (14)
wµ es la viscosidad del fluido a la temperatura T del tubo.
En el caso de que µ
DG sea mayor a 2300, significaría flujo turbulento y la
ecuación estaría descrita como:
wk cDG
k hiD
µ µµ
µ (15)
• Fluidos que Fluyen en un Anulo: Diámetro Equivalente En el caso de que un
fluido viaje por un conducto de sección distinta a la circular, como en un anulo se
deben expresar los coeficientes de transferencia de calor y factores de fricción por
medio de los mismas ecuaciones y curvas usadas para tubería y tubos. Se maneja por lo
tanto el Diámetro Equivalente De el cual es cuatro veces el radio hidráulico, siendo este
la razón del área de flujo al perímetro húmedo.
( ) 1
(16)
Para la caída de presión, existe no solamente fricción por la resistencia del tubo
exterior sino también por la superficie exterior del tubo interior, quedando
( ) ( ) 12
12
(17)
En la Figura 2. se puede observar los distintos diámetros que se necesitan para el
desarrollo de la ecuaciones descritas anteriormente.
D2
D1
tc
Tc
tw
hio
ho
hi
IQUI 2003-2-26
Figura 2. Diámetros de los ánulos y localización de coeficientes. (Fuente: Kern,
Donald, Procesos de Transferencia de Calor, Vigésima segunda Edición – 1990)
• Coeficientes de Película en Anulos Debido a que para intercambiadores de
doble tubo se utiliza la superficie exterior del tubo interior como la superficie de
referencia en tUAQ = , y como hi se ha determinado para Ai y no para A, toca que
esta sea corregida como el diámetro exterior hio.
DE DIh
A A
• Factores de Obstrucción Los coeficientes totales de transferencia de calor
requeridos se obtienen independientemente de los dos coeficientes de película,
despreciando la resistencia del tubo.
oio
oio
111 Coeficiente limpio (19)
Este coeficiente limpio no tiene en cuenta aquellas incrustaciones o basuras que
después de entrar en uso el intercambiador quedan en su interior. Por lo tanto se debe
manejar un factor de obstrucción Rd con Rdi como factor de obstrucción del tubo interior
en el diámetro interior y Rdo como el factor de obstrucción del tubo interior en el
diámetro externo. De esta forma se llega al Coeficiente de Diseño,
Rd U
oi CD
+=++= 111 (20)
IQUI 2003-2-26
• Caídas de Presión en Tuberías y Anulos La caída de presión que se permite es
aquella presión estática que se debe gastar para mover el fluido a través del
intercambiador. Para las tuberías la caída de presión esta descrita por la Ecuación de
Fanning,
2 4
ρ = (21)
donde f es el factor de fricción y esta descrito para flujo laminar como µ
DGf 16 = y para
flujo turbulento como 32.0
f .
La caída de presión para un anulo difiere de aquellas en tuberías, siendo
representada por,
ρ = (22)
Para este tipo de intercambiadores la caída de presión a la entrada debe ser
tomada en cuenta por medio de la ecuación de Cabeza de Velocidad siempre y cuando
la velocidad sea mayor a 3 ft/sg, pues a menores se considera despreciable.
'2
2
• Intercambiadores con Corrección por Viscosidad Cuando la temperatura de
la pared del tubo es bastante distinta a la temperatura calorica del fluido controlante y
este es viscoso, se debe tomar en cuenta 14.0


=
wµ µφ , de lo contrario como siempre se
ha hecho este valor es igual a 1. De esta forma se llega a la forma corregida de los
coeficientes de película.
5.1.11 Intercambiadores de Tubo y Coraza
Estos intercambiadores son los más usados en la industria ya que mejoran la
transferencia de calor con respecto a otros equipos. De todas formas aunque estos
equipos mejoran la transferencia de calor, es necesario tener grandes superficies,
haciendo que estos también tengan más puntos de fuga.
• Tubos para Intercambiadores de Tubo y Coraza Por lo general en este tipo
de intercambiadores el diámetro exterior del tubo es dado como el diámetro real en
pulgadas, sin embargo existe otra nominación llamada BWG o calibrador Birgmingham
que determina el grueso de la pared.
• Espaciado de los Tubos Los tubos están organizados por medio de una serie de
arreglos entre los tubos que permiten mayor transferencia de calor dependiendo del
fluido. La distancia mas corta entre 2 orificios adyacentes se denomina claro o ligadura
(C) y por lo general es estándar. PT significa el espaciado entre tubos que es medido
como la menor distancia de centro a centro de tubos adyacentes. Los arreglos que se
usan generalmente son de tipo:
IQUI 2003-2-26
Figura 3. Arreglos más usados en el diseño de intercambiadores
de calor. (Fuente: Kern, Donald, Procesos de Transferencia de
Calor, Vigésima segunda Edición – 1990)
Donde el espaciado cuadrado es de fácil limpieza y tiene poca caída de presión,
los mas usados son ¾ plg DE en espaciado de 1plg y de 1plg DE en espaciado de 1 ¼
plg. Sin embargo los arreglos triangulares también son de uso general con
especificaciones de ¾ plg DE en espaciado de 1 plg y 1 plg DE en espaciado de 1 ¼ plg.
• Corazas Existen corazas hasta de 12 plg de diámetro IPS en tubo de acero,
aquellas corazas sobre 12 plg incluyendo la de 24 plg, el DE y el diámetro nominal son
los mismos. El grueso estándar para corazas es de 3/8 plg con DI de 12 plg a 24 plg
incluyendo esta.
• Deflectores Estos son discos que están colocados en el interior de la coraza y
por fuera de los tubos para inducir turbulencia y de esta forma elevar la transferencia de
calor. La distancia de centro a centro entre deflectores es llamado el espaciado de
deflectores. Usualmente el espaciado entre deflectores no es mayor a una distancia igual
al diámetro interior de la coraza o menos a 1/5 de este. El espaciado es el que determina
la velocidad efectiva del fluido en la coraza.
Los deflectores que se usan con mayor regularidad son aquellos que poseen una
IQUI 2003-2-26
altura equivalente al 75% de la altura del diámetro interior de la coraza o deflectores
con 25% de corte, con el la Figura 4.
Figura 4. Deflector más usado con corte de 25%. (Fuente: Kern,
Donald, Procesos de Transferencia de Calor, Vigésima segunda
Edición – 1990)
• Diámetro Equivalente al Lado de la Coraza El diámetro equivalente se toma
como 4 veces el radio hidráulico obtenido, teniendo en cuenta que do es el diámetro
exterior del tubo.
IQUI 2003-2-26
• Caída de Presión al Lado de la Coraza La caída de presión en la coraza es
proporcional al número de veces que el fluido cruza el haz entre los deflectores y la
distancia a través del haz.
sdeflectoredeEspaciado tubodelLongitudNcrucesNumero
.. ..1. =+= (29)
• Caída de Presión en los Tubos Se usa la ecuación
Dg LfGF 2
2 4
ρ = (30)
siendo ρFP = . Esta se puede usar siempre y cuando el fluido sea isotérmico,
pero para aquellos fluidos que no lo son se puede relacionar con la ecuación
te
1022.5 × = (31)
Donde n es el número de pasos, L la longitud del tubo y Ln es la longitud total de la
trayectoria en pies, cuyas correlaciones están graficadas en el Anexo A de este
documento.
Debido a que este intercambiador puede llegar a posee cambios de dirección, se
introduce una nueva caída de presión rP con la ecuación
'2 4 2
IQUI 2003-2-26
Dando de esta forma una caída de presión para los tubos de:
rtT PPP += Lb/plg2 (33)
6. GENERALIDADES DE ASPEN PLUS
A continuación, se explicará de una forma breve y sencilla el software “ASPEN
PLUS”, el cual ha sido utilizado para el desarrollo de esta tesis.
6.1 ¿QUE ES ASPEN PLUS?
Aspen es un programa de computador para la simulación de procesos en estado
estable por medio un “flowsheet”. Dentro de los programas de simulación se
encuentran otros que están comercialmente disponibles como: PRO II ( Simulation
Sciences), HYSIM (Hyprotech) y ChemCad (Chemstation), siendo Aspen Plus uno de
los mejores.
a. Procesos químico y petroquímicos
b. Procesos basados en carbón
c. Refinación de Petróleos
6.1.1 Como Trabaja Aspen Plus
La unidad básica de trabajo para Aspen Plus son los Modelos de Bloques. Aspen
Plus cuenta dentro de su modelos con: operaciones unitarias (columnas de destilación,
reactores, intercambiadores de calor, etc.) y operaciones relacionadas a tuberías.
IQUI 2003-2-26
Para el usuario es importante lograr un arreglo adecuado de todas las distintas
operaciones para la simulación efectiva del modelo. Un usuario ensambla un
“flowsheet” seleccionando y conectando apropiadamente los modelos de bloques y
especificando los parámetros para estos modelos. Además Aspen Plus logra solucionar
de forma secuencial las corrientes de salida una vez dadas las especificaciones para las
corrientes de entrada y los parámetros de los modelos de bloques.
6.1.2 Modelo de Bloques
Figura 5. Diagrama del modelo usado por Aspen Plus. (Fuente: AspenTech, Manual
del Usuario en Aspen Plus)
6.1.3 Componentes de Aspen Plus
Aspen Plus tiene dentro de su programa una librería que cuenta con todos los
distintos modelos de operaciones unitarias. Además cuenta en su interior con sistema
de propiedades físicas y modelos como densidad, entalpía, equilibro liquido-liquido,
equilibrio vapor-liquido, etc.; bases de datos para componentes puros y binarios, y
cuenta con la capacidad de estimar valores que falten por medio de interpolaciones o
Corrientes de Entrada Corrientes de Salida
Parámetros del Modelo Propiedades Físicas
IQUI 2003-2-26
extrapolaciones. Las hojas de cálculo tienen la capacidad de hacer converger aquellos
procesos de reciclaje para lograr una simulación acertada.
Aspen Plus tiene algunas características importantes que deben ser tomadas en
cuenta a la hora de la realización de una simulación. Además de contar con operaciones
básicas para los distintos procesos, Aspen Plus es capaz de realizar análisis de
sensibilidad y estimación y evaluación de costos y rentabilidad. Aspen Plus logra la
optimización de procesos, genera los respectivos diagramas de flujo y muestra al
usuario: "physical properties data regression”.
6.1.4 Librerías de Aspen Plus
Dentro del simulador existen una serie de librerías que especifican el tipo de
unidades de proceso que se pueden simular.
LIBRERÍA I
FSPLIT Toma una corriente y la divide en dos
SEP Separa un componente de una corriente
“FLASHERS” E INTERCAMBIADORES DE CALOR
FLASH2 Dos flash de salida
FLASH3 Tres flash de salida
HEATER Calentadores y Refrigeradores
MHEATX Intercambiador de Calor multicorrientes
DECANTER Decantador liquido-liquido
cinético)
cinético)
LIBRERÍA III
DISTWU “shorcut distillation rating”
especial)
especial)
LIBRERÍA IV
mezclados en una suspensión mezclada
CRUSHER “crusher”de sólidos
SCREEN Separador de sólidos
SWASH Limpiador de una sola etapa para sólidos
LIBRERÍA V
“FLUID MOVERS”
PUMP Bomba/ “hydraulic”
PIPE Tubería de un solo segmento
VALVE Válvulas
Tabla 1. Librerías en Aspen Plus con sus modelos. (Fuente: AspenTech, Manual del
Usuario de Aspen Plus)
6.1.5 Propiedades Físicas de Aspen Plus
Aspen Plus tiene dentro de sus sistemas un colección de métodos para evaluar
las propiedades termodinámicas como la entalpía, densidad y los valores de K así como
las propiedades de transporte como la viscosidad. Estos métodos son llamados dentro
del programa como Option Set.
SISTEMA I
Henry
NTRL Ecuación Redlich-Kwong/ UNIFAC
UNIFAC Ecuación Redlich-Kwong/UNIFAC
UNIQUAC Ecuación Redlich-Kwong/UNIQUAC
Tabla 2. Métodos para el valor de Kq dentro de Aspen Plus. (Fuente: AspenTech,
Manual del Usuario de Aspen Plus)
SISTEMA II
todos orgánicos)
inorgánicos)
COMBUST Banco de datos especiales para altas
temperaturas, realización de cálculos
radicales libres)
Tabla 3. Datos de bancos que dan parámetros para los distintos compuestos. (Fuente:
AspenTech, Manual del Usuario de Aspen Plus)
¿Pero que sucede si dentro de Aspen Plus no existe un banco de datos que tenga
los datos necesitados por el cliente? Pues Aspen posee un SISTEMA III que tiene la
capacidad de extraer un dato específico a partir de otros datos impuestos al sistema, esto
lo puede hacer por medio de una regresión de datos o la estimación de alguno de ellos.
Sin embargo hay unos límites para esto, solamente logra estimar datos para
componentes puros y aquellos que se encuentren en equilibrio vapor-liquido o líquido –
liquido por medio de la utilización del método UNIFAC.
IQUI 2003-2-26
Por otra lado Aspen Plus cuenta con una librería donde se encuentran todos los
compuestos químicos con sus formulas. Aspen provee al usuario de un buscador donde
se puede buscar el compuesto por nombre genérico o formula química.
7. ASPEN PLUS PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR
La metodología con la cual Aspen Plus realiza sus cálculos, esta basada en la
lógica dictada por Donald Kern en su libro “Procesos de transferencia de calor”.
En seguida se verán los pasos que Aspen Plus modela.
a. Balance de calor TCpMQ ××= (34)
b. LMTD LMTDFAUQ ×××= (35)
Figura 6. Ecuaciones de
Donde
R: Razón de las capacidades (WCpf)/ (WCpc)
P*: Efectividad térmica por unidad de área.
Figura 6.1. Ecuaciones para el Factor de
Corrección. (Fuente: Kern, Donald,
Vigésima segunda Edición – 1990)
ch
e. Calculo caídas de presión )(geometriafP = (37)
8. MODELOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
DESARROLLADOS EN ASPEN PLUS
Dentro del programa Aspen Plus, existe una librería de modelos para la producción
de procesos químicos. Uno de ellos son los INTERCAMBIADORES DE CALOR.
Aspen Plus en su interfase posee distintos modelos de intercambiadores de calor, cada
uno de ellos con un propósito y uso especifico. En esta guía se trataran a fondo los tres
(3) primeros modelos propuestos por Aspen Plus: Heater, HeatX y MHeatX.
Aspen Plus posee una gama de distintos modelos para la simulación de
intercambiadores de calor:
IQUI 2003-2-26
c. MHeatX
d. Heatran
e. Aerotran
f. HxFlux
g. HTRIXist
En esta guía se trataran a fondo los tres (3) primeros modelos propuestos por Aspen
Plus: Heater, HeatX y MHeatX.
8.1 MODELO HEATER
Este tipo de modelo esta diseñado para la simulación de calentadores y
refrigeradores, donde se determinan las condiciones térmicas y de fase de la corriente de
salida. Es usualmente utilizado para calentadores, refrigeradores, condensadores,
válvulas, bombas (siempre y cuando no se exija una respuesta en relación al trabajo
hecho) y compresores (donde no sea necesario una respuesta con relación al trabajo
hecho). Da como resultados la condición térmica y el equilibrio de fases en la corriente
de salida.
Cuando se especifican las condiciones de salida, el modelo determina las
condiciones térmicas y de fase de una mezcla de uno o varias corrientes de entrada.
Las distintas corrientes se muestra en la Figura 7 de la forma como el simulador
las toma para realizar sus calculos internos.
IQUI 2003-2-26
Figura 7. Hoja de Conectividad para el modelo Heater. (Fuente: AspenTech, Manual
del Usuario de Aspen Plus)
8.1.4 Corrientes
En la entrada de materiales, al menos se debe especificar una corriente. Las
corrientes de decantación de agua y de calor, son opcionales.
a. In: Mínimo requiere T o P y carga calorífica.
b. Out: Estado termodinámico de una corriente (T y equilibrio de fases).
8.1.5 Características
Si se le da una especificación (temperatura o presión), Heater usa la suma de las
corrientes de entrada de calor como una especificación de trabajo, sino usa estas
corrientes de entrada para calcular el calor neto.
Calor neto = Σ corrientes de entrada – calor calculado
8.1.6 Formatos
Material (varios)
Calor (opcional)
Para lograr ver los resultados, es necesario entrar las especificaciones necesarias.
Aspen Plus posee un formato donde se puede lograr entrar condiciones de operación,
tablas para tabulación de resultados, etc. Cada una de las operaciones posee su propio
formato en Aspen Plus:
a. 1. Input Entra condiciones de operación y parámetro para la convergencia
flash
b. 2. Hcurves Especifica las tablas de curvas para calentamiento o enfriamiento
y tabula los resultados mostrándolos.
c. 3. Block Options Override global values for physical properties, simulation
options, diagnostic message levels, and report options for this block
d. 4. ResultsView Resultados del modelo Heater
A continuación se mostraran los formatos en forma general con su uso y
especificaciones:
Formato para Entrada de Heater Setup
Se usa esta hora para entrar las condiciones de operación. Dentro de este formato
existen dos hojas:
modelo Heater. Se usa esta hoja para
especificar: las condiciones del modelo
Heater y las fases validas. Se pueden
realizar combinaciones para la operación
requerida entre distintas
parámetros de convergencia flash.
Formato Hcurve
Se utiliza este tipo de formato para especificar los parámetros para la realización de
curvas, tablas o graficas para el intercambiador de calor o refrigeradores. Cada una
de estas tablas y graficas pueden incluir: temperatura, presión, fracción de vapor y
IQUI 2003-2-26
otras propiedades que se encuentren entre los puntos de salida y entrada o una lista
de puntos especificados. Se usa esta este formato para:
Setup
presiones.
calculadas y que se encuentran dentro de
un grupo existente de propiedades en
Aspen Plus.
entre otros.
Formato Block Options
Se usa para dar un vistazo general a todos los valores de propiedades físicas,
opciones de simulación, niveles de diagnostico, opciones de orientación de
ecuaciones y reportes. Aquellas especificaciones que se hagan en este formato solo
serán aplicadas a este bloque específico. Este formato contiene las siguientes hojas:
Properties Property
petróleo. Esta posee métodos para el
cálculo de: componentes de Henry,
reacción química para electrolitos,
físicas para fases libres de agua, pero
también método de cálculo para
solubilidad del agua en fases orgánicas.
Simulation Options
para reiniciar el criterio de cálculos de un
bloque.
Diagnostics
EO Options
IQUI 2003-2-26
propiedades físicas, corrientes,
de componentes, describir el método
usado. Cualquier opción especificada en
esta hoja va a anular aquellas hechas en
otro EO Options para el bloque
específico.
poder manipular una variable que ha sido
especificada en un bloque en particular.
Por ejemplo, si se especifica una variable
fija en un bloque y se quiere manipular
esta desde la ejecución, usted especifica
la variable desde esta hoja. EO Var se
utiliza para especificar una variable para
un bloque escalar o EO Vec para
especificar un vector de un bloque.
Report Options
el reporte generado.
Formato de Heater Results
Esta hoja es usada para ver los resultados de un bloque. Existen distintos tipos de
hojas para verlo.
un bloque, dentro de ellas tenemos:
temperatura de salida, presión de salida,
fracción de vapor, transferencia de
calor, trabajo total y la proporción molar
de la primera fase liquida cuando existen
cálculos de 3 fases o libres de agua.
Balance
presentar en 3 formas: Total,
Componentes convencionales y
total se presentan flujo molar, el flujo
másico, y la entalpía, para los
componentes convencionales los flujos y
para los no convencionales solo el flujo
másico.
Phase Equilibrium
Equilibrio de la alimentación, fracciones molares liquido/vapor y valores para K
cuando existen dos o 3 fases de cálculos flash.
Tabla 4. Formatos para el modelo Heater (Fuente: AspenTech, Manual del Usuario de
Aspen Plus)
8.2 MODELO HEATX
Este diseñado para la modelación de intercambiadores de calor entre dos
corrientes y posee una serie de cálculos: corto, detallado y riguroso. Dentro del calculo
detallado existen 3 tipos de simuladores: Design, Rating y Simulation. En este modelo,
si se conoce la geometría del intercambiador se puede modelar una variedad de ellos:
contracorriente y paralelo, tipo de coraza, tipo de tubos, etc. Calcula los coeficientes de
película, análisis de vibraciones y estimación de factores de ensuciamiento, además de
determinar su condición térmica y el equilibrio.
IQUI 2003-2-26
8.2.1 Corrientes
Para este tipo de intercambiador, existen dos corrientes de entrada mínimas: el
material de entrada frío y el material de entrada caliente. En este modelo por cada
corriente de entrada, existe una corriente de salida.
Además HeatX posee dos corrientes opcionales:
a. Agua de decantamiento para el lado caliente
b. Agua de decantamiento para el lado frío
La Figura 7 muestra las corrientes que este tipo de modelo trabaja.
Figura 8. Hoja de Conectividad para el modelo MHeatX. (Fuente: AspenTech, Manual
del Usuario de Aspen Plus)
8.2.2 Características
HeatX puede modelar una gran variedad de tipos de coraza y tubos incluyendo,
paralelo y contracorriente, baffles segmentados con tipos de coraza TEMA E, F, G, H, J
y X, baffles tipo “Rod” para corazas TEMA E y F y tubos con o sin aletas. Además
HeatX puede realizar un análisis de toda la zona estimando los coeficientes de
transferencia de calor y caídas de presión para corrientes de una o dos fases. Para
Material Caliente Material Caliente
Agua (opcional)
Agua (opcional)
Material Frío
Material Frío
IQUI 2003-2-26
cálculos de caída de presión y transferencia de calor rigurosa, se debe entrar la
geometría del intercambiador. Sin embargo cuando la geometría del intercambiador no
se sabe o no es importante, HeatX puede realizar cálculos simples por medio del tipo
Shortcut.
HeatX puede realizar cálculos de diseño, análisis de vibración mecánica,
estimación de factores Fouling y posee correlaciones para estimar el calor sensible y
coeficientes de película.
8.2.3 Formatos
Al igual que el modelo Heater, HeatX posee una serie de formatos que el usuario
debe llenar para la simulación exitosa. Algunos de estos formatos serán usados
dependiendo del tipo de cálculos que se vayan a llevar a cabo. Los formatos para este
modelo son:
a. Setup Aquí se especifica el tipo de cálculo (corto, detallado o riguroso), la
dirección del flujo, caídas de presión, método de cálculo para el coeficiente de
transferencia de calor y los coeficientes de película.
b. Options Especifica distintos parámetros de convergencia flash y las fases validad
para los lados caliente y frío, también los parámetros de convergencia y la opción
para reportar un bloque especifico.
c. Hetran Options Especifica el nombre del archivo Hetran entrado, los parámetros
para el calculo de las curvas de propiedades y otras opciones del programa.
d. Hetran Browser Especifica los datos cuando se usa el tipo de calculo
Hetran riguroso.
e. Geometría Muestra las configuraciones de la coraza y los tubos.
f. Hot-Hcurves Especifica las tablas de curvas calientes y frías para la corriente
caliente y muestra resultados tabulados.
g. User Subroutines Especifica los parámetros cuando se define la subrutina
Fortran para calcular el coeficiente de transferencia de calor total, el factor de
IQUI 2003-2-26
corrección LMTD, retención de liquido en el lado de los tubos o la caída de
presión en este mismo lado.
h. Dynamic Especifica los parámetros para simulaciones dinámicas
i. Block Options Prevalecen los valores globales para la propiedades física,
opciones de simulación, mensajes de diagnostico y reporta las opciones para este
bloque.
j. Thermal Results Muestra el resumen de los resultados para masa, balances
de energía, caídas de presión, velocidades y perfiles de análisis por zonas.
k. Geometry Results Muestra los resultados a detalle de la coraza y los tubos y
toda su información.
l. Hetran Thermal Results Muestra los resultados generales y detallados para
el lado de la coraza y los tubos cuando se realizan cálculos de tipo Hetran
riguroso.
Formato de entrada HeatX Setup
Se utiliza este formado para entrar todos los parámetros generales de la simulación.
Existen 5 hojas que están contenidas en este formato:
Specifications
de flujo, especificación del
corrección LMTD y método de calculo
(corto, detallado o riguroso)
se calcula LMTD para el tipo corto.
Pressure Drop
Se puede especificar una constante de
U Methods
que se calcule el coeficiente de
transferencia de calor para el
IQUI 2003-2-26
calcule la caída de presión por medio de
la geometría del intercambiador o que
esta sea usando una correlación
dependiente del flujo basado en un
parámetro de entrada dado.
pueden especificar todos los parámetros
anteriores.
que se entra, un valor calculado de la
geometría del intercambiador, o un valor
dado por una subrutina hecha por el
usuario.
Film Coefficients
Se puede especificar los coeficientes de película para el lado caliente y el lado frío
independientemente. Las opciones de cálculo son: un valor constante dado por el
usuario, un valor calculado por medio de la ley de los exponentes, valores distintos
para cada posible fase y un valor calculado de la geometría del intercambiador.
Formato “Options”
Flash Options
dos corrientes de salida del
intercambiador. Este formato contiene:
el máximo número de iteraciones y el
error de tolerancia. Para cada uno de los
lados del intercambiador se puede
especificar estos datos.
convergencia, el número de iteraciones y
la temperatura mínima aproximada.
Un reporte de todos los perfiles calculados en el bloque
Formato HeatX Hetran Options
nombre que se le va a dar al archivo que
contiene la información de la geometría
del intercambiador. También se puede
especificar si la corriente y la curva de
datos de propiedades generada por
Aspen Plus se escribirá en el archivo que
se entra al final de la simulación. Se
puede decidir o no escribir en el archivo
los parámetros y la geometría final al
final de la simulación.
controlar como Aspen Plus calcula las
curvas de propiedades, los parámetros
para generar estas curvas y que tan
seguido se deben actualizar. Se puede
especificar los parámetros
Fouling y la rutina del intercambiador de
calor. Cada vez que se cambian estos
parámetros, Aspen Plus rehace toda la
simulación con esta información y son
guardados en el archivo al final de la
simulación.
Shell
de la coraza del intercambiador, HeatX
usa esta información APRA calcular los
coeficientes de película y las caídas de
presión.
incluyendo, numero, tamaño, material.
para calcular los coeficientes de película
y las caídas de presión.
Tube Fins
tubos y usa la información para calcular
los coeficientes de película y las caídas
de presión.
Nozzle
IQUI 2003-2-26
intercambiador. En HeatX el tipo de
deflectores puede ser segmentado o no
(“Rod”). HeatX usa esta información
para calcular los coeficientes de película
y caídas de presión en el lado de la
coraza.
intercambiador. HeatX permite tan solo
una boquilla de salida y una boquilla de
entrada en cada lado del intercambiador.
Este parámetro es usado para calcular las
caídas de presión en el lado de la coraza
y de los tubos.
Tabla 5. Formato para el modelo HeatX. (Fuente: AspenTech, Manual del usuario para
Aspen Plus)
8.4 MODELO MHEATX
Este modelo representa el intercambio de calor entre múltiples corrientes frías y
calientes. Permite realizar un balance global de energía pero no toma en cuenta la
geometría del intercambiador. Aquí se puede realizar un análisis detallado y
riguroso de zonas para determinar los puntos “pinch”, curvas de enfriamiento y
calentamiento de todas las corrientes del intercambiador. Calcula los coeficientes
globales y lanza como resultado las temperaturas en las corrientes de salida. Este tipo
de modelo es una serie de intercambiadores de calor de tipo Heater.
8.3.1 Corrientes
Las corrientes de entrada en el modelo MHeatX debe ser por lo menos una para
el lado frío y para el lado caliente.
Al igual que para los otros modelos, por cada corriente de entrada existe una corriente
de salida y además hay la opción de modelar con una corriente de decantación de agua
por cada corriente que salga. Las corrientes se muestran a continuación para este
modelo.
IQUI 2003-2-26
Figura 9. Hoja de Conectividad para el modelo MHeatX. (Fuente: AspenTech, Manual
del usuario de Aspen Plus)
Usted debe dar datos específicos de salida para cada corriente sobre un lado del
intercambiador de calor. En el otro lado se puede especificar cualquiera de las
MHeatX asume que todas las corrientes que no han sido especificadas tienen la
misma salida de temperatura. Un equilibrio de energía total determina la temperatura de
cualquier corriente (s) no especificada.
Usted puede usar un método de propiedades diferente para cada corriente en
MHeatX. Especifique los métodos de propiedades sobre el BlockOptions en la Hoja de
propiedades.
8.3.2 Características
MHeatX puede realizar un análisis detallado, riguroso interno de una zona
determinada. Este análisis incluye:
Corrientes de salida caliente
Corrientes de entrada calientes
(varias)
corrientes de salida, pero debe dejar al menos una corriente sin especificar. Corrientes
diferentes pueden tener los tipos diferentes de datos específicos.
IQUI 2003-2-26
c. Total UA del cambiador
d. Un promedio general de LMTD
Para obtener un análisis de la zona, especifique el número de zonas mayor que 0
sobre la hoja de Análisis de Zona de Entrada de MHeatX. Durante análisis de la zona
MHeatX usted puede añadir:
a. Puntos de entrada en las corrientes si todas tienen distintas temperaturas
b. Puntos de salida en las corrientes si son distintas temperaturas en los productos
c. Puntos que cambian de fase, cuando es interno
MHeatX también puede considerar perfiles no lineales en las zonas dividiendo estas
zonas en aquellas que puedan ser adaptables para perfiles lineales. MHeatX puede
realizar un análisis de la zona para intercambiadores de calor en contracorriente y
paralelo.
MHeatX puede simular fases fluidas con alimentos sólidos cuando la corriente
contiene subcorrientes sólidas, o cuando usted solicita cálculos químicos con
electrólitos.
Todas las fases están en el equilibrio térmico. Los alimentos sólidos salen a la
misma temperatura que los fluidos. Sin embargo los materiales en las subcorrientes
sólidas no participan en los cálculos de equilibrio de fase.
8.3.3 Formatos
MHeatX usa múltiples bloques de intercambiadores de calor y corrientes de calor para
realizar la convergencia en la hoja de proceso. Aspen Plus automáticamente hace en las
secuencias y la convergencia de las corrientes a no ser que usted especifique otra
secuencia.
IQUI 2003-2-26
Use las formas siguientes para entrar datos específicos y ver los resultados para
MHEATX:
a. Input Especifica las condiciones de funcionamiento, parámetros de
convergencia tipo “flash”, parámetros para el análisis de zonas, tablas tipo
“flash”, parámetros de convergencia para MHeatX, y opciones específicas de
informe para cada bloque.
b. Hcurves Especifica las tablas para las curvas de calentamiento o
refrigeración y muestra sus resultados tabulados.
c. Block Options Reestablece valores globales para propiedades físicas,
opciones de simulación, niveles de mensaje diagnósticos y opciones de informe
para este bloque.
d. Results View Muestra los resultados del intercambiador, division de
perfiles de cada zona, perfiles de corriente, perfiles tipo “flash”, corrientes de
material y resultados de equilibrio de energía.
Formato MHeatX Input
corriente sobre un lado del
intercambiador de calor, y para
cualquier corriente (al menos una) del
otro lado del intercambiador de calor
Zone Analysis
Flash Table
análisis de zonas
cualquier opción específica de cada
bloque
la variable independiente, la gama para
la variable independiente, y el perfil de
presión. Las variables independientes
incluyen: Deber(impuesto) de calor,
La Fracción de Vapor no está disponible
para la Ampolla que calienta curvas.
HCurve Additional Properties
característica(propiedad) adicionales de
juegos de característica(propiedad)
para mesas en el informe
HCurve Results
Use esta hoja para ver la calefacción generada y mesas de curva de refrigeración,
incluyendo:
Numero de Datos: muestra el numero de datos de la tabla
Estado: indica si existe un error, punto de rocío, o el punto de burbuja
Trabajo: muestra el trabajo realizado por el calor
Presión: muestrala presión
Formato Block Options
Block Options Properties
globales de propiedades físicas.
Block Options Simulation Options
realizados alrededor del bloque. Esta
hoja no contiene la caja de comprobación
para excluir o incluir cálculos de
equilibrio de calor si los equilibrios de
energía ya son hechos como la parte de
cálculos de bloque. Use esta hoja
también para especificar criterios de
IQUI 2003-2-26
bloque.
historia de simulación, niveles de
mensaje diagnósticos, y el panel de
control niveles de mensaje diagnósticos
para el bloque.
este bloque:
· Componentes activos
ecuación y sus variables
Use esta hoja para especificar variables
secuenciales modulares (SM) para ser
expuestas como orientado por ecuación
(EO) variables cuando este bloque está
siendo controlado vía la capa de
perturbación.
resultados obtenidos para MHEATX, de
equilibrio de materia y energía, análisis
de zonas, perfiles del analisis de zonas,
perfiles de temperatura para cada
corriente y tablas de tipo “flash”
Formato MHeatX Results
MHeatX Results Stream
maneja resultados para cada corriente
de admisión.
Results Balance
de equilibrio de energía alrededor del
bloque. Los resultados de equilibrio son
así:
Total
análisis totales de la zona para el
transformador de calor.
perfil de análisis de la zona a lo largo del
transformador de calor.
finales par alas corrientes a lo largo del
intercambiador.
“flash”para cada corriente cuando se
interpolan en esta.
Tabla 6. Formato de entrada del modelo MHeatX (Fuente: AspenTech, Manual del
usuario de Aspen Plus)
9. FAMILIARIZACON CON EL AMBIENTE DE ASPEN PLUS
En esta sección usted podrá observar mas a fondo como es Aspen Plus, haciendo
que usted, el usuario, conozca la interfaz que muestra Aspen Plus para que al realizar
ejercicios se sienta cómodo trabajando y de la misma forma sepa donde encontrar
iconos, formatos, modelos y demás dentro de la ventana de Aspen.
Se entrara adelante a describir en forma general lo que posee Aspen Plus en su
interfaz.
9.1 HOJAS DE PROCESO
Una hoja de proceso es la reunión de una serie de iconos para representar una
unidad de proceso y flechas para representar flujos.
Para los procesos químicos, estas hojas de proceso se enfatizan en el flujo de material y
energía.
Figura 10. Comparación Entre la Hoja de Proceso y el Diagrama de Proceso en Aspen
Plus.
En el caso de las hojas de proceso para la simulación, estas son una serie de
subrutinas que contiene el programa para emular unidades de proceso y flechas que
representan flujos con información que se comparte entre las unidades.
Batch 1
Batch 2
Batch 3
Figura 11. Ventana principal de Aspen Plus. (Fuente: AspenTech, Simulador
Aspen Plus)
9.3 INTRODUCCIÓN AL USO DE ASPEN PLUS
Aspen Plus es un simulador de práctica constante para su ideal manejo. Para
aquellos principiantes en este ámbito, existen seis (6) pasos básicos:
a. Uso del “Model Manager”para especificar el problema.
b. Seleccionar el equipo necesario del modelo de bloques, tomarlo y arrastrarlo
hasta el área de trabajo.
c. Conectar las corrientes necesarias al modelo.
d. Bajar los formatos y llenarlos.
e. Correr el problema.
Barra de titulo
Área rápida Paleta de modelos
Menú de modelos
Los formatos requeridos son:
COMPONETES Especificación de los componentes químicos que son
incluidos en la simulación.
a usar.
BLOQUES Dar las especificaciones de datos para cada unos de los
bloques incluidos en la simulación, cada bloque tiene su
propio grupo de datos.
CORRIENTES Especificar cada una de las corrientes. En cada una se
debe especificar el estado, la composición y el flujo.
10. DESARROLLO DE EJERCICIOS PRACTICOS
Se realizara el modelamiento detallado de tres ejercicios que se han dispuesto
para este fin. El objetivo principal es que usted una vez haya terminado de realizar los
ejercicios que se proponen, tenga la capacidad de utilizar Aspen Plus para modelar
ejercicios semejantes. Todos los ejemplos que usted encontrará a continuación han sido
tomados del libro “Procesos de Transferencia de Calor” de Donald Kern, con el fin de
comparar el modelo propuesto por Aspen Plus, el ejercicio desarrollado en el libro y
aquel con Excel.
Aspen Plus cuenta con un operador lógico , que lleva al usuario paso a paso
por todos los formatos que deben ser llenados para la correcta simulación.
IQUI 2003-2-26
10.1.1 Descripción del Proceso
5.000 cpm de aire saturado a 100ºF entran al primer paso de un compresor que tiene
una razón de compresión de 2.33:1. El aire está a presión atmosférica. a) Cuánto calor
debe eliminarse después de cada uno de los cuatro pasos, suponiendo una caída de
presión de 2 lb/plg2 en cada interenfriador. b) Para el primer interenfriador se dispone
de un intercambiador de 29 plg DI con 508 tubos de ¾ plg DE, 14 BWG, 12´0” largo,
arreglados en ocho pasos y dispuestos en paso triangular de 1 plg. El espaciado de los
deflectores está a 24 plg. Usando agua con una temperatura de entrada de 85ºF, ¿cuáles
son las caídas de presión y los factores de obstrucción?
10.1.2 Modelo del Proceso
IQUI 2003-2-26
10.1.3 Resumen de la Información
Aire saturado Primer interenfriador
29plg DI
8 pasos
2.45:1
10.1.4 Diagrama en Aspen Plus
Figura 13. Diagrama del problema 9.3 en Aspen Plus. (Fuente: AspenTech, Aspen
Plus)
10.1.5 Explicación Paso a Paso de la Simulación
Lo primero es cargar el programa. Para esto es necesario ir a Inicio, luego
programas, AspenTech, Aspen Engineering Suite, Aspen Plus 11.1. Aspen Plus User
Interface.
Figura 14. Pantallas de acceso al programa Aspen Plus. (Fuente: AspenTech, Aspen
Plus)
Aparecerá esta pantalla, asegurarse de colocar template para iniciar una nueva
simulación. Luego es colocar Aceptar y OK para que el programa se conecte
directamente al servidor.
La ventana que se muestra corresponde a la ventana principal de Aspen.
IQUI 2003-2-26
Figura 15. Ventana pricipal de Aspen Plus (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Debido a que el
para así tener el aire
saturado que entra a las Figura 16. Ventana de muestra para mezcladora. (Fuente:
bombas e intercambiadores. AspenTech, Aspen Plus)
IQUI 2003-2-26
Se entra por lo tanto al menú de mezcladores o MIXERS y se escoge
TRIANGLE, ya que este modelo permite mezclar dos o más corrientes y sacar solo una.
Una vez escogemos el modelo, lo arrastramos hasta la hoja de proceso y se le da clic
para pegarlo a esta. Luciendo de la siguiente forma:
Figura 17. Muestra del mezclador tipo Mixer. (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Ahora entraremos a colocarle nombres a cada una de las corrientes de entrada y
salida. Para esto se le da clic encima de la corriente que se quiere nombrar. De la
misma forma si usted lo desea puede darle nombre al bloque que esta trabajando.
Figura 18. Diagrama del mezclador (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Como se mencionó, una vez mezclado el aire y el agua, se necesitará una
separación, para esto se utilizara dentro de la librería de SEPARATORS el modelo V-
DRUM cuya especificación es separar una corriente a varias.
IQUI 2003-2-26
Figura 19. Modelos para la librería tipo Flash2 (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Y de igual forma se le da nombres a las corrientes de entrada y salida, al igual
que a la unidad de proceso. Una vez se ha finalizado este paso, empezamos con el
ejercicio.
en la librería de PRESSURE
CHANGERS se elige ICON2,
el exigido por el problema. Se
llenan sus corrientes y se procede
IQUI 2003-2-26
Figura 20. Librería de compresores en Aspen Plus
(Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
En este caso será de tipo HeatX, ya que se ha dado la geometría del equipo.
Se elige el tipo GEN-HS, pues se hará
que el fluido caliente vaya por la
coraza. Al igual que los otros se
nombran sus corrientes de entrada y
salida, además del bloque.
Modelo HeatX (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
¡DATO!
Aspen Plus dentro de sus librerías de modelos muestra el nombre de cada uno de
estos para que el usuario se lleve una idea general de su uso.
Esta primera parte queda en la hoja de procesos de la siguiente forma:
IQUI 2003-2-26
Aspen Plus (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Este proceso se debe repetir cuatro veces como indica el problema. El proceso
final se muestra como,
posee su propio nombre al
igual que los equipos.
9.3 (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
DATO.
Aspen Plus posee un sistema contra errores de nombramiento, que le avisa si el
nombre que ha colocado ya existe en ese mismo proceso.
Ahora se ingresa a cada uno de los formatos que se necesitan llenar para la
simulación. Se usará el BOTÓN EXPERTO que se encuentra en la barra de botones.
IQUI 2003-2-26
Figura 24. Barra de herramientas de Aspen Plus (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Este los llevará dentro de todos los formatos que se necesiten para el correcto
modelamiento.
Como primer formato que se encuentra esta el de información general, donde se
provee el nombre del ejercicio y las unidades con las cuales se van a trabajar. Una vez
llenos estos, se prosigue con el botón experto hacia el formato de componentes del
sistema. En este caso agua y aire.
Figura 25. Componentes del problema 9.3 (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
¡IDEA!
Usted puede encontrar todos los elementos y compuestos que tiene Aspen Plus
en su interior, para esto haga clic en Find, donde le saldrá un buscador, coloque el
nombre común o la formula química el compuesto y en Find Now, ahí se muestran
IQUI 2003-2-26
todos los resultados posibles. Elija el necesario y déle doble clic para añadirlo a su tabla
de compuestos.
Siguiendo con el botón experto, se entra al formato de PROPERTIES,
SPECIFICATIONS, donde se muestran los modelos y métodos para el cálculo
adecuado.
propiedades (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
En este ejercicio se usara el como método base Peng-Robinson.
¡IDEA!
En el CD anexo a este manual usted puede encontrar un árbol de decisión donde
podrá hallar el método que se ajuste a su problema.
Siguiendo con el botón experto se entra al formato de las corrientes o STREAMS, aquí
Aspen Plus pide los datos de ingreso de algunas corrientes.
IQUI 2003-2-26
(Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Llene las corrientes que Aspen Plus le muestra. Una vez se han llenado todas las
corrientes, se entra al formato de unidades de proceso o BLOCKS, de la misma forma
como hizo para las corrientes, Aspen le muestra los equipos que se deben especificar.
Para este caso en concreto, el primer equipo que se pide especificar es el
mezclador:
corrientes pues se deben
que Aspen pueda realizar
siempre con el botón
Luego se entra a especificar los distintos separadores y compresores.
Figura 29. Especificacin para separadores y compresores (Fuente: AspenTech, Aspen
Plus)
¡OJO!
Para el compresor tenga en cuenta que es de tipo isentrópico y la eficiencia de un
0.8 general.
detalle de este problema, el
intercambiador de calor. Como se ve en
la ventana, aquí se dará la especificación
de metodología de cálculo. En este
debido a que se nos ha dado la geometría
completa, se realizara una modelación
tipo simulación detallada.
de métodos de cálculo
Aspen Plus)
DATO.
Como se observa en esta ventana esta el arreglo del fluido caliente en el
intercambiador, pero si usted desea cambiar la opción no es necesario cambiar la unidad
de proceso, aquí lo puede hacer.
Una vez realizado este paso, seguimos con el botón experto, el cual lo llevará a
la opción de cálculo de LMTD.
¡IDEA!
IQUI 2003-2-26
Por lo general el cálculo de LMTD se basa en la geometría del intercambiador.
Figura 31. Muestra de los formatos para
LMTD y caida de presión (Fuente:
AspenTech, Aspen Plus)
La caída de presión se selecciona tanto para el lado caliente como para el lado
frío, de la misma forma que el LMTD se puede hacer que la caída de presión sea
calculada por la geometría, siendo esta la forma más común. En esta ventana se da la
especificación de máxima caída de presión.
¡OJO!
En la caída de presión no se olvide de hacer los cambios para el lado frío y el
lado caliente.
Siguiendo con las especificaciones del intercambiador y el botón experto, se
entra a la ventana de métodos para el coeficiente de transferencia de calor. Se elegirá
usar el método de cálculo por la geometría del intercambiador como en las ventanas
anteriores.
Si usted desea puede cambiar el método para el cálculo de coeficientes de
película, sin embargo siguiendo con el botón experto, esta opción no es tomada por
Aspen Plus.
IQUI 2003-2-26
Se ha completado el formato de cálculos y métodos, ahora se entra a especificar la
geometría del intercambiador. Como primera
medida se tiene la coraza, aquí se puede
cambiar el tipo, el número de pasos, la
orientación, diámetro interno y demás
características.
provista por el problema, luego se sigue con el
botón experto. Figura 32. Formato de coraza
para intercambiadores de calor.
(Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
selecciona el tipo y sus medidas.
Figura 33. Formato de tubos para
intercambiadores de calor. (Fuente:
¡OJO!
Mientras usted no seleccione los tubos aleteados, la ventana de estos no se
activará. Lo mismo sucede en otros formatos.
IQUI 2003-2-26
Se entrara ahora a la característica de los deflectores. En esta ventana es
necesario hacer por lo menos 3 entradas en el sistema.
Figura 34. Ventana de tipo de deflectores y boquillas. (Fuente:
AspenTech, Aspen Plus)
¡IDEA!
Por lo general los ejercicios no poseen la información de las boquillas pero en el
Anexo B de este manual podrá encontrar tablas que relacionan los diámetros de entrada
y salida de las boquillas con el diámetro de la coraza y los tubos.
Se ha terminado la entrada para el primer intercambiador, usted debe repasar los
mismos pasos con los demás intercambiadores. Al final y una vez han sido completados
todos los formatos, la ventana para correr el programa aparecerá. Oprima RUN
SIMULATION para empezar el modelamiento.
Una vez se ha completado la simulación, el sistema muestra la ventana de
errores, donde le dice al usuario las posibles fallas o advertencias que han surgido
durante la simulación.
deflectores. La ventana de las boquillas
IQUI 2003-2-26
Figura 35. Aspen Plus realizando la simulación (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Para ver los resultados desplace el puntero hacia el árbol de resultados.
Figura 36. Resultados obtenidos por Aspen Plus
(Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
De clic en los resultados de las corrientes para ver todas la características de
cada una de ellas.
IQUI 2003-2-26
Por último si usted desea ver la geometría de cualquiera de los equipos, vaya ala
casilla del árbol de resultados y seleccione BLOCKS, allí podrá ir a cada una de las
unidades involucradas en el proceso y se le muestra la ventana de SUMMARY,
BALANCE y PARAMETERS para ver lo que usted necesite.
Figura 37. Resultado para el compresor 1 (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Este ejercicio se ha terminado con éxito, sin embargo para que usted pueda
observar las diferencias que existen entre los modelos Heater y HeatX, se va a seguir
adelante con otra simulación del mismo ejercicio. Lo que se hará es quitar el
intercambiador y reemplazarlo por el modelo Heater.
¡IDEA!
IQUI 2003-2-26
No es necesario reiniciar la simulación, simplemente vaya a la hoja de
PROCESS FLOWSHEET, seleccione el intercambiador que desea borrar, haga clic con
el botón derecho sobre el equipo y el menú para ese equipo aparecerá. Pulse Delete
Block, como puede observar este menú tiene distintas opciones con las que se puede
trabajar sobre la hoja de proceso.
Figura 38. Eliminación del equipo de intercambio de calor (Fuente: AspenTech, Aspen
Plus)
forma:
Figura 38.1. Diagrama del proceso una vez
eliminado el equipo (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Debido a que se va a pasar de un modelo riguroso a uno sencillo como Heater, es
necesario eliminar las corrientes A1 y A2, que no son requeridas. Realice esta
IQUI 2003-2-26
operación al igual que en el intercambiador. Ahora inserte de la librería de HEAT
EXCHANGERS, el modelo HEATER, arrástrelo hacia su hoja de trabajo y suelte.
Como este ha quedado sin conexiones y se quiere seguir con las mismas
corrientes, de clic en cada corriente con el botón derecho y aparecerá RECONNECT
SOURCE o RECONNECT DESTINATION y elija para la corriente que entra al
intercambiador esta ultima opción y para la que sale la primera.
Figura 39. Diagrama de reconección de corrientes
(Fuente: ASpenTech, Aspen Plus)
Al final la pantalla deberá lucir
de la siguiente forma:
IQUI 2003-2-26
Figura 40. Diagrama completo del problema 9.3 (Fuente: AspenTech, Aspen Pus)
Debido a que solamente se cambio el intercambiador, si se pulsa el botón
experto, automáticamente Aspen Plus lo llevará al formato de bloques y mas
exactamente a los intercambiadores. Indique las especificaciones.
Como usted puede
intercambiador de calor tipo
entraran estos datos basados
en los resultados anteriores.
intercambiadores. (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Ha terminado de entrar los datos necesarios y que fueron reemplazados, ahora corra
la simulación y observe los resultados. Verá que son bastante parecidos a los resultados
de de intercambio de calor y trabajo por cada etapa arrojados con la otra simulación. La
principal diferencia radica en que la simulación anterior es de tipo riguroso, mostrando
la geometría del intercambiador, mientras que Heater es sencillo, no posee geometrías.
De todas formas al haber entrado los resultados obtenidos en la primera simulación,
hace que la simulación converja de la misma forma para los dos casos.
IQUI 2003-2-26
(Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Se realizará otro cambio, pasando del modelo de compresores al tipo Heater,
igual al anterior. Realice los cambios de la misma forma y conecte las corrientes, la
pantalla al final debe quedar de la siguiente forma:
Figura 43. Diagrama total del proceso (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
IQUI 2003-2-26
Pulse el botón experto y este lo llevará a llenar los formatos de los nuevos
compresores. Siga el mismo esquema anterior teniendo en cuenta los resultados
arrojados en la simulación anterior. Finalmente corra la simulación. Compare los
resultados.
Finalmente se cambiara la simulación a un solo intercambiador tipo Heater, que hará las
veces de compresor e intercambiador. Para esto debe eliminar los compresores e
intercambiadores.
PRIMERA SIMULACION
IQUI 2003-2-26
Figura 44. Ventana de resultados generales para el problema desarrollado en Aspen
Plus. (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
SEGUNDA SIMULACION
Figura 45. Ventana de resultados para el problema desarrollado cambiando el
intercambiador de tipo HeatX al tipo Heater. (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
IQUI 2003-2-26
TERCERA SIMULACION
Figura 46. Ventana de resultados en Aspen Plus, para el ejercicio con el modelo
Heater para el problema 9.3 (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
10.1.7 Comparación Con Excel
Ver los resultados en el CD anexo a este manual.
10.2. MODELO 2
Ejemplo 8.2 del libro “Procesos de Transferencia de Calor” de Donald Kern, en el
Anexo C se encuentra el ejercicio desarrollado por el autor.
10.2.1 Descripción del Proceso
Acetona a 250ºF debe enviarse a almacenaje a 100ºF a razón de 60.000 lb/h. El
calor será recibido por 185.000 lb/h de ácido acético de 100% que se calentara de 90 a
150ºF. Se dispone de una caída de presión de 10.0 lb/plg2 para ambos fluidos, y un
factor de obstrucción combinado de 0.004.
Se dispone para este servicio de gran numero de intercambiadores 1-2 que tienen
21 ¼ plg DI en la coraza con 270 tubos de ¾ plg DE, 14 BWG y 16´0” de largo,
colocados en cuadro con 1 plg de paso. Los haces de tubos están arreglados para dos
pasos con deflectores segmentados espaciados a 5 plg. ¿Cuántos intercambiadores 1-2
deberán instalarse en serie?
10.2.2 Modelo del Proceso
10.2.3 Resumen de la información
Acetona
10.2.4 DIAGRAMA EN ASPEN PLUS
Figura 48. Diagrama del problema en Aspen Plus (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
IQUI 2003-2-26
10.2.5 Explicación Paso a Paso de la simulación
Como en el ejercicio anterior lo primero es cargar el programa.
Figura 49. Librería de modelos para el intercambiador tipo HeatX
(Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Ahora se procede a realizar el modelo correspondiente al ejercicio, para esto una
vez seleccionado el intercambiador a utilizar, se arrastra el puntero hasta el área de
trabajo.
Una vez puesto la unidad de operación, se realizan las conexiones necesarias o
se entran las corrientes.
Se va al menú
IQUI 2003-2-26
Figura 50. Ventana de la unidad de proceso en Aspen Plus (Fuente: AspenTech, Aspen
Plus)
DATO.
Para llenar las corrientes, se debe seleccionar la corriente que se desea haciendo
clic en ella, se arrastra hasta que adquiere la forma que se quiere. Se suelta y se le da
nombre a la corriente.
problema a desarrollar (Fuente: AspenTech, Aspen Plus)
Ahora hacemos clic sobre el botón experto. Quien nos guiara para la correcta
introducción de los datos para la simulación.
DATO.
Usted puede ir llenando cada uno de los parámetros de las corrientes y las
unidades de operación, haciendo doble clic sobre cada una de ellas.
Una vez le damos botón experto, aparece el primer formato que se debe llenar.
Figura 52. Ventana “Setup” para ingresar datos generales del problema (Fuente:
AspenTech, Aspen Plus)
IQUI 2003-2-26
En este formato le entramos el nombre con el cual quedara grabado el archivo de
la simulación, también podemos seleccionar las unidades en las cuales queremos ver
nuestros datos, así como algunas especificaciones globales de la simulación como: tipo
de corriente, presi&oacut