Software para el Diseno de Sistemas de Ultrafiltracion - Software for Ultrafiltration Systems Design - USER MANUAL

SOFTWARE PARA EL PREDISEÑO DE PLANTAS DE

ULTRAFILTRACION

Alfonso Jose Garcia Laguna

Diciembre 2002

SOFTWARE PREDISEÑO PLANTAS ULTRAFILTRACION - MANUAL DEL USUARIO

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Indice 3.1. SELECCIÓN DEL MODELO DE FLUJO ......................................................... 31

3.1.1. INTRODUCCIÓN DE PARÁMETROS .......................................................... 32 3.1.2. SELECCIÓN DESDE LA BASE DE DATOS ................................................ 35 3.1.3. AJUSTE DE DATOS EXPERIMENTALES ................................................... 39

3.1.3.1. SISTEMAS POLARIZADOS Y SISTEMAS GELIFICADOS ................ 40 3.1.3.2. SISTEMAS NO POLARIZADOS ............................................................. 42

3.2. DISEÑO DEL PROCESO Y EVALUACIÓN ECONÓMICA ............................... 43 3.2.1. BATCH ............................................................................................................. 43

3.2.1.1. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA ....................................................... 44 3.2.1.2. DISEÑO DE EQUIPOS ............................................................................. 57 3.2.1.3 EVALUACIÓN ECONÓMICA ................................................................. 64

3.2.2. FEED-AND-BLEED ........................................................................................ 74 3.2.2.1. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA ....................................................... 75


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3.1. SELECCIÓN DEL MODELO DE FLUJO El primer paso una vez iniciado el programa consiste en seleccionar el modelo

de flujo que va a describir el flujo de permeado en el sistema que estamos tratando.

Para ello el programa ofrece tres posibilidades:

Introducción de Parámetros

Selección desde la base de datos

Ajuste de datos experimentales

El primer formulario que aparece es el formulario principal(Figura 3.1) en cuya

barra de herramientas tenemos cinco menús como los que se muestran en la Figura 3.2.

Figura 3.1. Aspecto del formulario principal.


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Figura 3.2. Detalle de la barra de herramientas del formulario principal con los menús

“Batch” y “Feed-and-Bleed” desactivados.

Obsérvese que los menús “Batch” y “Feed-and-Bleed” permanecen

desactivados. Estas opciones solamente se activarán una vez que el valor de los

parámetros del modelo de flujo seleccionado hayan sido fijados, de forma que ya se

pueda proceder al diseño del proceso.

Haciendo clic en el menú “Modelo de Flujo” aparece un submenú en el que

tenemos dos opciones: “Introducir Parámetros” y “Ajustar Datos Experimentales”

(Figura 3.3).

Figura 3.3.

3.1.1. INTRODUCCIÓN DE PARÁMETROS Al hacer clic en la opción “Introducir Parámetros” aparece un formulario con el

nombre “Selección del Modelo” (Figura 3.4).

En este formulario aparecen tres opciones que corresponden a los tres modelos

de flujo que pueden ser seleccionados:

Polarización por Concentración

Capa de Gel

Sistemas No Polarizados (Modelo Empírico).


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Figura 3.4. Selección del Modelo.

Haciendo clic sobre el modelo que describe el flujo de permeado de nuestro

sistema, este queda seleccionado y pulsando “Aceptar” aparecerá el formulario

correspondiente al modelo seleccionado.

De este modo si la opción seleccionada es “Polarización por Concentración”

aparecerá el formulario de la Figura 3.5, donde los parámetros del modelo son el

coeficiente de transferencia de materia k(m/s),la concentración en la superficie de la

membrana Cm(%) y la concentración en el permeado Cp(%).

Figura 3.5. Modelo de Polarización por Concentración.


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Si la opción seleccionada es “Capa de Gel” aparecerá el formulario de la Figura

3.6 , donde los parámetros del modelo son el coeficiente de transferencia de materia

k(m/s) y la concentración en la capa de gel Cg(%).

Figura 3.6. Modelo de la Capa de Gel. Si la opción seleccionada es “Sistema No Polarizado” aparecerá el formulario de

la Figura 3.7, en el que el modelo para describir este tipo de sistemas es un modelo

empírico donde el Flujo de Permeado (J),es función de la razón volumétrica de

concentración (VCR),y los parámetros a, b y c se obtienen ajustando datos

experimentales de J ( m/s) y VCR a dicho modelo.

Figura 3.7. Modelo empírico para Sistemas No Polarizados.


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El funcionamiento de estos tres formularios es el mismo, de forma que tenemos

dos opciones: “Introducir Parámetros” y “Buscar Parámetros en Base de Datos”.

Si seleccionamos la opción “Introducir Parámetros”, las casillas

correspondientes a los parámetros del modelo permanecen visibles y al introducir los

valores de los parámetros en estas y pulsar “Aceptar” , el modelo correspondiente y sus

parámetros quedan fijados automáticamente.

Una vez hecho esto, los menús “Batch” y “Feed-and-Bleed” de la barra de

herramientas del formulario principal se activarán (como se observa en la Figura 3.8) y

ya se puede proceder al diseño del proceso teniendo en cuenta que el modelo y los

parámetros del mismo con los que se realizará dicho diseño será el modelo seleccionado

anteriormente con los parámetros introducidos en el formulario correspondiente.

Figura 3.8. Barra de herramientas con los menús “Batch” y “Feed-and-Bleed”

activados.

Si en cualquiera de los tres formularios anteriores pulsamos “Atrás”,volveremos

al formulario “Selección del Modelo” (Figura 3.4), y si pulsamos “Cancelar” el

formulario se ocultará y no se habrá seleccionado ningún modelo.

Hay que tener en cuenta que para introducir los parámetros de esta forma, dichos

parámetros deben ser conocidos, es decir, el proceso debe estar ya modelizado.

3.1.2. SELECCIÓN DESDE LA BASE DE DATOS Si en el formulario de la Figura 3.5 seleccionamos la opción “Buscar Parámetros

en Base de Datos”, las casillas para la introducción de parámetros desaparecerán, y al

pulsar el botón “Aceptar” aparecerá el formulario de la Figura 3.9.

En este formulario aparecen las condiciones de operación y los parámetros del

modelo de polarización por concentración para diferentes experimentos llevados a cabo

en el Departamento de Ingeniería Química con sistemas cuyo flujo de permeado se

caracteriza mediante dicho modelo (Sistemas Polarizados).


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Las condiciones de operación y el valor de los parámetros para cada

experimento se recogen en la tabla que aparece en la parte superior del formulario.

Al hacer clic sobre una de las filas de la tabla , el experimento correspondiente

queda seleccionado cambiando el color de la fila de blanco a azul, y las condiciones de

operación y los parámetros del modelo aparecen en las casillas correspondientes

situadas debajo de la tabla, dentro del marco con el nombre “Experimento

Seleccionado” (este marco permanece por el momento desactivado, por eso el nombre

“Experimento Seleccionado” aparece en color gris, esta situación no tiene relevancia

por ahora y será comentado en el apartado “Mantenimiento de la Base de Datos”).

Figura 3.9. Base de Datos para Sistemas Polarizados.

En el caso de la Figura 3.9 , el experimento que está seleccionado es el primero,

por lo que en las casillas situadas dentro del marco “Experimento Seleccionado”

muestran las condiciones de operación y los valores de los parámetros correspondientes

a dicho experimento.


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Si ahora pulsamos el botón “Seleccionar Experimento”, el modelo de

polarización por concentración así como los parámetros correspondientes al

experimento seleccionado(en este caso el primero) quedan fijados, activándose los

menús “Batch” y “Feed-and-Bleed” de la barra de herramientas (Figura 3.8), y ya

podemos proceder al diseño del proceso con los parámetros seleccionados para el

modelo de polarización por concentración.

Si pulsamos el botón “Salir” el formulario desaparecerá y no se habrá

seleccionado ningún modelo y por tanto los menús “Batch” y “Feed-and-Bleed” de la

barra de herramientas permanecerán desactivados (Figura 3.2).

Si en el formulario de la Figura 3.6 seleccionamos la opción “Buscar Parámetros

en Base de Datos” y pulsamos el botón “Aceptar” aparecerá el formulario de la Figura

3.10.

Figura 3.10. Base de Datos para Sistemas Gelificados.


modelo de la capa de gel para diferentes experimentos llevados a cabo en el


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Departamento de Ingeniería Química con sistemas cuyo flujo de permeado se

caracteriza mediante dicho modelo (Sistemas Gelificados).

El funcionamiento de este formulario es exactamente igual que el anterior, pero

en este caso el modelo seleccionado será el de la capa de gel con el valor de los

parámetros correspondientes al experimento seleccionado.

Si en el formulario de la Figura 3.7 seleccionamos la opción “Buscar Parámetros

en Base de Datos” y pulsamos el botón “Aceptar” aparecerá el formulario de la Figura

3.11.

Figura 3.11. Base de Datos para Sistemas No Polarizados.


modelo empírico utilizado para caracterizar el flujo de permeado en sistemas no

polarizados para diferentes experimentos llevados a cabo en el Departamento de

Ingeniería Química con sistemas cuyo flujo de permeado se caracteriza mediante dicho

modelo (Sistemas No Polarizados).

El funcionamiento de este formulario es exactamente igual que el anterior, pero

en este caso el modelo seleccionado será el modelo empírico utilizado para caracterizar


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el flujo de permeado en sistemas no polarizados con el valor de los parámetros

correspondientes al experimento seleccionado.

Nota: En la casilla “Proceso” de estos formularios aparece el tipo de experimento que

se ha llevado a cabo, y el significado de las abreviaturas que aparecen es el siguiente:

PSU/PEI: Ultrafiltración con Polímeros Solubles (PSU), donde el polímero

utilizado ha sido polietilenimina (PEI).

Emulsión O/W: Concentración de emulsiones de aceite (Oil) y agua (Water)

mediante ultrafiltración.

3.1.3. AJUSTE DE DATOS EXPERIMENTALES En el caso de que se disponga de datos experimentales obtenidos a nivel de

laboratorio ó planta piloto, el programa permite realizar el ajuste de estos datos a uno de

los tres modelos mencionados.

Este ajuste se realiza mediante una subrutina creada por D. José Luis Valverde

Palomino para una hoja de cálculo de Microsoft Excel, y que ha sido convenientemente

adaptada de forma que pueda ser utilizada desde un formulario de Microsoft Visual

Basic.

Esta subrutina realiza el ajuste de los datos experimentales mediante el algoritmo

de Marquardt, y mediante cálculos estadísticos estima la calidad del ajuste indicando si

los parámetros calculados tienen significación estadística ó no la tienen.

Si en el submenú que aparece al pulsar el menú “Modelo de Flujo” de la barra

de herramientas del formulario principal (Figura 3.3), se hace clic sobre la opción

“Ajustar Datos Experimentales”, se abre otro submenú en el que se puede elegir entre

las opciones “Sistemas Polarizados\Gelificados” y “Sistemas No Polarizados”, como se

muestra en la Figura 3.12.

Figura 3.12. Ajustar Datos Experimentales.


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3.1.3.1. SISTEMAS POLARIZADOS Y SISTEMAS GELIFICADOS

Al hacer clic sobre la opción “Sistemas Polarizados\Gelificados” de la Figura

3.12 aparece el formulario que se muestra a continuación (Figura 3.13).

Figura 3.13. Ajuste de datos experimentales al modelo de polarización por

concentración ó al modelo de la capa de gel.

El funcionamiento de este formulario paso a paso es el siguiente:

1. Lo primero es introducir el valor inicial, valor mínimo y valor máximo de cada

parámetro del modelo en las casillas correspondientes, situadas en el marco con

el nombre “Valores Iniciales de los Parámetros”. En este caso, y debido a que

estamos realizando el ajuste de los datos al modelo de polarización por

concentración ó al modelo de la capa de gel , estos parámetros son el coeficiente

de transferencia de materia (k) en m/s , y la concentración en la superficie de la

membrana (Cm) ó la concentración en la capa de gel (Cg) en % en peso.

2. Después de esto, se pasa a la introducción de los datos experimentales en las

casillas correspondientes, situadas en el marco con el nombre “Datos


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Experimentales” debajo de la tabla donde se irán reflejando los datos

experimentales introducidos. De este modo en la casilla correspondiente al valor

del flujo de permeado (J) se escribirá el valor del mismo en m/s , en la

correspondiente al valor de la concentración en la superficie de la membrana ó

en la capa de gel (Cm \ Cg) se escribirá el valor de la misma en % en peso, y en la

correspondiente al valor de la concentración en el permeado (Cp) se escribirá el

valor de la misma en % en peso. Una vez hecho esto y pulsando “Intro” ó

pulsando el botón “Agregar” (Figura 3.14), los valores introducidos se

reflejarán en la tabla situada encima de las casillas y estas quedarán vacías para

la introducción de una nueva serie de datos experimentales de la misma forma

en que se ha realizado la introducción de la primera serie. Hay que destacar que

el programa utilizará para realizar la regresión únicamente las series de datos

que estén reflejadas en la tabla.

3. Una vez introducidas todas las series de datos, al pulsar el botón “RUN”, el

programa realizará la regresión y el valor obtenido de cada parámetro aparecerá

en su casilla correspondiente y también aparecerá al lado del valor obtenido si

este tiene significación estadística ó no . Estas casillas están situadas dentro del

marco con el nombre “Resultados de la Regresión” , y como se observa en la

Figura 3.13, para la regresión realizada con los datos que figuran en la tabla del

formulario, los valores obtenidos sí tienen significación estadística, ya que en la

casilla correspondiente a la significación estadística de cada parámetro aparece

el texto “SI”, en caso contrario aparecería el texto “NO”.

Figura 3.14. Botón “Agregar” y botón “Eliminar”.

4. Una vez calculado el valor de los parámetros, si se pulsa el botón “Aceptar”, el

formulario se ocultará y los valores de los parámetros quedarán fijados , así

como el modelo al que se han ajustado (polarización por concentración ó capa

de gel). Entonces los menús “Batch” y “Feed-and-Bleed” de la barra de

herramientas se activarán (Figura 3.8) y se podrá pasar al diseño del proceso

con el modelo al que se ha realizado el ajuste y los valores obtenidos de los


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parámetros de dicho modelo. Si por el contrario se pulsa el botón “Cancelar”, no

se habrá seleccionado ningún modelo y por tanto los menús “Batch” y “Feed-

and-Bleed” de la barra de herramientas del formulario principal permanecerán

desactivados (Figura 3.2).

Si se desea eliminar alguna de las series de datos introducidos, solo hay que

seleccionar la fila de la tabla donde aparece esta serie haciendo clic sobre ella ( su color

pasará de blanco a azul ), y posteriormente pulsar el botón “Eliminar”.

En este formulario se realiza el ajuste tanto al modelo de polarización por

concentración como al modelo de la capa de gel.

El modelo al que se realizará el ajuste será el de la capa de gel si para todos los

datos experimentales introducidos la concentración en el permeado es cero.

En caso contrario el ajuste se realizará al modelo de polarización por

concentración y el programa calculará el valor medio de la concentración en el

permeado y la utilizará posteriormente para el diseño del proceso.

3.1.3.2. SISTEMAS NO POLARIZADOS

Al hacer clic sobre la opción “Sistemas Polarizados\Gelificados” de la Figura

3.12 aparece el formulario que se muestra en la Figura 3.15.

Figura 3.15. Ajuste de datos experimentales al modelo empírico propuesto para

sistemas no polarizados.


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El funcionamiento de este formulario es exactamente igual que para el caso

anterior (apartado 3.1.3.1), solo que en este caso los datos experimentales serán valores

del flujo de permeado (J) en m/s y de la razón volumétrica de concentración (VCR),

definiéndose esta última según la ecuación [24] de la “Introducción Teórica”.

3.2. DISEÑO DEL PROCESO Y EVALUACIÓN ECONÓMICA Una vez caracterizado el modelo de flujo del sistema, se puede pasar el diseño

del proceso en modo de operación “Batch” ó “Feed-and-Bleed” ya que los menús

correspondientes a cada uno de estos dos modos de operación se habrán activado y

podremos seleccionar uno de los dos (Figura 3.8).

3.2.1. BATCH Si hacemos clic sobre el menú “Batch” ya activado, se desplegará un submenú

como el de la Figura 3.16.

Figura 3.16. Submenú para el modo de operación “Batch”, con las opciones “Diseño de

Equipos” y “Evaluación Económica” desactivadas.

En este submenú hay cuatro opciones, como se observa en la Figura 3.16:

Configuración del Sistema.

Diseño de Equipos (desactivado).

Evaluación Económica (desactivado).

Diagrama de Flujo.


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Si hacemos clic sobre la opción “Diagrama de Flujo”, aparecerá una animación

en la que se muestra el diagrama de flujo típico para un proceso operando en modo

“Batch” (Figura 3.17).

Figura 3.17. Diagrama de Flujo animado para un proceso “Batch”.

3.2.1.1. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA

Si hacemos clic sobre la opción “Configuración del Sistema” de la Figura 3.16,

aparecerá el formulario “Batch/[Configuración del Sistema]” (Figura 3.18).

Este formulario está compuesto por varias pestañas:

Datos de Partida y Resultados Iniciales.

Selección de Módulo y Nº de Líneas (desactivada).

Módulos por Línea (desactivada).

Resultados Finales (desactivada).

Obsérvese que en la parte superior del formulario, dentro del marco con el

nombre “Modelo Seleccionado” aparece el modelo seleccionado para llevar a cabo el

diseño del proceso con el valor correspondiente de sus parámetros (en este caso el

modelo de la capa de gel).


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En la pestaña “Datos de Partida y Resultados Iniciales”, hay dos marcos con los

nombres “Datos de Partida” y “Resultados”. En el primero de ellos es donde se

encuentran situadas las casillas correspondientes a los datos de partida necesarios y un

botón con el nombre “Calcular”. En la Figura 3.18 se muestra el formulario con los

datos de partida ya introducidos.

Figura 3.18. Formulario con los datos de partida ya introducidos.

Estos datos de partida son los siguientes:

1. Caudal a tratar (Kg/año): Es el caudal másico de alimento que la planta deberá

tratar en un año.

2. Densidad (Kg/m3): Es la densidad del fluido a tratar.

3. Viscosidad (Kg/m/s): Es la viscosidad del fluido a tratar y es necesaria para

llevar a cabo el cálculo de la pérdida de carga que experimenta el fluido al

atravesar los módulos.

4. Duración de Ciclo (horas/día): Es la duración diaria del ciclo de operación.

5. Velocidad Tangencial (m/s): Es la velocidad tangencial con la que se han

llevado a cabo los experimentos a escala de laboratorio ó planta piloto, y que se


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debe mantener con el fin de asegurar las mismas condiciones hidrodinámicas

para que el escalado hacia el proceso industrial sea correcto.

6. Presión en el Módulo (Pa): Es la presión de operación con la que se han llevado

a cabo los experimentos a escala de laboratorio y planta piloto y que se debe

mantener por la misma razón que la velocidad tangencial, y que se utiliza para el

cálculo de la potencia de bombeo necesaria.

7. Concentración Inicial (% en peso): Es la concentración inicial del alimento.

8. Concentración Final (% en peso): Es la concentración final que se desea

alcanzar.

9. Eficiencia de Bombeo (%): Es la eficiencia de las dos bombas, la de

alimentación y la de recirculación.

Una vez introducidos estos datos de partida, pulsando el botón “Calcular”

aparecerán en el marco con el nombre “Resultados”, y en las casillas correspondientes,

los resultados obtenidos, como se muestra en la Figura 3.19. Además la pestaña

“Selección de Módulo y Nº de Líneas” se habrá activado.

Figura 3.19. Formulario con los resultados iniciales ya calculados y la pestaña

“Selección de Módulo y Nº de Líneas” activada.


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Estos resultados iniciales son los siguientes, como se puede observar en la

Figura 3.19:

1. Volumen Inicial (m3): Es el volumen inicial que se debe tratar diariamente.

2. Volumen Final (m3). Es el volumen final al que se llega después del ciclo de

operación diario.

3. VCR: Es la razón volumétrica de concentración alcanzada.

4. Factor de Operación (horas/año): Es el número de horas al año que el proceso

está operando.

5. Caudal de Alimento (m3/s): Es el caudal de alimento que se introduce en el

sistema.

6. Caudal de Permeado (m3/s): Es el caudal de permeado medio que se obtiene en

el proceso.

7. Flujo de Permeado (m/s): Es el flujo de permeado medio que se obtiene en el

proceso.

8. Área de Membrana (m2): Es el área de membrana necesaria.

Una vez obtenidos estos resultados iniciales, y haciendo clic sobre la pestaña

“Selección de Módulo y Nº de Líneas” , la cual ya está activada, el formulario adquiere

el aspecto de la Figura 3.20.

En esta pestaña aparece el valor del “Área de Membrana Necesaria” obtenido

anteriormente con el fin de que el usuario lo tenga a la vista a la hora de seleccionar el

módulo industrial con el que se va realizar la configuración del sistema.

Dentro del marco con el nombre “Selección Módulo Industrial” aparece una

casilla con el nombre “Nº de Módulos”, donde se indica el número de módulos

necesarios y que depende del área del módulo seleccionado.

Dentro de este mismo marco también tenemos una lista desplegable donde se

puede realizar la selección del módulo industrial deseado. En esta lista el módulo

seleccionado por defecto es el primero que aparece en la base de datos.

Asimismo, y siguiendo dentro de este marco, hay una casilla con el nombre “Nº

de Líneas”, donde se introducirá el número de líneas que deseamos para nuestra

configuración.

En el marco con el nombre “Módulo Seleccionado” aparecen en sus casillas

correspondientes las características del módulo seleccionado.

El funcionamiento de esta pestaña se explica más detalladamente a continuación.


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Figura 3.20. Pestaña “Selección de Módulo y Nº de Líneas”.

Para llevar a cabo la selección del módulo industrial, haciendo clic sobre la

flecha situada en el extremo derecho de la lista desplegable, se desplegará una lista

donde se recogen todos los módulos industriales incluidos en la base de datos. En esta

lista figura el nombre del fabricante del módulo, el modelo, y entre corchetes, el área

de membrana de dicho módulo (Figura 3.21).

Figura 3.21. Lista desplegable con los módulos industriales recogidos en la base de

datos.


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Para seleccionar uno de los módulos, basta con hacer clic sobre el módulo

elegido y este se pondrá de color azul. Inmediatamente la lista desplegable se cerrará y

en la casilla “Nº de Módulos” aparecerá el número de módulos necesarios del módulo

seleccionado para alcanzar el valor de área necesaria.

Asimismo, en el marco con el nombre “Módulo Seleccionado” aparecerán en las

casillas correspondientes las características del módulo seleccionado: fabricante,

modelo, número de membranas por módulo, número de canales por membrana,

diámetro del canal, longitud del módulo y área del módulo.

A modo de ejemplo, si seleccionamos el módulo KERASEP K07 B-X, la

pestaña tomará el aspecto de la Figura 3.22.

Figura 3.22. Pestaña “Selección de Módulo y Nº de Líneas” con el módulo KERASEP

K07 B-X seleccionado.

Como se puede observar, el número de módulos necesarios de este tipo para

cubrir el área de membrana necesaria aparece en la casilla “Nº de Módulos” , y en este

caso serían necesarios cinco módulos. Asimismo, las características de este módulo

aparecen en el marco con el nombre “Módulo Seleccionado”.

Una vez seleccionado el módulo, se pasa a introducir el número de líneas que

deseamos disponer en nuestra configuración. Para ello en la casilla “Nº de Líneas”,

introducimos el valor deseado, que en este caso ha sido de dos líneas (Figura 3.22).

Una vez hecho esto, ya se puede pulsar el botón “Siguiente >>”, para pasar a la

pestaña “Módulos por Línea”. El aspecto de esta pestaña se muestra en la Figura 3.23.


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Figura 3.23. Pestaña “Módulos por Línea”.

La función de esta pestaña es que el usuario introduzca el número de módulos en

serie que desea colocar en cada línea.

En la casilla “Nº Total de Módulos” se recuerda al usuario el número de

módulos que son necesarios para cubrir el área de membrana necesaria.

Es evidente que el número de módulos total que se introduzca no puede ser ni

mayor ni menor que este valor que aparece en la casilla “Nº Total de Módulos”, en caso

contrario aparecerá un mensaje de error (Figura 3.24).

Figura 3.24. Ejemplo de mensaje de error en los datos introducidos.

Esta depuración de errores se lleva a cabo en todos los formularios del

programa, apareciendo distintos mensajes dependiendo del error cometido. El programa

también incorpora una serie de subrutinas para impedir la introducción de valores no

numéricos en las casillas que no sean para texto.


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En la parte superior de esta pestaña aparece una tabla donde se recogen el

número de líneas que se han introducido en la pestaña anterior numeradas a partir de

uno, así como el fabricante y modelo del módulo seleccionado.

La forma de operar en esta pestaña es el siguiente:

1. En la casilla “Nº de Módulos en la Línea” , se introduce el número de módulos

en serie que se desean disponer en la línea que aparece seleccionada en la tabla.

La línea seleccionada en la tabla es aquella que aparece en color azul.

2. Una vez introducido el valor deseado en la casilla “Nº de Módulos en la Línea”,

pulsando “Intro” ó pulsando el botón “Agregar” , dicho valor se reflejará en la

tabla y la selección pasará a la siguiente línea. Así se procederá hasta rellenar

todas las líneas que se han dispuesto con el número de módulos en serie deseado

para cada una.

Para borrar un valor introducido en la tabla, simplemente hay que seleccionar la

línea donde se encuentra dicho valor haciendo clic sobre la línea en cuestión y una vez

seleccionada pulsar el botón “Eliminar”.

Siguiendo con el ejemplo anterior, la pestaña tomará el aspecto de la Figura 3.25

al introducir dos módulos en la línea uno y tres módulos en la línea dos.

Figura 3.25. Pestaña “Módulos por Línea” con dos módulos en la línea uno y tres

módulos en la línea dos.


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Una vez hecho esto, ya se puede pulsar el botón “Siguiente >>” para pasar a la

pestaña “Resultados Finales”. El aspecto de dicha pestaña es el que se muestra en la

Figura 3.26. con los resultados obtenidos para los datos de partida introducidos en la

Figura 3.18 y siguiendo los pasos del ejemplo que se ha venido realizando.

Figura 3.27. Pestaña “Resultados Finales” con los resultados obtenidos.

En esta pestaña se recogen los resultados finales y las características de la

configuración propuesta.

En la tabla de la parte superior se recogen los siguientes resultados:

1. Línea: Líneas introducidas en la configuración numeradas empezando por uno.

2. Fabricante: Fabricante del módulo seleccionado.

3. Modelo: Modelo del módulo seleccionado.

4. Módulos en Serie: Número de módulos en serie dispuestos en cada línea.

5. Pérdida de Carga por Línea: En esta casilla de la tabla se recoge la pérdida de

carga que experimenta el fluido en la línea expresado en Pa.

En las casillas situadas en la parte inferior, debajo de la tabla y dentro del marco

con el nombre “RESULTADOS FINALES” se recogen los siguientes resultados

obtenidos:

1. Área Teórica: Es el valor del área teórica necesaria.


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2. Caudal Permeado (m3/s): Es el valor medio del caudal de permeado que se

obtiene en el proceso.

3. Flujo Permeado (m/s): Es el valor medio del flujo de permeado que se obtiene

en el proceso.

4. Área Real (m2): Es el área real que tiene la configuración dependiendo del

módulo seleccionado.

5. Caudal Recirculación (m3/s): Es el caudal necesario que tiene que aportar la

bomba de recirculación para mantener las condiciones hidrodinámicas

requeridas, y que deben ser las mismas que las de los experimentos a nivel de

laboratorio y planta piloto para que el escalado sea correcto.

6. Potencia Bomba Recirculación (Kw): Es la potencia que debe tener la bomba de

recirculación para mover el caudal de recirculación y aportar el salto de presión

necesario.

7. Potencia Bomba Alimento (Kw): Es la potencia que debe tener la bomba de

alimentación para mover el caudal de alimento y aportar la presión de operación

requerida. Esta presión de operación debe tener el mismo valor que el de los

experimentos realizados a nivel de laboratorio y planta piloto para que el

escalado sea correcto.

8. Potencia Total Bombeo (Kw): Es la suma de la potencia de la bomba de

alimento y de la bomba de recirculación.

El aspecto de la configuración que se ha propuesto en este ejemplo tendría el

aspecto que se muestra en el diagrama de la Figura 3.28, donde se han dispuesto dos

líneas, una de ellas incorpora dos módulos en serie y la otra tres módulos en serie, todos

ellos KERASEP X07 B-X.

Figura 3.28. Diagrama de la configuración propuesta.


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Una vez obtenidos los resultados finales, se tiene que pulsar el botón situado

parte inferior de la pestaña “Resultados Finales” con el nombre “Agregar Configuración

Propuesta a Gráfica Comparativa” , apareciendo el formulario “Batch/[Gráfica

Comparativa]” de la Figura 3.29.

Figura 3.29. Configuración propuesta agregada a la gráfica comparativa.

Este formulario tiene en la parte superior una tabla con el nombre

“Configuraciones Propuestas”. En esta tabla figuran todas las características y

resultados obtenidos para cada configuración propuesta.

En la parte inferior, situada debajo de la tabla, se encuentra la gráfica

comparativa, en la cual se representa el valor de la Potencia Total de Bombeo obtenida

para cada configuración propuesta (eje de ordenadas) frente al número de configuración

propuesta (eje de abcisas) (las configuraciones propuestas se van numerando

empezando por uno). En el eje de abcisas figura junto al número de configuración

propuesta, el valor de área teórica necesaria, el valor de área real según el módulo


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seleccionado y el valor de la potencia total de bombeo correspondientes a dicha

configuración.

En este caso solo se ha propuesto una configuración, por lo que solo hay un

punto, que debido a esto, coincide con el valor mínimo de potencia total, el cual se

representa por una línea discontinua (Figura 3.29).

Este formulario se puede cerrar ó minimizar y las configuraciones propuestas no

se perderán, pudiendo proceder al diseño de una nueva configuración del modo en que

se ha hecho con este ejemplo y posteriormente agregarla también a la gráfica

comparativa. De este modo se pueden ensayar el número de configuraciones deseado y

observar en la gráfica cual de ellas es la configuración cuya potencia total de bombeo es

mínima.

En el caso de haber propuesto cuatro configuraciones distintas, el formulario

presentaría el aspecto de la Figura 3.30.

Figura 3.30. Gráfica comparativa para cuatro configuraciones propuestas.

En esta figura se puede observar que la configuración con la potencia de bombeo

mínima es la número tres. Este valor mínimo se indica mediante la línea discontinua


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que se observa en la gráfica y tiene un valor de 0,121 Kw en este caso. Este valor figura

en el eje de abcisas junto al número de configuración , el área teórica necesaria y el área

real para dicha configuración.

Pero la configuración óptima no tiene porqué ser la que necesita una menor

potencia de bombeo, ya que para realizar la evaluación económica se utiliza el valor del

área real que se dispone en la configuración y que depende del módulo seleccionado.

Por ello, podemos conocer cual es la configuración óptima pulsando el botón

“Hallar Configuración Óptima” , el cual se puede observar en la Figura 3.30.

Si lo hacemos, el programa realizará una comparación entre las configuraciones

propuestas teniendo en cuenta el peso que tiene cada uno de los dos parámetros

fundamentales de los que depende la evaluación económica del proceso: el área real

utilizada y la potencia de bombeo necesaria.

El resultado de esta comparación nos indicará cual es la configuración óptima y

al pulsar el botón “Hallar Configuración Óptima” aparecerá un cuadro de mensaje

donde se indica el número de dicha configuración como se observa en la Figura 3.31.

Figura 3.31. Cuadro de mensaje indicando cual es la configuración óptima.

Para seleccionar la configuración con la que llevar a cabo el diseño básico de

equipos y la evaluación económica, basta con introducir el número de la configuración

deseada en la casilla “Nº de Configuración” situada dentro del marco con el nombre

“Seleccionar Configuración” y pulsar el botón “Seleccionar” (Figura 3.30).

En este caso, si queremos llevar a cabo el diseño de equipos y la evaluación

económica de la configuración óptima, introduciríamos el número cuatro en la casilla

“Nº de configuración” y pulsaríamos el botón “Seleccionar”.

Si se hace esto aparecerá inmediatamente el formulario “Batch/[Diseño de

Equipos]” y el programa tomará como datos necesarios para llevar a cabo el diseño de

equipos los resultados obtenidos para la configuración seleccionada. También se

activará la opción “Diseño de Equipos” del menú “Batch” , como se observa en la

Figura 3.32.


57

Figura 3.32. Menú “Batch” con la opción “Diseño de Equipos” activada.

Para comenzar a introducir una nueva serie de configuraciones basta con pulsar

el botón “Iniciar Nueva Gráfica Comparativa”, situado en la parte inferior del

formulario, debajo de la gráfica (Figura 3.30). En este caso, todas las configuraciones

propuestas y los resultados obtenidos para cada una de ellas se borrarán,

desactivándose la opción “Diseño de Equipos” de la Figura 3.32 y el formulario

“Batch/[Diseño de Equipos]” y el formulario “Batch/[Gráfica Comparativa]” se

ocultarán, permaneciendo únicamente visible el formulario “Batch/[Configuración del

Sistema]” (Figura 3.18), disponible para comenzar a introducir una nueva serie de

configuraciones.

Nota Importante: Una vez que se haya seleccionado una configuración y aparezca el

formulario “Batch/[Diseño de Equipos]” , se recomienda minimizar los formularios

“Batch/[Configuración del Sistema]” (Figura 3.18) y “Batch/[Gráfica Comparativa]”

(Figura 3.30). Si se cierra el formulario “Batch/[Configuración del Sistema]” (Figura

3.18), todos los formularios asociados a este como son el “Batch/[Gráfica

Comparativa]” (Figura3.30) y el “Batch/[Diseño de Equipos]” se cerrarán también,

perdiéndose los resultados obtenidos y desactivándose la opción “Diseño de Equipos”

del menú “Batch” (Figura 3.16).

3.2.1.2. DISEÑO DE EQUIPOS

Siguiendo con el ejemplo, si en la casilla “Nº de Configuración”, situada dentro

del marco “Seleccionar Configuración” (Figura 3.29), introducimos el número uno, que

es el correspondiente a la única configuración que se ha propuesto, y pulsamos el botón

“Seleccionar”, la opción “Diseño de Equipos” del menú “Batch” se activará (Figura

3.32) y el formulario “Batch/[Diseño de Equipos]” aparecerá automáticamente como se

observa en la Figura 3.33.


58

Figura 3.33. Formulario “Batch/[Diseño de Equipos]” con los formularios

“Batch/[Gráfica Comparativa]” y “Batch/[Configuración del Sistema]” sin minimizar.

Como se comentó anteriormente en la “Nota Importante”, es conveniente

minimizar los formularios “Batch/[Configuración del Sistema]” y “Batch/[Gráfica

Comparativa]” (Figura 3.34), para seguir operando con el formulario “Batch/[Diseño de

Equipos]” de una forma más cómoda , pero nunca cerrar el formulario

“Batch/[Configuración del Sistema]” a no ser que se quiera comenzar a introducir una

nueva serie de configuraciones. Si se cierra el formulario “Batch[Gráfica Comparativa]”

no se borrarán los resultados ya calculados para todas las configuraciones propuestas,

pero es conveniente mantenerlo minimizado para poder restaurarlo cuando se desee

seleccionar otra de las configuraciones propuestas y realizar el diseño de equipos y la

evaluación económica con los resultados correspondientes a la nueva configuración

seleccionada.


59

Figura 3.34. Formulario “Batch/[Diseño de Equipos]” con los formularios

“Batch/[Gráfica Comparativa]” y “Batch/[Configuración del Sistema]” minimizados.

El formulario “Batch/[Diseño de equipos]” está compuesto por dos pestañas:

Tanques y Sistema de Calefacción: En esta pestaña se lleva a cabo el diseño de

los tanques necesarios en el proceso en cuanto a volumen necesario de cada uno

de ellos. Este diseño se realiza considerando que todos los tanques están llenos

hasta la mitad, en previsión de un posible aumento de la producción.

Sistemas de Impulsión (desactivada): En esta pestaña se lleva cabo el diseño de

las bombas necesarias en el proceso. En este caso serán dos bombas por tratarse

de un proceso en modo “Batch”, y se calculará la potencia que debe suministrar

cada una de ellas

La pestaña “Tanques y Sistema de Calefacción” se muestra en la Figura3.35.


60

Figura 3.35. Pestaña “Tanques y sistema de Calefacción” del formulario

“Batch/[Diseño de Equipos]”.

Esta pestaña está compuesta por varios marcos con los siguientes nombres:

1. Tanque de Alimentación: Se trata del tanque donde se introduce el volumen de

alimento a tratar en un día, es decir, en un ciclo de operación, y su volumen es

calculado por el programa automáticamente dependiendo de la cantidad de

alimento a tratar anualmente.

2. Tanque Almacenamiento Alimento: Se trata del tanque donde se almacena el

alimento para ir rellenando el tanque de alimentación después de cada ciclo de

operación. El número de días de almacenamiento dependerá del proceso y se

introduce en la casilla “Tiempo de Almacenamiento (días)”.

3. Tanque Almacenamiento Permeado: Se trata del tanque donde se almacena el

permeado . El número de días de almacenamiento dependerá del proceso y se

introduce en la casilla “Tiempo de Almacenamiento (días)”.


61

4. Sistema de Calefacción: Se trata de la resistencia eléctrica que aporta el caudal

de calor necesario para mantener el alimento a la temperatura deseada. Para el

cálculo de este caudal de calor en Kcal/ hora es necesario introducir el valor de

la temperatura de trabajo deseada y de la temperatura ambiente en las casillas

correspondientes, con el nombre “Tª de Trabajo (ºC)” y “Tª Ambiente (ºC)”.

Una vez introducidos los datos necesarios comentados anteriormente, pulsando

el botón “Calcular” aparecerán en sus casillas correspondientes el volumen de cada

tanque, teniendo en cuenta que se prevé que los tanques estén llenos hasta la mitad por

si es necesario un aumento en la producción, y el caudal de calor que tiene que aportar

la resistencia. La pestaña “Sistemas de Impulsión” se activará también al pulsar

“Calcular”.

El aspecto de esta pestaña con los resultados ya calculados se muestra en la

Figura 3.36.

Figura 3.36. Pestaña “Tanques y Sistema de Calefacción” con los resultados ya

calculados y la pestaña “Sistemas de Impulsión” activada.


62

Los datos introducidos, como se puede observar en la Figura 3.36, han sido los

siguientes:

1. Tiempo de Almacenamiento de Alimento: siete días.

2. Tiempo de Almacenamiento de Permeado: un día.

3. Temperatura de Trabajo: 25º C.

4. Temperatura Ambiente: 21º C.

Una vez calculados estos resultados, la pestaña “Sistemas de Impulsión” se

habrá activado, con lo que haciendo clic sobre ella el formulario presentará el aspecto

de la Figura 3.37.

Figura 3.37. Pestaña “Sistemas de Impulsión” del formulario “Batch/[Diseño de

Equipos]”.

Los únicos datos que hay que introducir en esta pestaña son los valores del

rendimiento hidráulico y del rendimiento mecánico, en las casillas correspondientes

situadas en la parte superior de la pestaña (Figura 3.37).


63

En esta pestaña hay dos marcos, uno correspondiente a la bomba de

alimentación y otro a la bomba de recirculación, en cada uno de ellos los resultados que

se muestran son:

1. Caudal (m3/s): Es el caudal que debe mover la bomba.

2. Presión Diferencial (Pa): Es el salto de presión que debe aportar la bomba.

3. Potencia Absorbida por el Fluido (Kw): Es la potencia que se debe suministrar al

fluido.

4. Potencia Hidráulica (Kw): Es la potencia que debe suministrar la bomba al

fluido.

5. Potencia Mecánica (Kw): Es la potencia que debe suministrar el motor de la

bomba.

Introduciendo un valor para el rendimiento hidráulico y el rendimiento mecánico

de 70% y pulsando el botón “Calcular” la pestaña adquiere el aspecto de la Figura

3.38.

Figura 3.38. Pestaña “Sistemas de Impulsión” con los resultados ya calculados.


64

Al pulsar el botón “Calcular” de la pestaña “Sistemas de Impulsión” también se

activará la opción “Evaluación Económica” del menú “Batch” como se muestra en la

Figura 3.39.

Figura 3.39. Menú “Batch” con la opción “Evaluación Económica” activada.

Por lo tanto, ya podemos pasar a la evaluación económica del proceso,

recordando que todos estos cálculos de diseño de equipos y los que se realizarán en la

evaluación económica, se basan en los resultados obtenidos para la configuración

seleccionada en el formulario “Batch/[Gráfica Comparativa]”.

3.2.1.3 EVALUACIÓN ECONÓMICA

Para comenzar con la evaluación económica, se debe hacer clic sobre la opción

“Evaluación Económica” del menú “Batch” (Figura 3.39). Entonces aparecerá el

formulario “Batch/[Evaluación Económica]” que se muestra en la Figura 3.40.

Este formulario tiene tres pestañas:

Inversión: En esta pestaña se calcula la inversión necesaria para la configuración

seleccionada.

Costes (desactivada): En esta pestaña se calcula el coste de una parte de todas

las partidas que constituyen los costes.

Costes (desactivada): En esta pestaña se calcula el coste de las partidas que

faltan y los costes de operación para la configuración seleccionada.


65

Figura 3.40. Pestaña “Inversión” del formulario “Batch/[Evaluación Económica]” con

las dos pestañas “Costes” desactivadas.

La pestaña “Inversión” está compuesta por varios marcos con los siguientes

nombres:

1. Sistemas de Almacenamiento: En este marco se calcula el inmovilizado

necesario para los tanques de almacenamiento que se han diseñado en el

diseño de equipos. Este valor se calcula introduciendo el coste en €/m3 del

material en el que se desea construir los tanques en la casilla “Coste (€/m3)”.

En las casillas correspondientes aparecerá el inmovilizado necesario para

cada uno de los tanques y el inmovilizado total necesario para todos ellos al

pulsar el botón “Calcular Inversión”.

2. Sistema de Ultrafiltración: En este marco se calcula el inmovilizado

necesario para el área de membrana que requiere el proceso. El cálculo se

realizará tomando el valor del área real, que dependerá del módulo

seleccionado. Este valor se calcula introduciendo el coste en €/m2 del área de


66

membrana en la casilla “Coste (€/m2)”. En la casilla “Coste Sistema de

Ultrafiltración (€)” aparecerá el inmovilizado para el área necesaria en el

proceso al pulsar el botón “Calcular Inversión”.

3. Sistemas de Impulsión: En este marco se calcula el inmovilizado necesario

para las bombas. En este caso, al tratarse de un proceso “Batch”, solo habrá

dos bombas como así figura en la casilla “Nº de Bombas”. Este valor se

calcula introduciendo en la casilla “Coste Unitario por Bomba (€)” el valor

correspondiente. En la casilla “Coste Total Bombas (€)” aparecerá el

inmovilizado necesario para las bombas al pulsar el botón “Calcular

Inversión”.

4. Sistema de Calefacción: En este marco se calcula el inmovilizado necesario

para la resistencia y únicamente hay que introducir el coste de la resistencia

en €.

Hay que tener en cuenta que hay que rellenar todas las casillas de entrada de

datos que han sido comentadas anteriormente antes de pulsar el botón “Calcular

Inversión”. Una vez rellenadas todas estas casillas de entrada de datos, al pulsar el

botón “Calcular Inversión”, se activará la primera pestaña “Costes” y aparecerán todos

los resultados comentados anteriormente en cada marco, así como el valor calculado

para:

Inmovilizado Base (€): Se trata de la partida de “Maquinaria y Aparatos”

y engloba el inmovilizado vinculado a los tanques, al sistema de

ultrafiltración, a las bombas (excluyendo el coste del motor) y a la

resistencia (sistema de calefacción).

Capital Inmovilizado (€): Para su cálculo se utiliza el método de

estimación factorial . Este método consiste en dividir el coste total del

inmovilizado en una serie de partidas, de modo que conociendo la

partida de “Maquinaria y Aparatos” ó “Inmovilizado Base” se

determina el coste del resto de partidas.

Capital Circulante (€): Comprende el stock de materias primas

(productos para la limpieza química) y dinero en caja y bancos para

pagos más ó menos inmediatos (proveedores, salarios, impuestos, etc.).


67

Gastos Previos (€): Son aquellos gastos que tienen lugar antes de la

puesta en funcionamiento del proceso. Comprenden los gastos de

constitución del proceso, las pruebas y estudios llevados a cabo a nivel

de planta piloto, así como los estudios y proyectos de la planta industrial.

Gastos de Puesta en Marcha (€): Incluyen todos los gastos derivados de

la puesta en marcha del proceso, como son los que corresponden a los

servicios auxiliares, mano de obra, materias primas, etc.

Inversión (€): Es la suma de las siguientes partidas:

Capital Inmovilizado.

Capital Circulante.

Gastos Previos.

Gastos de Puesta en Marcha.

El aspecto del formulario una vez introducidos los datos necesarios ya

comentados y con los resultados ya calculados se muestra en la Figura 3.41.

Figura 3.41. Pestaña “Inversión” con los resultados ya calculados y la primera pestaña

“Costes” activada.


68

Una vez calculado el valor de la inversión, se puede pasar al cálculo de los

costes ya que la primera pestaña “Costes” está activada.

Haciendo clic sobre esta pestaña el formulario presenta el aspecto de la Figura

3.42.

Figura 3.42. Primera pestaña “Costes”.

Esta pestaña contiene varios marcos correspondientes a varias partidas de las que

constituyen los costes:

1. Materias Primas: En esta partida se engloban los costes correspondientes a

las materias primas que se van a tratar en el proceso así como los costes

derivados de la limpieza de las membranas. Los datos a introducir en este

marco son el coste del alimento en €/Kg y el coste de limpieza de las

membranas en €/m2/año. Como resultados en este marco se obtendrán los

costes del alimento y los costes de limpieza de las membranas en €/ m3 de

alimento tratado.


69

2. Mano de Obra Directa: En esta partida se engloban los costes

correspondientes al personal adscrito a tareas relacionadas directamente con

la producción. El dato a introducir en este marco es el coste de un

hombre/hora en €/Hh. Como resultados en este marco se obtendrán los

costes de la mano de obra directa en €/ m3 de alimento tratado.

3. Mano de Obra Indirecta: En esta partida se engloban los costes

correspondientes al personal adscrito a tareas no directamente relacionadas

con la producción, tales como aprendices, encargados, etc. En este marco no

hay que introducir datos ya que los costes de esta partida dependen de los

costes de mano de obra directa. Como resultados en este marco se obtendrán

los costes de mano de obra indirecta en €/ m3 de alimento tratado.

4. Suministros: El principal coste en esta partida es el derivado de la reposición

de las membranas. El dato a introducir es el coste de reposición de las

membranas en €/m2. Como resultados en este marco se obtienen los costes

de reposición en €/m3 de alimento tratado.

5. Mantenimiento: En esta partida se recogen los costes derivados de las

revisiones periódicas de equipos y aparatos, así como la sustitución de piezas

y reparaciones. En este marco no hay que introducir datos y como resultados

se obtienen los costes de mantenimiento en €/ m3 de alimento tratado.

6. Laboratorios: Esta partida corresponde a los costes derivados de la vigilancia

de la calidad del tratamiento. En este marco no hay que introducir datos ya

que los costes de esta partida dependen de los costes de mano de obra

directa. Como resultados se obtienen los costes en laboratorios en €/ m3 de

alimento tratado.

7. Técnicos: En esta partida se recogen los costes derivados del personal

técnico. En este marco no hay que introducir datos, ya que los costes de esta

partida dependen de los costes de mano de obra directa. Como resultados en

este marco se obtienen los costes en personal técnico en €/ m3 de alimento

tratado.

8. Amortización: Para la evaluación de esta partida se considera un periodo de

amortización de diez años, con una distribución uniforme y constante. En

este marco no hay que introducir datos ya que los costes de esta partida

dependen del valor del capital inmovilizado y del periodo de amortización


70

considerado. Como resultados en este marco se obtienen los costes de

amortización en €/m3 de alimento tratado.

9. Seguros: Esta partida engloba los costes derivados de los seguros sobre

instalaciones y almacenes. En este marco no hay que introducir datos ya que

los costes de esta partida dependen del valor del capital inmovilizado. Como

resultados en este marco se obtienen los costes en seguros en €/ m3 de

alimento tratado.

Al pulsar el botón “Calcular >>” se activará la segunda pestaña “Costes” y en

cada marco aparecerá el resultado de los costes de la partida correspondiente. El aspecto

del formulario con los datos ya introducidos y los resultados calculados se muestra en la

Figura 3.43.

Figura 3.43. Primera pestaña “Costes” con los resultados ya calculados y la segunda

pestaña “Costes” activada.

Una vez calculados los costes de las partidas que figuran en la primera pestaña

“Costes”, ya se puede pasar al cálculo de las partidas que faltan y al cálculo de los


71

costes de operación. Para ello haciendo clic sobre la segunda pestaña “Costes” el

formulario tomará el aspecto de la Figura 3.44.

Figura 3.44. Segunda pestaña “Costes”.

Los marcos que constituyen esta pestaña son los siguientes:

Servicios Generales: Este marco está compuesto por otros dos marcos:

Consumo Eléctrico: En este marco se evalúan los costes energéticos de

los sistemas utilizados en el proceso y el único dato a introducir es el

precio del Kwh en €/Kwh. Estos sistemas son los siguientes:

Resistencia Eléctrica (sistema de calefacción): En este marco se

reflejan los resultados obtenidos para los costes asociados al

consumo eléctrico de la resistencia eléctrica en €/m3.

Sistemas de Impulsión: En este marco se refleja el consumo para

cada bomba en Kwh/año así como los resultados obtenidos para

los costes asociados al consumo eléctrico de las bombas en €/m3.


72

Consumo de Agua: En este marco se evalúan los costes asociados al

consumo de agua y el único dato a introducir es el coste del agua en

€/m3.

Una vez introducidos estos dos únicos datos necesarios que son el precio del

Kwh y el coste del agua, al pulsar el botón “Calcular” se mostrarán los resultados

obtenidos en cada uno de los marcos y el resultado obtenido para la partida

correspondiente a los servicios generales, que figurará en la casilla “Costes Servicios

Generales (€/m3)” situada en la parte inferior del marco “Servicios Generales” , así

como el resultado obtenido para los costes de operación , que se reflejará en la casilla

“Costes de Operación (€/m3)” (Figura 3.44).

El aspecto de esta pestaña con los datos ya introducidos y los resultados

calculados se muestra en la Figura 3.45.

Figura 3.45. Segunda pestaña “Costes” con los resultados ya calculados.

Hay que destacar, que si se han seguido las indicaciones dadas anteriormente y

el formulario “Batch/[Gráfica Comparativa]” se ha mantenido minimizado, se podrá


73

restaurar , seleccionar otra de las configuraciones propuestas, y siguiendo los pasos

descritos, llevar a cabo el diseño de equipos y la evaluación económica de dicha

configuración.

También se podrá restaurar el formulario “Batch/[Configuración del Sistema]” ,

agregar una nueva configuración a la gráfica comparativa, comprobar si es la nueva

configuración óptima, y seleccionarla para llevar a cabo el diseño de equipos y la

evaluación económica.

Conviene recordar que el formulario “Batch/[Configuración del Sistema]” no

debe ser cerrado y debe permanecer minimizado a menos que se quiera comenzar de

nuevo con una nueva serie de configuraciones.


74

3.2.2. FEED-AND-BLEED Si hacemos clic sobre el menú “Feed-And-Bleed” ya activado, se desplegará un

submenú como el de la Figura 3.46.

Figura 3.46. Submenú para el modo de operación “Feed-and-Bleed” con las opciones

“Diseño de Equipos” y “Evaluación Económica” desactivadas.

En este submenú hay cuatro opciones, como se observa en la Figura 3.46:

Configuración del Sistema.

Diseño de Equipos (desactivado).

Evaluación Económica (desactivado).

Diagrama de Flujo.

Si hacemos clic sobre la opción “Diagrama de Flujo”, aparecerá una animación

en la que se muestra el diagrama de flujo típico para un proceso operando en modo

“Feed-and-Bleed” (Figura 3.47).

Figura 3.47. Diagrama de Flujo animado para un proceso “Feed-and-Bleed”.


75

3.2.2.1. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA

Si hacemos clic sobre la opción “Configuración del Sistema” de la Figura 3.46,

aparecerá el formulario “Feed-and-Bleed/[Configuración del Sistema]” (Figura 3.48).

Este formulario está compuesto por varias pestañas:

Datos de Partida.

Resultados Iniciales y Selección de Módulo (desactivada).

Líneas por Etapa (desactivada).

Módulos por Línea (desactivada).

Resultados Finales (desactivada).

Obsérvese que en la parte superior del formulario, dentro del marco con el

nombre “Modelo Seleccionado” aparece el modelo seleccionado para llevar a cabo el

diseño del proceso con el valor correspondiente de sus parámetros (en este caso el

modelo de la capa de gel).

En la pestaña “Datos de Partida”, hay dos marcos con los nombres “Datos de

Partida” y “Concentración por Etapa”. En el primero de ellos es donde se encuentran

situadas las casillas correspondientes a los datos de partida necesarios y en el segundo

hay una tabla donde hay que introducir la concentración en el rechazo deseada para cada

etapa.

Esta tabla tiene dos columnas:

Etapa: Indica el número de etapa.

Concentración (%): Indica la concentración que se desea alcanzar en esa

etapa en % en peso.

Para introducir la concentración deseada en cada etapa, basta con introducir el

valor deseado en la casilla “Concentración por Etapa (%)” del marco “Concentración

por Etapa” y pulsar “Intro” ó pulsar el botón “Agregar” (Figura 3.14), e

inmediatamente el valor introducido se reflejará en la tabla al lado del número de etapa.

El número de etapas se calcula automáticamente a medida que se van introduciendo

datos y se refleja en la casilla “Número de Etapas” como se observa en la Figura 3.48.

En este caso se ha querido concentrar hasta un 40% en peso utilizando dos

etapas: en la primera de ellas se concentrará hasta un 25% y en la segunda hasta el 40%

deseado (Figura 3.48).


76

Figura 3.48. Formulario con los datos de partida ya introducidos.

Los datos de partida necesarios aparte de la concentración por etapa, que hay

que introducir en las casillas situadas en el marco “Datos de Partida” son los siguientes,

como se observa en la Figura 3.48:

10. Caudal a tratar (Kg/año): Es el caudal másico de alimento que la planta deberá

tratar en un año.

11. Concentración (%): Es la concentración de la corriente alimento a la primera

etapa.

12. Densidad (Kg/m3): Es la densidad del fluido a tratar.

13. Viscosidad (Kg/m/s): Es la viscosidad del fluido a tratar y es necesaria para

llevar a cabo el cálculo de la pérdida de carga que experimenta el fluido al

atravesar los módulos.

14. Velocidad Tangencial (m/s): Es la velocidad tangencial con la que se han

llevado a cabo los experimentos a escala de laboratorio ó planta piloto, y que se

debe mantener con el fin de asegurar las mismas condiciones hidrodinámicas

para que el escalado hacia el proceso industrial sea correcto.

15. Presión en el Módulo (Pa): Es la presión de operación con la que se han llevado

a cabo los experimentos a escala de laboratorio y planta piloto y que se debe


77

mantener por la misma razón que la velocidad tangencial, y que se utiliza para el

cálculo de la potencia de bombeo necesaria.

16. Eficiencia de Bombeo (%): Es la eficiencia todas las bombas, la de alimentación

y la de recirculación correspondiente a cada etapa.

17. Factor de Operación (horas/año): Es el número se horas al año que el proceso va

a estar funcionando.

Una vez introducidos estos datos, ya se puede pulsar el botón “Calcular >>” e

inmediatamente se pasa a la pestaña “Resultados Iniciales y Selección de Módulo”, que

tiene el aspecto de la Figura 3.49.

Figura 3.49. Pestaña “Resultados Iniciales y Selección de Módulo”.

Los resultados iniciales obtenidos se muestran en la tabla de la parte superior de

la pestaña y son los siguientes:

1. Etapa: En esta columna figura el número de etapa en cada fila.

2. Caudal Alimento (m3/s): Es el caudal de alimento a la etapa correspondiente a

esa fila de la tabla.

3. VCR: Es la razón volumétrica de concentración que se alcanza en esa etapa.

4. Caudal Rechazo (m3/s): Es el caudal de la corriente rechazo en esa etapa.

5. Concentración Rechazo (%): Es la concentración de la corriente rechazo en esa

etapa.

6. Caudal Permeado (m3/s): Es el caudal de permeado en esa etapa.

7. Flujo Permeado (m/s): Es el flujo de permeado en esa etapa.


78

8. Área de Membrana: Es el área teórica de membrana requerida para esa etapa.

9. Nº de Módulos: Esta columna se irá rellenando automáticamente conforme se

seleccione el módulo industrial que se va a utilizar en cada etapa, como se

indicará a continuación.

Ahora se debe seleccionar el módulo que se va a utilizar en cada etapa.

Esta selección se realiza exactamente igual que para el modo de operación

“Batch”, es decir , seleccionando uno de los módulos de la lista desplegable situada en

el marco “Selección Módulo Industrial” (Figura 3.21), donde aparecen todos los

módulos que hay en la base de datos.

La diferencia consiste en que la selección del módulo se realizará para la etapa

correspondiente a la fila seleccionada de la tabla, que aparecerá en color azul (en el caso

de la Figura 3.49 es la primera fila, y por lo tanto la primera etapa).

Al hacer clic sobre uno de los módulos de la lista desplegable, se rellenará

automáticamente la casilla “Nº de Módulos” correspondiente de la fila seleccionada y la

selección pasará a la fila siguiente.

Es conveniente fijarse en el valor de área teórica necesaria para la etapa

seleccionada , y que figura en la tabla al lado de la columna “Nº de Módulos”, y de esta

forma seleccionar un módulo cuya área sea tal que el área real de la etapa esté lo más

próxima posible al área teórica necesaria.

Asimismo, y como ocurría en el modo de operación en “Batch”, las

características del módulo seleccionado aparecerán en el marco “Módulo

Seleccionado”.

En este caso, se puede comprobar qué módulo ha sido seleccionado en una

determinada etapa seleccionando la fila correspondiente a dicha etapa haciendo clic

sobre ella en la tabla. De este modo aparecerán en las casillas correspondientes del

marco “Módulo Seleccionado” las características del módulo seleccionado para esa

etapa.

Siguiendo con el ejemplo que se viene realizando, si seleccionamos el mismo

módulo KERASEP K07 B-X para las dos etapas que se han dispuesto, la pestaña

tomaría el aspecto de la Figura 3.50, donde se puede observar que el número de

módulos necesarios de este tipo en la primera etapa es de seis, mientras que en la

segunda etapa es de un módulo (estos valores se reflejan en la columna “Nº de

Módulos” de la tabla).


79

Figura 3.50. Pestaña “Resultados Iniciales y Selección de Módulo” con el mismo

módulo KERASEP K07 B-X seleccionado en las dos etapas.

Si se quiere borrar alguno de los valores introducidos, basta con seleccionar la

fila de la tabla donde se encuentra ese valor haciendo clic sobre dicha fila y una vez


Una vez seleccionado un módulo para cada etapa, se pasa a la pestaña “Líneas

por Etapa” haciendo clic sobre ella. El aspecto de esta pestaña se muestra en la Figura

3.51.

Figura 3.51. Pestaña “Líneas por Etapa”.

En esta pestaña se introducen el número de líneas deseado en cada etapa.


80

Esta pestaña contiene una tabla donde se recogen los siguientes datos y

resultados:

1. Etapa: Muestra el número de etapa.

2. Área (m2): Muestra el valor del área teórica para cada etapa.

3. Nº de Módulos: Muestra el número de módulos necesarios en cada etapa y

depende del módulo seleccionado para cada una de ellas.

4. Fabricante: Muestra el nombre del fabricante del módulo seleccionado para cada

etapa.

5. Modelo: Muestra el modelo del módulo seleccionado para cada etapa.

6. Nº de Líneas: Esta columna se irá rellenando con los valores que se introduzcan

de número de líneas deseado en cada etapa, como se comentará a continuación.

Para introducir el número de líneas deseado en cada etapa basta con introducir el

valor deseado en la casilla “Nº de Líneas en la tapa Seleccionada” y pulsar “Intro” ó

pulsar el botón “Agregar”. El valor introducido se reflejará en la tabla en la fila

correspondiente a la etapa seleccionada (en color azul) y la selección pasará a la fila

siguiente.

Si se quiere borrar alguno de los valores introducidos, basta con seleccionar la

fila de la tabla donde se encuentra ese valor haciendo clic sobre dicha fila y una vez


Siguiendo con el ejemplo anterior, si ahora se disponen dos líneas en la primera

etapa y una línea en la segunda etapa, la pestaña tomará el aspecto de la Figura 3.52.

Figura 3.52. Pestaña “Líneas por Etapa” con dos líneas en la primera etapa y una línea

en la segunda etapa.


81

Una vez introducido el número de líneas deseado en cada etapa, ya se puede

pulsar el botón “Siguiente >>” para pasar a la pestaña “Módulos por línea”. Esta pestaña

presenta el aspecto de la Figura 3.53.

Figura 3.53. Pestaña “Módulos por Línea”.

En esta pestaña se introducen el número de módulos que se desean disponer en

serie en cada línea.

Esta pestaña contiene una tabla donde se recogen los siguientes datos y

resultados:

1. Etapa: Muestra el número de etapa.

2. Línea: Muestra el número de línea (las líneas se numeran empezando por uno).

3. Módulos en la etapa: Muestra el número de módulos necesarios en cada etapa.

4. Módulos en Serie en la Línea: Esta columna se irá rellenando con los valores

que se introduzcan en la casilla “Nº de Módulos en serie en la Línea”.

La forma de introducir los datos es exactamente igual que para la pestaña

anterior , así como la forma de borrar los datos no deseados ó erróneos.

De este modo, y siguiendo con el ejemplo, si en la primera y la segunda línea de

la primera etapa disponemos tres módulos en serie y en la única línea de la segunda

etapa disponemos un solo módulo, la pestaña tomará el aspecto de la Figura 3.54.


82

Figura 3.54. Pestaña “Módulos por Línea” con tres módulos en serie en cada una de las

dos líneas de la primera etapa y un módulo en la única línea de la segunda etapa.

Una vez introducido el número de módulos en serie que se desean disponer en

cada una de las líneas de cada etapa, ya se puede pulsar el botón “Siguiente >>”.

Entonces se pasará automáticamente a la pestaña “Resultados Finales” que se muestra

en la Figura 3.55 con los resultados obtenidos para el ejemplo que se ha venido

realizando.

Figura 3.55. Pestaña “Resultados Finales” con los resultados obtendos.

En esta pestaña se muestran los resultados obtenidos para la configuración

propuesta y las características de dicha configuración.


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La pestaña está compuesta por una tabla en la parte superior donde se muestran

los siguientes datos:

1. Etapa: En esta columna figura el número de etapa en cada fila.

2. Caudal Alimento (m3/s): Es el caudal de alimento a la etapa correspondiente

a esa fila de la tabla.

3. VCR: Es la razón volumétrica de concentración que se alcanza en esa etapa.

4. Caudal Rechazo (m3/s): Es el caudal de la corriente rechazo en esa etapa.

5. Concentración Rechazo (%): Es la concentración de la corriente rechazo en

esa etapa.

6. Caudal Permeado (m3/s): Es el caudal de permeado en esa etapa.

7. Flujo Permeado (m/s): Es el flujo de permeado en esa etapa.

8. Área (m2): Es el área teórica de membrana requerida para esa etapa.

9. Nº de Módulos: Es el número de módulos necesarios en la etapa

dependiendo del módulo seleccionado.

10. Nº de Líneas: Es el número de líneas que se han dispuesto en la etapa.

11. Línea: Es el número de línea en cada etapa.

12. Módulos en Serie: Es el número de módulos en serie que se han dispuesto en

cada una de las líneas que incorpora la etapa.

13. Fabricante: Es el nombre del fabricante del módulo utilizado.

14. Modelo: Es el modelo del módulo utilizado.

15. Pérdida de Carga por Línea (Pa): Es la pérdida de carga que experimenta el

fluido al atravesar la línea en cuestión.

16. Pérdida de Carga por Etapa (Pa): Es la pérdida de carga que experimenta el

fluido al atravesar la etapa.

17. Caudal de Recirculación (m3/s): Es el caudal necesario que tiene que aportar

la bomba de recirculación para mantener las condiciones hidrodinámicas

requeridas, y que deben ser las mismas que las de los experimentos a nivel

de laboratorio y planta piloto para que el escalado sea correcto.

18. Potencia de Bombeo por Etapa (Kw): Es la potencia que debe tener la bomba

de recirculación para mover el caudal de recirculación y aportar el salto de

presión necesario.

La pestaña también tiene un marco con el nombre “RESULTADOS FINALES”

donde se recogen los siguientes resultados:


84

1. Área Total Teórica (m2): Es la suma del valor de área teórica necesaria para

cada etapa.

2. Caudal Total Permeado (m3/s): Es el caudal total de permeado que se genera

en el proceso.

3. Flujo Total Permeado (m/s): Es el flujo total de permeado que se genera en

el proceso.

4. Área Total real (m2): Es el área real de membrana que incorpora el proceso

dependiendo de los módulos seleccionados. Con este valor del área es con el

que se llevará a cabo la evaluación económica del proceso.

5. Potencia Bomba Alimento (Kw): Es la potencia que debe tener la bomba de

alimentación para mover el caudal de alimento y aportar la presión de

operación requerida. Esta presión de operación debe tener el mismo valor

que el de los experimentos realizados a nivel de laboratorio y planta piloto

para que el escalado sea correcto.

6. Potencia Total Bombeo (Kw): Es la suma de la potencia dela bomba de

alimentación y las bombas de recirculación.

El aspecto de la configuración que se ha propuesto en este ejemplo tendría el

aspecto que se muestra en el diagrama de la Figura 3.56. Esta configuración está

compuesta por dos etapas. La primera etapa incorpora dos líneas donde se han dispuesto

tres módulos KERASEP K07 B-X en serie en cada una de ellas. La segunda etapa

incorpora una sola línea donde se ha dispuesto un módulo KERASEP K07 B-X.

Figura 3.56. Diagrama de la configuración propuesta.

Una vez obtenidos los resultados finales, se tiene que pulsar el botón

situado parte inferior de la pestaña “Resultados Finales” con el nombre “Agregar


85

Configuración Propuesta a Gráfica Comparativa” , apareciendo el formulario “Feed-

and-Bleed/[Gráfica Comparativa]” de la Figura 3.57.

Figura 3.57. Configuración propuesta agregada a la gráfica comparativa.

Este formulario tiene en la parte superior una tabla con el nombre

“Configuraciones Propuestas”. En esta tabla figuran todas las características y

resultados obtenidos para cada configuración propuesta.

En la parte inferior, situada debajo de la tabla, se encuentra la gráfica

comparativa, en la cual se representa el valor de la Potencia Total de Bombeo obtenida

para cada configuración propuesta (eje de ordenadas) frente al número de configuración

propuesta (eje de abcisas) (las configuraciones propuestas se van numerando

empezando por uno). En el eje de abcisas figura junto al número de configuración

propuesta, el valor de área total teórica necesaria, el valor de área total real según los

módulos seleccionados y el valor de la potencia total de bombeo correspondientes a

dicha configuración.

En este caso solo se ha propuesto una configuración, por lo que solo hay un

punto, que debido a esto, coincide con el valor mínimo de potencia total, el cual se

representa por una línea discontinua (Figura 3.57).


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Este formulario se puede cerrar ó minimizar y las configuraciones propuestas no

se perderán, pudiendo proceder al diseño de una nueva configuración del modo en que

se ha hecho con este ejemplo y posteriormente agregarla también a la gráfica

comparativa. De este modo se pueden ensayar el número de configuraciones deseado y

observar en la gráfica cual de ellas es la configuración cuya potencia total de bombeo es

mínima.

En el caso de haber propuesto cuatro configuraciones distintas, el formulario

presentaría el aspecto de la Figura 3.58.

Figura 3.58. Gráfica comparativa para cuatro configuraciones propuestas.

En esta figura se puede observar que la configuración con la potencia de bombeo

mínima es la número tres. Este valor mínimo se indica mediante la línea discontinua

que se observa en la gráfica y tiene un valor de 0,149 Kw en este caso. Este valor figura

en el eje de abcisas junto al número de configuración , el área total teórica necesaria y el

área total real para dicha configuración.

Pero la configuración óptima no tiene porqué ser la que necesita una menor

potencia de bombeo, ya que para realizar la evaluación económica se utiliza el valor del

área real que se dispone en la configuración y que depende de los módulos

seleccionados.


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Por ello, podemos conocer cual es la configuración óptima pulsando el botón

“Hallar Configuración Óptima” , el cual se puede observar en la Figura 3.58.

Si lo hacemos, el programa realizará una comparación entre las configuraciones

propuestas teniendo en cuenta el peso que tiene cada uno de los dos parámetros

fundamentales de los que depende la evaluación económica del proceso: el área total

real utilizada y la potencia total de bombeo necesaria.

El resultado de esta comparación nos indicará cual es la configuración óptima y

al pulsar el botón “Hallar Configuración Óptima” aparecerá un cuadro de mensaje

donde se indica el número de dicha configuración como se observa en la Figura 3.59.

Figura 3.59. Cuadro de mensaje indicando cual es la configuración óptima.

Para seleccionar la configuración con la que llevar a cabo el diseño básico de

equipos y la evaluación económica, basta con introducir el número de la configuración

deseada en la casilla “Nº de Configuración” situada dentro del marco con el nombre

“Seleccionar Configuración” y pulsar el botón “Seleccionar” (Figura 3.58).

En este caso, si queremos llevar a cabo el diseño de equipos y la evaluación

económica de la configuración óptima, introduciríamos el número cuatro en la casilla

“Nº de configuración” y pulsaríamos el botón “Seleccionar”.

Si se hace esto aparecerá inmediatamente el formulario “Feed-and-

Bleed/[Diseño de Equipos]” y el programa tomará como datos necesarios para llevar a

cabo el diseño de equipos los resultados obtenidos para la configuración seleccionada.

También se activará la opción “Diseño de Equipos” del menú “Feed-and-Bleed” , como

se observa en la Figura 3.60.

Figura 3.60. Menú “Feed-and-Bleed” con la opción “Diseño de Equipos” activada.


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Para comenzar a introducir una nueva serie de configuraciones basta con pulsar

el botón “Iniciar Nueva Gráfica Comparativa”, situado en la parte inferior del

formulario, debajo de la gráfica (Figura 3.58). En este caso, todas las configuraciones

propuestas y los resultados obtenidos para cada una de ellas se borrarán,

desactivándose la opción “Diseño de Equipos” de la Figura 3.60 y el formulario “Feed-

and-Bleed/[Diseño de Equipos]” y el formulario “Feed-and-Bleed/[Gráfica

Comparativa]” se ocultarán, permaneciendo únicamente visible el formulario “Feed-

and-Bleed/[Configuración del Sistema]” (Figura 3.48), disponible para comenzar a

introducir una nueva serie de configuraciones.

Nota Importante: Una vez que se haya seleccionado una configuración y aparezca el

formulario “Feed-and-Bleed/[Diseño de Equipos]” , se recomienda minimizar los

formularios “Feed-and-Bleed/[Configuración del Sistema]” (Figura 3.48) y “Feed-and-

Bleed/[Gráfica Comparativa]” (Figura 3.58). Si se cierra el formulario “Feed-and-

Bleed/[Configuración del Sistema]” (Figura 3.48), todos los formularios asociados a

este como son el “Feed-and-Bleed/[Gráfica Comparativa]” (Figura3.58) y el “Feed-

and-Bleed/[Diseño de Equipos]” se cerrarán también, perdiéndose los resultados

obtenidos y desactivándose la opción “Diseño de Equipos” del menú “Feed-and-Bleed”

(Figura 3.46).

Software para el Diseno de Sistemas de Ultrafiltracion - Software for Ultrafiltration Systems Design - USER MANUAL

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