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Guía de Introducción a la simulación de procesos en CHEMCAD 5.3.4 (estado estacionario) Roberto Guillén P. ( [email protected]) Representaciones Caesar C.A. Steam 1 1 7 5 6 8 4 3 2 2 10 9 Ejemplo 10. Sección 13-86. Perry, Manual del Ingeniero Químico reflujo Stream No. 1 4 5 6 8 Name Petróleo Cru Corte 1 Corte 2 Corte 3 Corte 4 - - Overall - - Temp F 637.0002 249.7055 323.0812 368.4691 450.0220 Pres psia 30.0000 26.4897 27.2138 28.0828 29.0966 Vapor mole fraction 0.6091 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 *** Dry Basis *** - - Overall - - Degree API 27.7214 57.7331 42.4220 39.0659 34.6691 Std liq BPSD 34602.8604 3020.1253 1484.7939 4834.4538 2009.1169

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Guía de Introducción a la

simulación de procesos en

CHEMCAD 5.3.4 (estado

estacionario)

Roberto Guillén P.

( [email protected])

Representaciones Caesar C.A.

Steam

1

1

7

5

6

8

4 3

2

2 10

9

Ejemplo 10. Sección 13-86. Perry, Manual del Ingeniero Químico

reflujo

Stream No. 1 4 5 6 8 Name Petróleo Cru Corte 1 Corte 2 Corte 3 Corte 4

- - Overall - -

Temp F 637.0002 249.7055 323.0812 368.4691 450.0220

Pres psia 30.0000 26.4897 27.2138 28.0828 29.0966

Vapor mole fraction 0.6091 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

*** Dry Basis *** - - Overall - -

Degree API 27.7214 57.7331 42.4220 39.0659 34.6691

Std liq BPSD 34602.8604 3020.1253 1484.7939 4834.4538 2009.1169

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Objetivos

Familiarizar al ingeniero en la metodología de simulación de procesos y

operaciones gas/líquido usando CHEMCAD como simulador de procesos

estacionarios.

Contenido -Introducción a CHEMCAD

-Filosofía de un Simulador de Procesos

-Método de Simulación secuencial-modular

-Selección del Método Termodinámico

-Especificación de las Operaciones Unitarias

Ejemplo 1 en CHEMCAD: Planta de estabilizadora de gases

-Familiarización en el ambiente CHEMCAD

-Manejo de las unidades de ingeniería en CHEMCAD

- Base de datos

- Consulta de datos

- Gráfica de propiedades

-Diagrama de fases

- Listado de Componentes

- Ensayos de Petróleo, base de datos de crudos

- Limitaciones, Opciones del usuario

- Sustancias definidas por el usuario

- Termodinámica

- Auto selección CHEMCAD

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3

- Asistente

- Uso de la ayuda CHEMCAD

- Recomendaciones generales

- Herramientas asistentes de ingeniería:

- Dimensionamiento de Tuberías

- Gráficos Termodinámicos, Opciones de Exportación, cálculos

- Cambio de unidades de ingeniería

- Paleta de Operaciones Unitarias, subpaletas

- Uso de alimentaciones y descargas

- Relación iconos y métodos de cálculos

- Conexión de iconos

- Numeración de corrientes y operaciones unitarias.

Opciones

- Diseño y Evaluación de Equipos: Criterios de Simulación

- Grados de libertad, guía CHEMCAD

- Numeración de las etapas por CHEMCAD

-Análisis de sensibilidad

- Reportes y Resultados

- Formato, Opciones

- Tabla de Propiedades

- Exportación del diagrama de proceso a otras aplicaciones

Ejemplo 2 CHEMCAD: Evaporación Instantánea con reciclo (3.1 Seider)

- Modelos de cálculo de evaporación instantánea

- Uso de controladores

- Algoritmos de convergencia, tolerancia, número de iteraciones

- Comparación de los métodos de convergencia: sustitución sucesiva,

Método de Wegstein, DEM

- Cambio de corriente de reciclo

Ejemplo 3 CHEMCAD: Fraccionamiento de Crudo

- Crudo especificado por el usuario

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- Predicción de Propiedades de refinerías

- Uso de la Unidad TOWERPLUS para equipos laterales al

fraccionador

- Convergencia de TOWERPLUS

- Uso de la operación SREF: Predicción de propiedades de

etapas, corrientes internas del fraccionador

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Introducción a CHEMCAD

Historia

CHEMCAD nace en 1984 cuando un profesor universitario formó un equipo

para desarrollar un simulador de procesos para computadoras personales PC;

motivado por la incomodidad de los simuladores de procesos existentes para le

época que requerían el uso de computadoras de gran escala (mainframe). El

Simulador fue vendido a la sección de softwares de McGraw Hill (COADE) y luego

siguió siendo desarrollado y distribuido por Chemstations Inc. CHEMCAD ha

venido evolucionando durante estos años para convertirse en un paquete de

módulos que abarca cálculo y diseño de intercambiadores de calor (CC-THERM),

simulación de destilaciones dinámicas (CC-DCOLUMN), simulación de reactores

por lotes (CC-ReACS), simulación de destilaciones por lotes (CC-BATCH),

simulación de redes de tuberías (CC-SAFETY NET).

En los años más recientes se ha enfatizado en el desarrollo de interfases con

otras aplicaciones para aumentar las facilidades del usuario y flexibilidad de

cálculo. Por ejemplo CHEMCAD trabaja bidireccionalmente con Excel y sus

tecnologías COM, DCOM y OPC le permite trabajar fácilmente con otras

aplicaciones de ingeniería o administrativas, brindándole al usuario todas las

herramientas para integrar el trabajo de la empresa, ser más eficiente y productivo

en un ambiente mucho más competitivo.

¿En qué consiste CHEMCAD?

CHEMCAD es utilizado para estudiar y calcular cargas de calores,

requerimientos de energía, equilibrios químicos y de fases, el comportamiento de

equipos complejos como torres multi-etapas, balances de masa, dimensionamiento

de equipos, entre otros cálculos.

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Para realizar cálculos de equilibrio líquido-vapor CHEMCAD cuenta con más de 45

opciones termodinámicas que permiten modelar sistemas complejos y desviados de

la idealidad como: petróleo, gas natural, químicos comunes, químicos desviados de

la realidad (mezclas azeotrópicas), metanol, aminas, fluoruro de hidrógeno, etc.

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Filosofía del Simulador de

Procesos

Los diagramas de procesos son el lenguaje de los procesos químicos. Como

una obra de arte describe un proceso existente o un proceso hipotético con

suficientes detalles para describir las principales condiciones del proceso.

La simulación, es la herramienta que el ingeniero químico utiliza para

interpretar los diagramas de proceso, para localizar problemas operacionales y

predecir el comportamiento de los procesos. El corazón del análisis es el modelo

matemático, un conjunto de ecuaciones que relacionan variables del proceso, como

temperatura, presión, flujo, composición de las corrientes con el área superficial,

posición de las válvulas, configuración geométrica, etc. El simulador de procesos

resuelve las variables desconocidas a partir de las conocidas o parámetros de

diseños deseados.

Hay muchos niveles de análisis. En orden ascendente de complejidad, se

cuentan: balances de materia, balances de materia y energía, dimensionamiento de

equipos, análisis de costos. Se agregan ecuaciones adicionales y los algoritmos de

solución de ecuaciones se hacen cada vez más complicadas.

Afortunadamente, la mayoría de los procesos químicos envuelven equipos de

proceso convencionales como: intercambiadores de calor, bombas, columnas de

destilación de absorción, etc. Para estas unidades de proceso, las ecuaciones no

difieren entre los diferentes procesos químicos. Las propiedades de las sustancias,

las constantes químicas sí cambian, pero no las ecuaciones. Por ende, preparar uno

o más algoritmos de solución es posible para cada unidad de proceso para resolver

los balances de materia y energía y para estimar costos y dimensiones de equipos.

Una librería de subrutinas o modelos puede ser escritas en FORTRAN, MS C, MS

Visual Basic para automatizar esos algoritmos de solución que constituyen el

corazón del simulador de procesos.

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Los diagramas de procesos reales, son diferentes a los diagramas

de simulación. La simulación representa un modelo matemático del proceso y

rara vez coincide con la configuración gráfica del diagrama de proceso.

Comúnmente se utilizan artificios de simulación para representar el modelo real, o

para manipular variables y así obtener las respuestas que el usuario requiere.

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Método de Simulación en un

simulador secuencial-modular:

Los pasos a seguir para hacer simulaciones en simuladores secuencial-

modular como CHEMCAD son muy parecidos a los que un ingeniero utiliza para

hacer cálculos de ingeniería a mano o usando una calculadora sencilla; pero con la

gran diferencia que los cálculos iterativos necesarios para hallar las soluciones

métodos algorítmicos de operaciones unitarias o de balance de masa y energía son

realizados rápidamente por el simulador. Lo que le permite al usuario ensayar otras

posibilidades de diseño u operación en tiempo récord y con la garantía de incurrir

en un menor número de errores humanos.

En la Figura N°1, se puede observar un diagrama con los pasos mínimos

necesarios para realizar simulaciones con un simulador secuencial-modular como

CHEMCAD. Estos pasos incluyen: seleccionar las sustancias puras o definidas por

el usuario, dibujar el diagrama de simulación, seleccionar un método

termodinámico apropiado, introducir los datos de flujos de las corrientes de

entrada, introducir los parámetros de diseño o evaluación de las operaciones

unitarias o métodos de cálculo requeridos, hacer ajustes adicionales (usando

controladores u otros artificios de simulación) y la parte más importante de la

simulación: interpretar los resultados.

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Figura N° 1. Metodología para simular procesos en un simulador secuencial-

modular

De manera detalla se debe proceder de la siguiente forma:

Seleccionar los componentes: Después de abrir y darle nombre al nuevo archivo de

CHEMCAD, éste es el siguiente paso hacia la simulación. Al abrir el nuevo archivo

CHEMCAD recibe al usuario con la paleta de operaciones unitarias. Para poder

seleccionar los componentes, ésta debe ser cerrada presionando el botón

(Simulation/Graphic) en la barra de herramientas o presionando la opción Run

Simulation del menú principal. Para abrir la selección de Componentes se debe

presionar el botón o seleccionar la opción Component List del menú

ThermoPhysical. En el campo Search for se debe escribir la fórmula de la

sustancia, su nombre en inglés (usando de manera opcional el botón

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Next para sustancias con nombres compuestos) o su número de identificación en

la base de datos de CHEMCAD. Una vez identificada la sustancia, debe ser

agregada a la lista de sustancias de la simulación haciendo doble clic sobre la

sustancia o presionando el botón Add. Una vez completada la selección

de las sustancias a utilizar en la simulación se debe presionar el botón OK para

hacer que CHEMCAD descargue la base de datos de las sustancias puras

seleccionadas.Si se desea hacer una simulación utilizando pseudo-componentes

basados en una curva de destilación de un crudo o la base de datos de crudos de

CHEMCAD, debe seleccionar la opción Distilliation Curves del menú

ThermoPhysical e indicar el número de las corrientes a caracterizar, los métodos

a de modelaje deseados, los rangos y número de pseudo-componentes a utilizar,

etc. Una vez cargadas las curvas de destilación y y otras propiedades y/o curvas,

CHEMCAD generará los pseudo-componentes que imitarán el comportamiento y

las propiedades de la corriente de petróleo o derivado que se simula.

Para hacer el diagrama o modificarlo el modo de CHEMCAD debe

encontrarse o ser cambiado a Gráficos. Para ello, se debe utilizar el botón

(Simulation/Graphic). Luego de ser presionado aparecerá la paleta de operaciones

unitarias.

Colocar las flechas de alimentación y productos: Los iconos

imprescindibles son las flechas de alimentación de color rojo y las flechas

de productos de color púrpura. Todas las corrientes que no sean internas

del diagrama de proceso deben utilizar una de estas flechas en el diagrama de

simulación de CHEMCAD.

Agregar las operaciones unitarias al diagrama de simulación: El

usuario debe navegar con el puntero del ratón sobre la paleta de operaciones

unitarias y al encontrar la operación unitaria que desea agregar, debe presionar el

SI CHEMCAD ESTÁ EN EL MODO “Simulation”, EL USUARIO

NO PODRÁ MODIFICAR EL DIAGRAMA DE SIMULACIÓN.

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icono del equipo. Luego debe hacer un clic sobre el área de trabajo. Este

procedimiento se repite hasta completar los equipos necesarios.

Unir las operaciones unitarias con corrientes: Las flechas de alimentación,

productos y todas las operaciones unitarias del diagrama debe ser conectadas por

corrientes. Para ello se presiona en la paleta de operaciones unitarias el botón de

corrientes Stream. Luego en el área de trabajo se debe acercar el cursor del

ratón al extremo derecho de las flechas de alimentación y operaciones unitarias

hasta que un botón rojo se ilumine. Al iluminarse el botón rojo del equipo, se

debe presionar el botón del ratón y desplazar el cursor hacia la operación unitaria o

flecha de productos en la que se desea que esta corriente descargue su flujo. Al

acercarse a la operación unitaria se encenderá un botón azul del lado

izquierdo del equipo o flecha de producto y aparecerá el mensaje IN-LET. Esto

indica que se debe presionar el botón del ratón para conectar la corriente al equipo.

Este procedimiento se repito hasta que todas las fechas y equipos estén conectados.

Pasar a modo de simulación: Al finalizar de construir el diagrama de

Simulación, se debe pasar al modo de Simulation nuevamente para seguir con el

proceso. Para ello, se debe presionar el botón (Simulation/Graphic) en la

barra de herramientas o presionando la opción Run Simulation en el menú

principal

Seleccionar el método termodinámico: La exactitud, confiabilidad y

reproducibilidad de los resultados de una simulación son extremadamente

dependientes del modelo termodinámico utilizado en el cálculo.

Una de las grandes ventajas de CHEMCAD es poder ensayar diferentes

métodos termodinámicos para un mismo sistema y utilizar esta herramienta para

interpretar los resultados y sus posibles variantes, dependiendo de los ensayos.

Dependiendo de cada aplicación, CHEMCAD tiene un modelo que mejor se

adapta al sistema o proceso del usuario. Con el uso constante de CHEMCAD, el

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usuario generalmente desarrolla una predilección hacia los modelos

termodinámicos que mejor se adaptan a los datos experimentales u observados en

los procesos.

Sin embargo, CHEMCAD ofrece una guía para seleccionar el método más

apropiado; pero esto no excluye la responsabilidad del usuario de utilizar el más

adecuado. Tomando en cuenta que los nuevos usuarios de CHEMCAD podría no

estar familiarizados con la oferta de modelos disponibles en CHEMCAD, se

presenta a continuación una pequeña guía de selección para brindar algunos

criterios de selección para este proceso. En la tabla N°1 se presenta un resumen de

los métodos termodinámicos disponibles en CHEMCAD, su uso y propiedades

físicas necesarias.

Para seleccionar un método termodinámico, CHEMCAD le ofrece un

asistente que se activa la primera vez que se cargan las sustancias que intervienen

en la simulación. Luego que se le indica al asistente los rangos de temperatura y

presión que serán las condiciones de borde, el asistente o Wizard le ofrecerá una

recomendación que Ud. podrá cambiar posteriormente. Para cambiar la

recomendación del asistente se debe seleccionar la opción K-values del menú

Thermophysical o presionando el botón en la barra de herramientas.

Método valor-K Tipo de Modelo Aplicaciones

Típicas

Datos Físicos

requeridos

ACTX Actividad

ADDK Agregado por el

usuario

Ajustados a modelo

únicos, conocidos

por el usuario

Amine Empírico Remoción de gases

ácidos (DEA, MEA)

API SRK Ecuación de Estado Hidrocarburos Tc, Pc, Ω, algunas

veces kij

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BWRS Ecuación de Estado Hidrocarburos

livianos (procesos

criogénicos)

Tc, Pc, Ω, algunas

veces kij

ESD Ecuación de Estado Polímeros y

químicos con

ESSO Hidrocarburos

pesados (asfaltos),

recomendado para

destilación al vacío

Tb, K

Florry-Huggins Actividad Polímeros Vi, K

GMAC(Chien-Null) Actividad Mezclas Polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Líquido-Vapor

Grayson-Stread Ecuación de Estado

empírico

Hidrocarburos

(procesos de

refinación)

Tc, Pc, Ω,δ

Henrys Law Empírico Gases livianos no

condensables.

Sistemas ideales

Coeficientes de PV

de la ecuación

HRNM Modified

Wilson

Actividad Sistemas de

alcoholes,

Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Líquido-Vapor

Vi, coeficientes de

PV de la ecuación,

Coeficientes de

Interacción binaria

Ideal Vapor

Pressure

Ideal Coeficientes de la

ecuación VP

K-table Datos del usuario Pr, Ki .t.Temp.

Margules Actividad Mezclas polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Coeficientes de PV

de la ecuación

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Líquido-Vapor

Modified UNIFAC Actividad Mezclas polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Líquido-Vapor

Grupos UNIFAC,

Coeficientes de

interacción binaria,

coeficientes de PV

de la ecuación

MSRK Ecuación de Estado Químicos

(modificación del

métdo SRK para

considerar

sustancias polares)

Tc, Pc, m, n

NRTL Actividad Mezclas polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Líquido-Vapor

Coeficientes de PV

de la ecuación y

parámetros de

interacción binaria

Peng-Robinson Ecuación de Estado Hidrocarburos y

químicos no

polares

Tc, Pc, Ω, algunas

veces kij

Polinomial K Datos del usuario Pr, Ki.v.Temp.

PPAQ Datos del usuario Sistemas acuosos

de electrolitos.

Operaciones gas-

líquido de NH3,

Co2, HCl

Presión parcial v.

Temperatura y

Concentración. Los

archivos de los

sistemas

NH3-H2O, HCl-

H2O, ya están

cargados en

CHEMCAD.

PSRK Ecuación de Estado

y Actividad

Químicos Tc, Pc, Ω, grupos

UNIFAC

Regular Solution Actividad Hidrocarburos Vi, δ

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SAFT Ecuación de Estado Polímeros Tc, Pc, Vs, SFs,

DE/k, propiedades

de los polímeros y

algunas veces

coeficientes de

interacción binaria

Sour Water Empírico Gases ácidos

disueltos en agua

(H2S, CO2, NH3)

SRK Ecuación de Estado Hidrocarburos Tc, Pc, Ω, algunas

veces kij

TEG Dehydration Empírico Remoción de agua

de hidrocarburos

T.K. Wilson Actividad Mezclas polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Líquido-Vapor

Vi, coeficientes de

PV de la ecuación,

coeficientes de

interacción binaria

TSRK Ecuación de Estado Gases livianos

disueltos en

metanol0

Tc, Pc, Ω, kij, cij

UNIFAC Actividad Mezclas polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Líquido-Vapor

Grupos UNIFAC,

coeficientes de PV

de la ecuación

UNIFAC Polymers Actividad Polímeros Vi, Ci, grupos

UNIFAC

UNIQUAC Actividad Mezclas polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Líquido-Vapor

q, r, coeficientes de

PV de la ecuación,

coeficientes de

interacción binaria

UNIQUAC/ Actividad Mezclas polares, q, r, coeficientes de

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19

UNIFAC Equilibrio Líquido-

Vapor, Líquido-

Líquido-Vapor

PV de la ecuación,

coeficientes de

interacción binaria

UNIFAC LLE Actividad Equilibrio,

Líquido-Líquido

Grupos UNIFAC,

coeficientes de PV

de la ecuación

VAN LAAR Actividad Mezclas polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor

Coeficientes de VP

de la ecuación,

coeficientes de

interacción binaria

WILSON Actividad Mezclas polares,

Equilibrio Líquido-

Vapor

Vi, coeficientes de

VP de la ecuación,

coeficientes de

interacción binaria

Tabla N°1. Modelos termodinámicos disponibles en CHEMCAD

Leyenda:

Tc = Temperatura crítica

Pc= Presión crítica

Vc= Volumen crítico

Ω= Factor acéntrico

q= Parámetro de superficie

r= Parámetro de volumen

δ= Parámetro de solubilidad

K= Factor de Watson-Nelson

Vi= Volumen molar del líquido

m,n= Parámetros MSRK

kij= Parámetros de Interacción Binaria para la ecuación de estado

Tb= Punto de ebullición normal

Cw= Tercer parámetro de para HRNM Wilson

Pr= Presión de referencia

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20

PV= Presión de vapor

Vs= Volumen característico de SAFT

SFs= Factor de forma de SAFT

DE/k= Energía de distribución de SAFT

Ci= Parámetro ajustable para UNIFAC de Polímeros

Especificar las Operaciones Unitarias en CHEMCAD: CHEMCAD cuenta

con más de 40 operaciones unidades de cálculo que no sólo son motores de cálculo

que representan operaciones unitarias reales, sino también otras operaciones

unitarias ficticias que facilitan los procesos de cálculo del usuario. Generalmente

las operaciones unitarias de CHEMCAD tienen más de un modo de cálculo para

permitir realizar evaluaciones y diseños basados en diferentes parámetros o

expectativas.

Para especificar las operaciones unitarias, el usuario debe hacer doble clic

sobre el icono de cada equipo; luego se desplegarán las pantallas en las que podrá

navegar con la ayuda del ratón. Para introducir los datos en los campos de las

operaciones unitarias, el usuario debe hacer un (01) clic sobre el espacio de la

información a introducir.

En la tabla N°2 se presentan las operaciones unitarias en CHEMCAD, con

los datos a introducir según sus métodos de cálculo y resultados obtenidos para

cada aplicación.

Nombre

e Icono

Aplicaciones

y Topología

mínima

(número de

corrientes a

conectar)

Modos de Operación y Datos a

Introducir

Resultados

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0: (Diseño) se especifica la presión*

de salida deseada y la eficiencia.

Modo de diseño. No acepta ser

parte de la incógnita de una red de

tuberías. Los nodos conectados

deben cerrar o abrir la red.

Calcula la potencia

del equipo, Cp/Cv

real y el ideal.

1: (Evaluación) se especifica la

potencia* y la eficiencia. No acepta

ser parte de la incógnita de una red

de tuberías. Los nodos conectados

deben cerrar o abrir la red.

Calcula la presión

de salida, Cp/Cv

real y el ideal.

2: (Diseño) se especifica el cociente

de la Presión de Salida/Presión de

entrada. No acepta ser parte de la

incógnita de una red de tuberías.

Los nodos conectados deben cerrar

o abrir la red.

Calcula la presión

de salida, la

potencia, Cp/Cv

real y el ideal.

COMP

Módulo de

compresión

de una

corriente

gaseosa de

proceso.

1 Entrada, 1

Salida.

3: (Evaluación): Se especifica la

potencia observada* y la presión de

salida*. No acepta ser parte de la

incógnita de una red de tuberías.

Los nodos conectados deben cerrar

o abrir la red.

Calcula la eficiencia

del equipo como

una fracción de 0

a 1.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

22

4: (Diseño) Se especifica la potencia

observada*, la presión de salida* y

la eficiencia. Debe cambiarse el

algoritmo de convergencia a

AutoCalc *** o formar parte de una

red con nodos en el modo Flow set

by UnitOp).

Calcula el flujo de

la corriente de

entrada.

5: (Evaluación) Se especifica el

número líneas de velocidades, las

velocidades, los datos de cada curva

(flujo volumétrico, cabezal de salida

o presión). Se puede utilizar sin

nodos conectados o formando parte

de una red con nodos en el modo

Flow set by UnitOp).

Calcula el punto de

operación del

equipo: presión de

salida, eficiencia,

potencia.

CONT

Artificio de

simulación

para ajustar

variables. 1

Controler Off: Desconecta todas sus

funciones, no realiza ningún ajuste

Se desea liberar la

manipulación de

variables y permitir

el cálculo estándar.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK. *** Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria nodo y los controladores se obtienen soluciones más

rápidamente y con mayor confiabilidad.

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23

Feed-Forward: Copia una variable a

un equipo o corriente de

alimentación a otro equipo u otra

corriente de alimentación

La variable copiada

sujeta a posibles

modificaciones

realizadas por un

operador

matemático

Entrada, 1

Salida.

Feed-Backward: Ajusta una

variable que según la simulación es

un dato de operación del equipo o

una variable de una corriente de

alimentación

La variable

ajustada en el

equipo o corriente

de alimentación a

las expectativas del

usuario

0: se especifica el grado de

remoción de cada componente

como una fracción de 0 a 1.

Puede ajustar las variables de

temperatura* y presión* si se

especifican para las corrientes Top

Stream y Bottom Stream.

Calcula el flujo

composiciones,

temperaturas y

presiones de las

corrientes de

salida.

CSEP

Separador de

Componentes

Es un equipo

tipo caja

negra.

1 Entrada, 1

Salida.

1: se especifica el grado de

remoción de cada componente

como flujos molares. Puede ajustar

las variables de temperatura y

presión si se especifican para las

corrientes Top Stream y Bottom

Stream.

Calcula el flujo

composiciones,

temperaturas y

presiones de las

corrientes de

salida.

Page 24: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

24

2: Opcionalmente se pueden ajustar

las variables de temperatura* y

presión* si se especifican para las

corrientes Top Stream y Bottom

Stream.

Calcula el flujo

composiciones,

temperaturas y

presiones de las

corrientes de salida

(Requiere el uso de

electrolitos y no

acepta electrolitos

como especies

verdaderas).

CVAL

Válvula de

Control.

1 Entrada, 1

Salida.

En el modo Fix valve position,

adjust flow rate, el equipo debe

formar parte de un ramal de una

red hidráulica y por ello, estar

entre dos nodos en los que el flujo

es la incógnita como se muestra en

la imagen.

Se deben especificar las

dimensiones de la válvula o

calcularlas previamente utilizando

la herramienta de diseño del menú

Sizing-Control/ Control Valve.

Calcula el flujo por

el ramal de la red.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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25

En el modo Fix Flow rate, adjust

valve position, el equipo debe estar

conectado a equipos de proceso

distintos a los nodos hidráulicos. Se

debe especificar las dimensiones de

la válvula y presión de salida del

equipo.

Calcula la abertura

de la válvula de

control, copia el

flujo alimentado y

la presión

especificada a la

corriente de salida.

En el modo Fix Flow,valve

position, calc Pout, el equipo debe

estar conectado a equipos de

proceso distintos a los nodos

hidráulicos. Se debe especificar las

dimensiones de la válvula y la

abertura de la válvula como un

porcentaje.

Calcula la presión

de salida, copia el

flujo alimentado y

la presión calculada

a la corriente de

salida.

0: Se especifica la separación como

una fracción de la unidad ( de 0 a

1).

Calcula los flujos de

las corrientes de

salida.

1: Se especifica el flujo molar de

cada corriente

Calcula los flujos de

las corrientes de

salida.

DIVI

Divisor de

corrientes

(sin calcular

el flujo en la

red de

tuberías). Por

lo menos 1

Entrada y 2

Salidas.

2: Se especifica el flujo de las

corrientes de salida. Debe

cambiarse el algoritmo de

convergencia a AutoCalc***.

Calcula los flujos de

la corriente de

entrada.

*** Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria nodo y los controladores se obtienen soluciones más

rápidamente y con mayor confiabilidad.

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26

3: Se especifica el flujo másico de

cada corriente de salida.

Calcula los flujos de

las corrientes de

salida.

4: Se especifican los flujos de las

corrientes de salida en unidades de

ingeniería de preferencia del

usuario (volumen de líquidos y

gases, flujo másico en diferentes

unidades de masa y molar a las del

perfil de la simulación.

Calcula los flujos de

las corrientes de

salida.

EREA

Reactor de

reacciones en

equilibrio. 1

Entrada, 1

Salida.

Se especifican el número de

reacciones en equilibrio, la caída de

presión *, el modo térmico de

cálculo, el tipo de reacciones (en

paralelo o en serie), la constante de

equilibrio y los coeficientes

estequiométricos, el calor de

reacción* (si se desea especificar

uno diferente al calculado por

CHEMCAD). En la pestaña More

Specifications, se deben introducir

el número de reacciones en

equilibrio, su constante de

equilibrio, los coeficientes

estequiométricos.

Calcula los flujos de

cada componente

en la corriente de

salida, la

temperatura (en

casos diferentes al

de operación

isotérmica y la

presión de salida.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK

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27

0: Se especifica la presión de salida

deseada* y la eficiencia. Modo de

diseño. No acepta ser parte de la

incógnita de una red de tuberías.

Los nodos conectados deben cerrar

o abrir la red.

Calcula la potencia

del equipo, Cp/Cv

real y el ideal.

1: Se especifica la potencia* y la

eficiencia. No acepta ser parte de la

incógnita de una red de tuberías.

Los nodos conectados deben cerrar

o abrir la red.

Calcula la presión

de salida, Cp/Cv

real y el ideal.

2: Se especifica el cociente de la

Presión de Salida/Presión de

entrada. No acepta ser parte de la

incógnita de una red de tuberías.

Los nodos conectados deben cerrar

o abrir la red.

Calcula la presión

de salida, la

potencia, Cp/Cv

real y el ideal.

EXPN

Módulo de

Expansión. 1

Entrada, 1

Salida.

3: Se especifica la potencia

observada* y la presión de salida*.

No acepta ser parte de la incógnita

de una red de tuberías. Los nodos

conectados deben cerrar o abrir la

red.

Calcula la eficiencia

del equipo como

una fracción de 0

a 1.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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28

4: Se especifica la potencia

observada*, la presión de salida* y

la eficiencia. Debe cambiarse el

algoritmo de convergencia a

AutoCalc *** o formar parte de una

red con nodos en el modo Flow set

by UnitOp).

Calcula el flujo de

la corriente de

entrada.

EXTR

Extractor

Líquido-

Líquido

contínuo. 2

Entradas, 2

Salidas.

Se introducen el número de etapas

ideales, la presión en el tope de la

columna*, la caída de presión*, el

número de la etapa ideal en la que

se alimenta cada corriente de

entrada. Se debe seleccionar un

método termodinámico capaz

de predecir el equilibrio

líquido-líquido.

Calcula los flujos de

la corriente liviana

y la pesada, las

presiones y

temperaturas

FIRE

Horno

calentado por

combustión

de gases. 1

Entrada, 1

Salida.

Se introduce obligatoriamente la

Temperatura de salida* y la caída

de presión*. Opcionalmente, se

puede introducir el valor calorífico

del combustible y su flujo, así como

la eficiencia térmica general.

Calcula el calor

absorbido y el

consumo de

combustible.

Opcionalmente,

con el uso de un

controlador que fije

el consumo de

combustible como

*** Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria nodo y los controladores se obtienen soluciones más

rápidamente y con mayor confiabilidad. * Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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29

una función de la

eficiencia, se puede

calcular la

eficiencia térmica

indirectamente.

0: No se hace ninguna

especificación (Se utiliza la

temperatura y presión de la

alimentación para calcular la

separación instantánea). Para

simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes y la

condición

termodinámica

basado en la

temperatura y

presión de la

mezcla que se

alimenta

FLAS

Separación

instantánea

de fases. 1

Entrada, 2

Salidas. Para

simular

separaciones

de gas-liq-liq

se requieren:

1 Entrada, 3

Salidas. 1: Se especifica la fracción de vapor

y la presión de operación*. Para

simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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30

2: Se especifica la temperatura* y la

presión de operación*. Para simular

separaciones de gas-líquido-líquido

se requiere utilizar un método

termodinámico que tome en cuenta

el equilibrio líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido.

3: Se especifica la temperatura y el

calor suministrado. Para simular

separaciones de gas-líquido-líquido

se requiere utilizar un método

termodinámico que tome en cuenta

el equilibrio líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, y la

condición

termodinámica de

las corrientes de

salida.

4: Se especifica la fracción de vapor

y la temperatura de operación. Para

simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido.

5: Se especifica la presión y el calor

suministrado. Para simular

separaciones de gas-líquido-líquido

se requiere utilizar un método

termodinámico que tome en cuenta

el equilibrio líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, y la

condición

termodinámica de

las corrientes de

salida.

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6: Se especifica la presión. Para

simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Suponiendo una

operación

isentrópica, calcula

el flujo de cada una

de las corrientes de

salida, y la

condición

termodinámica de

las corrientes de

salida.

7: Se especifica la temperatura.

Para simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Suponiendo una

operación

isentrópica, calcula

el flujo de cada una

de las corrientes de

salida, y la

condición

termodinámica de

las corrientes de

salida.

8: Se especifica la presión. Para

simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Encontrando el

punto de rocío del

agua, calcula a esas

condiciones el flujo

de cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica de

las corrientes de

salida y el calor

requerido.

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32

9: Se especifica la temperatura.

Para simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Encontrando el

punto de rocío del

agua, calcula a esas

condiciones el flujo

de cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica de

las corrientes de

salida y el calor

requerido.

GIBS

Reactor

Gibbs, para

modelar

termodiná-

micamente

las reacciones

químicas

espontáneas.

1 Entrada, 1

Salida.

El reactor Gibbs utiliza las energías

de Gibbs y las minimiza para

encontrar las posibles reacciones,

hacer el balance de masa y de

energía. Si se desea excluir alguna

sustancia, se debe especificar como

inerte en la pestaña Inerts. Sólo

se utilizarán en la predicción las

sustancias que estén incluidas en la

lista de componentes y que no se

especifiquen como inertes. Para

sustancias agregadas por el usuario

y pseudo-componentes, el usuario

debe introducir sus energías libres

de Gibbs para participar en el

cálculo del reactor.

Este modelo da

excelentes

resultados para

incineradores y

mechurrios.

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33

Modo Térmico Adiabatic: se hace

clic sobre la opción Adiabatic. Se

debe introducir los coeficientes del

balanceo de la reacción química (los

reactantes llevan signo negativo y

los productos positivo)

Calcula el flujo de

cada componente

en la corriente de

salida, la

temperatura y el

calor requerido.

Modo Térmico Isothermal: se

especifica la temperatura de

operación*. Se debe introducir los

coeficientes del balanceo de la

reacción química (los reactantes

llevan signo negativo y los

productos positivo).

Calcula el flujo de

cada componente

en la corriente de

salida y el calor

requerido.

Modo Térmico Heat Duty: se

especifica el calor liberado por un

equipo de enfriamiento* del reactor

(con signo negativo) o absorbido

por un equipo de calentamiento del

(con signo positivo). Se debe

introducir los coeficientes del

balanceo de la reacción química (los

reactantes llevan signo negativo y

los productos positivo).

Calcula el flujo de

cada componente

en la corriente de

salida y la

temperatura de la

corriente de salida.

HTXR Equipos de

Intercambio

de Calor.

1 Entrada, 1

Se debe hacer una especificación

que se puede seleccionar de las

siguientes: temperatura de una de

las corrientes de salida*, fracciones

Calcula las

temperaturas de

salida, el calor

intercambiado, el

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

34

Salida.

Modelo de

doble lado: 2

Entradas, 2

Salidas.

de vapor de una de las corrientes de

salida, los grados de sobre

enfriamiento o sobre calentamiento

de las corrientes, el calor

intercambiado, o el coeficiente de

transferencia de calor más el área

del intercambiador *.

Opcionalmente, se puede indicar el

número de equipos en serie, de

pasos en los tubos y en la carcaza.

coeficiente de

transferencia de

calor (si se

especifica el área de

intercambio de

calor)**.

** Para un análisis más detallado de diseños y evaluaciones de intercambiadores de calor, se

recomienda utilizar CC-THERM que trabaja de forma integrada en las simulaciones de CHEMCAD.

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35

KREA

Reacciones

con modelaje

cinético.

1 Entrada, 1

Salida.

Modo Specify Volume

(Evaluación): Se selecciona este modo

al hacer clic sobre la frase Specify

Volume, se indica el número de

reacciones a incluir, el tipo de reactor

(Flujo Pistón o de Mezcla Completa), el

volumen del reactor*, la fase en la que

ocurre la reacción, el tipo de modelo

cinético a usar (standard en formato

de la ecuación de Arrhenius o User

Specified), el modelo térmico (si se

utiliza el modelo isotérmico se debe

especificar la temperatura*.

Luego de hacer clic en esta primera

pantalla, aparecerán las pantallas de

especificación de las reacciones en las

que se debe indicar: las variables de la

ecuación de Arrhenius (si se usa el

formato estándar) o se introducirá la

expresión de velocidad de reacción en

términos del usuario utilizando la

herramienta que aparecerá para

introducir la expresión, los valores

estequiométricos de cada reactante y

producto de las reacciones (a los

reactantes se le debe asignar un signo

negativo y a los productos uno

positivo).

La distribución de

los productos y

reactantes en las

corrientes de

salida, la

temperatura de

salida, el calor

absorbido o

liberado y el calor

de reacción.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

Page 36: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

36

Modo Specify Conversion

(Diseño): Se selecciona este modo al

hacer clic sobre la frase Specify

Conversion, se indica el número de

reacciones a incluir, el tipo de reactor

(Flujo Pistón o de Mezcla Completa), el

grado de conversión deseada (como

una fracción de 0 a 1), se selecciona

el componente sobre el que se basa

este grado de conversión, la fase en la

que ocurre la reacción, el tipo de

modelo cinético a usar (standard en

formato de la ecuación de Arrhenius o

User Specified), el modelo térmico

(si se utiliza el modelo isotérmico se

debe especificar la temperatura*.

Luego de hacer clic en esta primera

pantalla, aparecerán las pantallas de

especificación de las reacciones en las

que se debe indicar: las variables de la

ecuación de Arrhenius (si se usa el

formato estándar) o se introducirá la

expresión de velocidad de reacción en

términos del usuario utilizando la

herramienta que aparecerá para

introducir la expresión, los valores

estequiométricos de cada reactante y

producto de las reacciones (a los

reactantes se le debe asignar un signo

negativo y a los productos uno

positivo).

La distribución de

los productos y

reactantes en las

corrientes de

salida, la

temperatura de

salida, el calor

absorbido o

liberado y el calor

de reacción.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

37

1: Se especifica la temperatura y la

presión de operación. Se requiere

utilizar un método termodinámico

que tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido.

2: Se especifica la fracción de vapor

y la presión de operación*. Para

simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido.

LLVF

Módulo de

separación de

tres fases

(gas-líquido-

líquido)**.

1 Entrada, 3

Salidas.

3: Se especifica la presión* y el

calor suministrado *. Para simular

separaciones de gas-líquido-líquido

se requiere utilizar un método

termodinámico que tome en cuenta

el equilibrio líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, y la

condición

termodinámica de

las corrientes de

salida.

** La unidad de evaporación instantánea puede realizar todas los cálculos de esta unidad si el

método termodinámico modela el equilibrio líquido-líquido. El equipo LLVF activa

automáticamente los cálculos de equilibrio líquido-líquido en este equipo sólamente si el modelo

termodinámico permite ambas opciones. * Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

Page 38: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

38

4: Se especifica la fracción de vapor

y la temperatura de operación*.

Para simular separaciones de gas-

líquido-líquido se requiere utilizar

un método termodinámico que

tome en cuenta el equilibrio

líquido-líquido.

Calcula el flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido.

LNGH

Equipo de

intercambio

de calor de

múltiples

corrientes. 1

Entrada, 1

Salida.

Se debe hacer una especificación

para cada corriente de entrada a

excepción de una; de las cuales el

usuario puede seleccionar:

temperatura de una de las

corrientes de salida*, fracciones de

vapor de una de las corrientes de

salida, los grados de sobre

enfriamiento o sobre calentamiento

de las corrientes*, el calor

intercambiado*.

(N° de corrientes - 1=N° de

corrientes a especificar)

Calcula la

temperaturas de

salida de la

corriente no

especificada y el

calor

intercambiado.

MIXE

Mezclador de

corrientes.

2 Entradas, 1

Salida.

Se especifica la presión de salida*.

Si el algoritmo de convergencia se

encuentra en AutoCalc***, se pueden

calcular las presiones de las

corrientes de entrada haciendo esta

Calcula los flujos de

las corrientes de

salida y si no se

especifica la

presión de salida,

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK. *** Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria nodo y los controladores se obtienen soluciones más

rápidamente y con mayor confiabilidad.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

39

selección en el equipo. se asume la menor

presión de las

corrientes de

entrada al equipo

como la de salida.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

40

NODE

Módulo de

punto de

presión en

una red

hidráulica.

1 Entrada, 1

Salida.

El nodo representa cualquier punto

extremo de una red hidráulica (un

tanque, la descarga a la atmósfera o

a un equipo con una presión

determinada, mechurrios, etc.) y

también debe ser colocado antes y

después de cada equipo que forme

parte de una red hidráulica

(tuberías con accesorios, etc).

Para toda la red

hidráulica se deben hacer

tantas especificaciones

como nodos extremos

haya, entre las cuales al

menos una (01) debe ser

de presión.

Si el nodo es interno no se

debe hacer especificación

alguna. Un nodo Interno se

muestra en la siguiente figura:

En las figuras siguientes se

muestran las posibles ubicaciones

de un nodo extremo de una red

hidráulica y sus especificaciones:

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

41

Alimentación de la red:

Opción A: Se especifica el nodo

como Fixed Pressure, se

introduce la presión* y la corriente

de alimentación se especifica (N°6

en el diagrama) como Free Inlet.

Opción B: Se especifica el nodo

como Variable Pressure y se fija el

flujo de la corriente de

alimentación(N°6 en el diagrama)

como Use current stream rate o

fijando el flujo con una selección

del tipo Fixed ..... Rate.

Calcula las

presiones,

temperaturas y

flujos de la red.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

Page 42: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

42

Descarga de la red:

Opción A: Se especifica el nodo

como Fixed Pressure, se

introduce la presión* y la corriente

de descarga se especifica (N°7 en el

diagrama) como Free Outlet.

Opción B: Se especifica el nodo

como Variable Pressure y se fija el

flujo de la corriente de

descarga(N°7 en el diagrama)

fijando el flujo con una selección

del tipo Fixed ..... Rate.

Calcula las

presiones,

temperaturas y

flujos de la red.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

Page 43: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

43

Apertura de la red luego de una

simulación de equipos de procesos:

Se especifica el nodo como

Variable Pressure y se fija el flujo

de la corriente de

alimentación(N°10 en el diagrama)

como Use current stream rate o

fijando el flujo con una selección

del tipo Fixed ..... Rate.

Calcula las

presiones,

temperaturas y

flujos de la red.

Page 44: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

44

Descarga de la red a una simulación de

los equipos de procesos:

Opción A: Se especifica el nodo

como Fixed Pressure, se

introduce la presión* y la corriente

de descarga se especifica (N°9 en el

diagrama) como Free Outlet.

Opción B: Se especifica el nodo

como Variable Pressure y se fija el

flujo de la corriente de descarga

(N°9 en el diagrama) fijando el flujo

con una selección del tipo Fixed

..... Rate.

Calcula las

presiones,

temperaturas y

flujos de la red.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

Page 45: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

45

1: Se especifican los extremos del

rango de fracción de vapor y

presión de operación, y el número

de puntos a calcular.

En el reporte de la

simulación se

puede obtener el

cálculo del flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido en

el rango

especificado.

PGEN

Generador de

Fases,

múltiples

cálculos de

evaporación

instantánea.

1 Entrada, 2

Salidas.

2: Se especifican los extremos del

rango de temperatura y la presión

de operación y el número de puntos

a calcular.

En el reporte de la

simulación se

puede obtener el

cálculo del flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido en

el rango

especificado.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

46

3: Se especifican los extremos del

rango de temperatura y el número

de puntos a calcular.

En el reporte de la

simulación se

puede obtener el

cálculo del flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido en

el rango

especificado.

4: Se especifican los extremos de la

fracción de vapor, temperatura de

operación y el número de puntos a

calcular

En el reporte de la

simulación se

puede obtener el

cálculo del flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido en

el rango

especificado.

Page 47: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

47

5: Se especifican los extremos del

rango de presiones y el número de

puntos a calcular.

En el reporte de la

simulación se

puede obtener el

cálculo del flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido en

el rango

especificado.

6: Se especifican los extremos del

rango de presiones y el número de

puntos a calcular.

En el reporte de la

simulación se

puede obtener el

cálculo del flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido en

el rango

especificado.

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48

7: Se especifican los extremos del

rango de temperaturas y el

número de puntos a calcular.

En el reporte de la

simulación se

puede obtener el

cálculo del flujo de

cada una de las

corrientes de

salida, la condición

termodinámica y el

calor requerido en

el rango

especificado.

PIPE

Diseño de

líneas y

Cálculo de

caídas de

presión. 1

Entrada, 1

Salida.

Sizing Option 0 (Evaluación): se

selecciona un método de flujo

acorde al tipo de flujo en la tubería,

se introduce el diámetro*, el

Schedule si se desea, la longitud de

la tubería*, el material o

directamente la rugosidad si se

desea utilizar un valor diferente al

de la base de datos. En las pestañas

Valve y Fittings se introduce el

número de accesorios presentes en

el tramo de tubería.

Calcula la presión

de salida de la

corriente, y para el

equipo y sus

accesorios: la caída

de presión, la

velocidad del

fluido, el número

de Reynolds, el

factor de fricción.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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49

Sizing Option 1 (Diseño): se

selecciona un método de flujo

acorde al tipo de flujo en la tubería,

se introduce el Schedule si se desea,

la longitud de la tubería*, el

material o directamente la

rugosidad si se desea utilizar un

valor diferente al de la base de

datos.

Calcula la presión

de salida de la

corriente, y para el

equipo y sus

accesorios: el

diámetro, la caída

de presión, la

velocidad del

fluido, el número

de Reynolds, el

factor de fricción.

Sizing Option 2 (Diseño): se

selecciona un método de flujo

acorde al tipo de flujo en la tubería,

se introduce la caída de presión por

cada 100 pies de tubería deseada,

Schedule si es conveniente, la

longitud de la tubería*, el material o

directamente la rugosidad si se

desea utilizar un valor diferente al

de la base de datos.

Calcula la presión

de salida de la

corriente, y para el

equipo y sus

accesorios: el

diámetro, la caída

de presión, la

velocidad del

fluido, el número

de Reynolds, el

factor de fricción.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK. * Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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50

Sizing Option 3 (Diseño): se

selecciona un método de flujo

acorde al tipo de flujo en la tubería,

se introduce el Schedule si se desea,

la longitud de la tubería*, el

material o directamente la

rugosidad si se desea utilizar un

valor diferente al de la base de

datos.

Calcula la presión

de salida de la

corriente, y para el

equipo y sus

accesorios: el

diámetro, la caída

de presión, la

velocidad del

fluido, el número

de Reynolds, el

factor de fricción.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

Page 51: 14968996 Manual Chemcad Espanol

TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

51

Sizing Option 4 : se selecciona un

método de flujo acorde al tipo de

flujo en la tubería, se introduce el

diámetro, el Schedule si se desea, la

longitud de la tubería*, el material o

directamente la rugosidad si se

desea utilizar un valor diferente al

de la base de datos. En las pestañas

Valve y Fittings se introduce el

número de accesorios presentes en

el tramo de tubería. Debe

cambiarse el algoritmo de

convergencia a AutoCalc ***.

Calcula la presión

de la corriente de

entrada, y para el

equipo y sus

accesorios: el

diámetro, la caída

de presión, la

velocidad del

fluido, el número

de Reynolds, el

factor de fricción.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK. *** Autocalc es un método antiguo utilizado en CHEMCAD para resolver incógnitas de corrientes.

Con el uso de la operación unitaria nodo y los controladores se obtienen soluciones más

rápidamente y con mayor confiabilidad.

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52

Sizing Option 5 (Cálculo de

redes de tuberías): : se

selecciona un método de flujo

acorde al tipo de flujo en la tubería,

se introduce el diámetro, el

Schedule si se desea, la longitud de

la tubería*, el material o

directamente la rugosidad si se

desea utilizar un valor diferente al

de la base de datos. En las pestañas

Valve y Fittings se introduce el

número de accesorios presentes en

el tramo de tubería. En este modo

de cálculo, es requisito

indispensable que la tubería

esté conectada a dos nodos

(aguas arriba y aguas abajo)

como muestra la figura:

Calcula la presión

de la corriente de

entrada o salida, y

para el equipo y sus

accesorios: el

diámetro, la

longitud

equivalente, la

caída de presión, la

velocidad del

fluido, el número

de Reynolds, el

factor de fricción.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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53

Sizing Option 6 (Diseño): se

selecciona un método de flujo

acorde al tipo de flujo en la tubería,

se especifica la velocidad de diseño,

el Schedule si se desea, la longitud

de la tubería*, el material o

directamente la rugosidad si se

desea utilizar un valor diferente al

de la base de datos.

Calcula la presión

de salida de la

corriente, y para el

equipo y sus

accesorios: el

diámetro, la caída

de presión, la

velocidad del

fluido, el número

de Reynolds, el

factor de fricción.

PUMP

Bomba de

líquidos.

1 Entrada, 1

Salida

Modo Specify outlet pressure: se

introduce la presión de salida

deseada y opcionalmente la

eficiencia del equipo.

Si la bomba se encuentra entre dos

nodos como en la figura,

(ambos nodos cerrando sus

respectivas redes), el nodo aguas

abajo le asignará la presión de

salida.

Calcula la potencia

de la bomba, el

cabezal de descarga

y el flujo

volumétrico.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

54

Modo Specify pressure increase:

se introduce el aumento de presión

de salida deseada y opcionalmente

la eficiencia del equipo.

Si la bomba se encuentra entre dos

nodos como en la figura,

(ambos nodos cerrando sus

respectivas redes), el nodo aguas

abajo le asignará la presión de

salida a la bomba para hacer sus

cálculos.

Calcula la potencia

de la bomba, el

cabezal de descarga

y el flujo

volumétrico.

Modo Enter characteristic eqn: se

introduce la función de presión de

descarga vs. caudal y

opcionalmente la eficiencia del

equipo.

Calcula el flujo por

el ramal de la red o

la presión de salida,

la potencia de la

bomba, el cabezal

de descarga.

Modo Specify performance curve:

se especifica la velocidad de la

bomba y el número de curvas de

operación deseadas.

Al hacer clic en OK aparecerá una

tabla para cargar la curva de la

bomba.

Calcula el flujo por

el ramal de la red o

la presión de salida,

la potencia de la

bomba, el cabezal

de descarga.

REAC

Reactor

Estequiomé-

trico.

1 Entrada, 1

Haciendo clic sobre uno de los

modelos térmico se selecciona el

modo térmico (en caso de

seleccionar el modo Isothermal se

Calcula el flujo de

cada componente

en la corriente de

salida, la

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

55

Salida debe especificar la temperatura de

operación*).

También se debe introducir una

conversión como un valor de 0 a

1, y especificar el reactivo límite en

la opción Key Component.

Es necesario introducir los

coeficientes estequiométricos de la

reacción. Para ello, a los reactantes

se les asigna un signo negativo y a

los productos un signo positivo.

temperatura y el

calor requerido.

SCDS

Módulo de

equilibrio de

múltiples

etapas

(fracionado-

res,

absorbedo-

res,

despojado-

res). 1

Entrada, 2

Salidas

En la pestaña General se

especifica el número de etapas o de

segmentos, la presión en el tope de

la columna, la caída de presión, el

tipo de condensador utilizado, y el

número de la etapa en que es

alimentada cada corriente. Se debe

seleccionar un método de

simulación: el método Regular

VLE model supone etapas ideales,

los métodos packed column mass

transfer y Tray column mass

transfer utilizan un método

rigurosos y por ello hacer clic en

OK aparecerá una nueva pantalla

Calcula el flujo por

de cada

componente en las

corrientes de salida

, las temperaturas y

presiones. Genera

perfiles de

temperatura y de

las propiedades

físicas de las etapas

sustancias. Calcula

los calores del

condensador y del

rehervidor.

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

56

para introducir las características

de la geometría del equipo.

En la pestaña Specifications se

introducen las expectativas de

diseño o los parámetros de

operación para el condensador y el

rehervidor.

Los modelos de transferencia de

masa de esta columna SCDS no

deben ser usados con el método

termodinámico de electrolitos.

SHOR

Módulo de

diseño y

evaluación de

columnas con

una

alimentación

y dos

productos.

1 Entrada, 2

Salidas

Modo 1 (Evaluación): se especifica

la presión del tope de la columna y

la caída de presión, el número de

etapas ideales, la relación de

reflujo, se selecciona un

componente liviano (Light key

component) y un componente

pesado (Heavy key component), se

especifica un grado de remoción del

componente pesado. (Esta columna

no debe ser usada para operaciones

con azeótropos). Para CHEMCAD

la etapa N°1 es el condensador (en

caso de existir) y el resto de las

etapas son numeradas de arriba

hacia abajo.

Calcula la etapa de

alimentación, el

número mínimo de

etapas ideales, el

calor del rehervidor

y del condensador.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

57

Modo 2 (Diseño): se especifica la

presión del tope de la columna y la

caída de presión, el factor de reflujo

sobre reflujo mínimo, se selecciona

un componente liviano (Light key

component) y un componente

pesado (Heavy key component), se

especifica un grado de remoción del

componente pesado. (Esta columna

no debe ser usada para operaciones

con azeótropos). Para CHEMCAD

la etapa N°1 es el condensador (en

caso de existir) y el resto de las

etapas son numeradas de arriba

hacia abajo.

Calcula la etapa de

alimentación, el

número de etapas,

el calor del

rehervidor y del

condensador, el

número mínimo de

etapas.

Modo 3 (Diseño): se especifica la

presión del tope de la columna y la

caída de presión, el factor de reflujo

sobre reflujo mínimo, se selecciona

un componente liviano (Light key

component) y un componente

pesado (Heavy key component), se

especifica un grado de remoción del

componente liviano y pesado. (Esta

columna no debe ser usada para

operaciones con azeótropos). Para

CHEMCAD la etapa N°1 es el

condensador (en caso de existir) y

el resto de las etapas son

numeradas de arriba hacia abajo.

Calcula la etapa de

alimentación, el

número de etapas

necesaria para la

separación, el calor

del rehervidor y del

condensador, el

número mínimo de

etapas.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

58

Puede ser usado para transferir

información de las corrientes de

flujos internos de columnas o de

cualquier corriente del diagrama de

simulación.

0: Se debe especificar una corriente

de destino pero invisible para el

cálculo de la simulación.

No realiza ningún

cálculo.

SREF

Modulo de

referencia. 1

Entrada, 1

Salida

1: Se identifica una corriente del

diagrama de proceso como la fuente

y una corriente del diagrama de

proceso como destino (la corriente

destino debe estar conectada a una

flecha de alimentación, de lo

contrario habrá conflictos en la

simulación). Opcionalmente se

puede especificar el flujo o un factor

para la corriente destino.

Calcula las

propiedades y

condiciones de la

corriente de

destino.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

59

2: SREF debe ser colocado

inmediatamente aguas debajo de la

columna. Se especifica el número

de la columna (TPLS, TOWR,

SCDS), el número de la etapa, la

fase de la etapa (líquido o gas) que

se desea obtener, el número de la

corriente destino (la corriente

destino debe estar conectada a una

flecha de alimentación, de lo

contrario habrá conflictos en la

simulación). Opcionalmente se

puede especificar el flujo o un factor

para la corriente destino.

Calcula las

propiedades y

condiciones de la

corriente de

destino.

3: Se especifica el número del

intercambiador de calor, el número

de la corriente que alimentará el

calor a la columna (esta corriente

no debe contener ningún flujo de

componentes) y se selecciona la

opción Transfer stream enthalpy

only.

Transfiere el calor

de un

intercambiador de

calor a una

corriente que

alimenta a una

columna (TPLS,

TOWR, SCDS).

4: SREF debe ser colocado

inmediatamente aguas debajo de la

columna (TPLS), se especifica el

número de la columna fuente, el

número del pumparound a copiar,

y el de la corriente destino, se

selecciona la opción transferir todas

las propiedades de la corriente a la

corriente destino.

Calcula las

propiedades y

condiciones de la

corriente de

destino.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

60

5: Se especifica el número de la

corriente que se copiará como

alimentación en la carga de la

columna de destilación por lotes y

el número asignado a la columna

(para utilizar esta columna el

usuario debe tener licencia de CC-

BATCH) y el número de la etapa.

Calcula las

propiedades y

condiciones de la

carga de la

columna de

destilación por

lotes.

TOWR

Módulo de

diseño y

evaluación de

columnas con

una

alimentación

y dos

productos.

1 Entrada, 2

Salidas

En la pestaña General se

especifica el número de etapas

ideales, la presión en el tope de la

columna, la caída de presión, el tipo

de condensador utilizado, y el

número de la etapa en que es

alimentada cada corriente. En la

pestaña Specifications se

introducen las expectativas de

diseño o los parámetros de

operación para el condensador y el

rehervidor.

Calcula el flujo por

de cada

componente en las

corrientes de

salida, las

temperaturas y

presiones. Genera

perfiles de

temperatura y de

las propiedades

físicas de las

etapas. Calcula los

calores del

condensador y del

rehervidor.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

61

Se especifican cualquiera de las

opciones disponibles: presión de

salida*, la caída de presión*, la

temperatura del punto de burbuja*

o de rocío*.

Calcula la presión

de la corriente de

salida.

VALV

Reducción de

presión.

1 Entrada, 1

Salida.

Opcionalmente se puede

seleccionar el cuadro de válvula

cerrada.

La corriente de

salida no tendrá

flujo de materia

alguno.

TPLS

Destilación y

absorción de

fracciones

con equipos

laterales.

1 Entrada, 2

Salidas.

Esta unidad tiene un algoritmo de

convergencia optimizado para

columnas complejas con corrientes

laterales, equipos de bombeo, de

intercambio de calor y de

destilación que trabajan en

conjunto con la unidad

fraccionadora principal.

En la pestaña Tower

Configuration se especifican los

equipos principales conectados y

corrientes de retiro adicionales a las

clásicas del condensador y el del

rehervidor.

En la pestaña Main Column se

especifican el número de etapas, la

presión del tope de la columna y de

la caída de presión, el flujo de vapor

Calcula el flujo por

de cada

componente en las

corrientes de salida

del posible

decantación de

agua, las

temperaturas y

presiones. Genera

perfiles de

temperatura y de

las propiedades

físicas de las

etapas. Calcula los

calores del

condensador, de

intercambiadores,

pumparounds, del

* Si se desea cambiar las unidades sin modificar el perfil principal de la simulación, el usuario puede

llamar el convertidor de unidades en línea presionando la tecla F6, introduciendo el valor en el

campo correspondiente, se presiona la tecla Enter y luego se hace clic en OK.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

62

(el agua ya debe existir en la lista de

componentes de la simulación).

También se debe especificar en qué

número de etapa es alimentada

cada corriente. Esta unidad numera

las corrientes de entrada del tope

(#1) hacia la inferior (# n).

En las pestañas Condenser y

Reboiler, se debe indicar si existe

un condensador y/o rehervidor y de

qué tipo es. Se debe hacer al menos

una especificación de todas las

posibilidades.

Las pestañas Side Strippers,

Pumparounds, Side

Exchangers, Side Products,

estarán activadas en el caso de que

se haya indicado su presencia en la

pestaña y aparecerán tantas

pantallas de especificaciones como

equipos existan. Para cada equipo,

se debe indicar el número de las

etapas involucradas y hacer una

especificación dentro la oferta (en

caso de existir corrientes de retiro

directas o a través de despojadores

se debe incluir previamente la

corriente en el diagrama de

simulación.

Opcionalmente y con el uso de la

pestaña Stage specifications el

rehervidor.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

63

usuario puede dejar libre alguna (s)

especificación(es) en los equipos y

satisfacer los grados de libertad

haciendo alguna especificación en

las etapas (una herramienta muy

útil para modelos de destilaciones

al vacío).

En la pestaña Convergence

Parameters se pueden modificar

los puntos iniciales de las

iteraciones y así como otras

variables importantes de la

convergencia como por ejemplo, el

número de iteraciones máximos (

por defecto la unidad TPLS hace

hasta 40 iteraciones).

Utilizando la pestaña Estimations

se le puede dar al modelo buenas

estimaciones como punto de

partida para las iteraciones como

por ejemplo: temperaturas de

algunas etapas, etc.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

64

Método de Cálculo de CHEMCAD

Para aclarar este método, se utilizará un ejemplo (Figura N°2) y

posteriormente se analizará la forma en que CHEMCAD trabaja y le brinda

respuestas a su usuario:

Se cuenta con una mezcla de gas, líquido con fases acuosas y orgánicas. Se desea

separar esta mezcla: en gas, fase líquida acuosa y orgánica. Se propone realizar esta

operación a una temperatura y presión determinada utilizando un separador de

fases. Se requiere resolver el balance de masa y energía de la operación. Para ello,

se utiliza CHEMCAD para conocer el grado de separación factible

termodinámicamente y así resolver el balance de masa y energía. A continuación

se muestra un diagrama del problema planteado:

Figura N°2. Descripción del problema del ejemplo N°1

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

65

CHEMCAD resuelve este problema de la siguiente forma:

Toma los datos de la corriente y descarga de la base datos la información

necesaria para el cálculo de evaporación instantánea. La base de datos y el equipo

en el diagrama de simulación alimentan el modelo termodinámico seleccionado y

cuando éste converge, descarga a las corrientes del equipo los datos de flujos,

composición, presión y temperatura. La entalpía requerida del equipo es calculada

restando la entalpía final (la suma de las entalpías de las corrientes de salida) de la

entalpía de la corriente de entrada al equipo. En la figura N°3 se puede observar

gráficamente este procedimiento.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

66

Figura N°3. Método para resolver el problema ejemplo

Luego el usuario, obtiene los resultados en la interfase gráfica como se

muestra a continuación en la Figura N°4 o puede continuar con el análisis,

modificando el diagrama de proceso, calculando nuevamente el sistema bajo

diferentes condiciones o utilizando cualquier otra herramienta de cálculo de

CHEMCAD.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

67

Figura N° 4. Resultados del ejemplo de cálculo

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

68

Cálculos de redes de tuberías en

CHEMCAD

Con el uso de las herramientas de redes de tuberías de CHEMCAD de nodos,

válvulas, tramos de tuberías es posible resolver las incógnitas de una red de

tuberías con fluidos compresibles, incompresibles y bifásicos.

Una red de tuberías representa el flujo a través de diferentes equipos. Si se

especifican suficientes variables (flujos y presiones), las variables desconocidas

pueden ser calculadas en CHEMCAD. Para flujos a través de equipos, el caudal

puede ser calculado como una función de la presión de entrada y salida. Si el

usuario puede especificar dos de las tres variables, la tercera es dependiente. La

especificación de la presión en algunos puntos de la red de tuberías permite

describir el modelo de simulación como un sistema de ecuaciones

dependendientes.

Los modelos de redes de tuberías en CHEMCAD permiten encontrar la

solución simultánea de un sistema como el descrito anteriormente. Si se

especifican suficientes variables, el modelo resolverá el modelo de simulación para

encontrar los flujos y presiones desconocidos del modelo.

Los modelos de redes de tuberías son utilizados para encontrar los flujos y

presiones en una red de equipos conectados. Típicamente, el usuario conoce en el

diagrama de flujo algunas presiones y caudales pero no conoce todas las variables

del sistema.

Un nodo de presión tiene gran importancia en los modelos de redes de

CHEMCAD porque representa un punto en la rede de tuberías en el que ocurre un

cambio de presión debido a: flujo en una tubería, flujo a través de un equipo que

cambia la presión (bombas, válvulas, etc). Por ello el modelo de redes de tuberías

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

69

debe contar con nodos de presión en las entradas y salidas del sistema y depués de

cada elemento de cambio de presión (tuberías, válvulas, bombas, compresores).

Al intentar hacer una simulación en la que existen nodos de presión,

CHEMCAD revisa las especificaciones hechas y determina si es posible hallar una

solución antes de comenzar a iterar. Si es posible, CHEMCAD comenzará sus

procesos iterativos para encontrar la solución al sistema de ecuaciones cumpliendo

con los límites impuestos por el usuario; de lo contrario CHEMCAD mostrará los

errores e indicará el numero de variables especificadas en exceso o el de las

faltantes.

Una excelente guía para saber cuántas y en qué unidades de la red se deben

hacer especificaciones es seguir la siguiente regla: Para toda la red hidráulica

se deben hacer tantas especificaciones como nodos extremos haya,

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

70

entre las cuales al menos una (01) debe ser de presión. Si el nodo es

interno no se debe hacer especificación alguna.

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

71

Ejemplo N°1

Objetivos:

- Familiarizar al participante en el uso de CHEMCAD como una calculadora de

propiedades físicas y termodinámicas de sustancias puras y mezclas.

- Familiarizar al participante en la selección de métodos termodinámicos

apropiados a la aplicación

Descripción del Problema:

Se tiene una mezcla de Etanol 12%, Etil acetato 14%, ácido acético 6% y agua

68% (porcentajes en peso) a una presión de 3 atm . Para esta mezcla se desea

calcular su propiedades físicas que serán consideradas en la toma de decisiones de

operaciones de transporte que se planificarán.

Tareas asignadas (reporte sus respuestas en unidades del sistema internacional):

- Se desea determinar el punto de burbuja y el punto de rocío.

- Se desea conocer las siguientes propiedades de la mezcla: densidad del líquido,

viscosidad del líquido en un punto y un rango de temperaturas.

- Se desea conocer el punto de los azeótropos a 0,5 atm y a 3 atm

Metodología:

Paso 1: Abra una nueva simulación y llámela: calculadoradepropiedades

Paso 2: Seleccione las unidades de ingeniería (Use el menú Format y Seleccione

Engineering Units) como el sistema internacional.

- Perfiles

- La tecla F6

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TuSoftware.com CHEMCAD 5.3.4 (en estado estacionario)

72

Paso 3: Seleccione los componentes (use el menú Thermophysical y seleccione la

opción Component List o el botón de la barra de herramientas.

- Ubicar por fórmula, nombre

- Agregar, insertar, borrar

- La tecla F5

Paso 4: Seleccione el método termodinámico (Use el menú ThermoPhysical y

seleccione la opción K-values o el botón en la barra de herramientas).

Paso 5: Especificar la mezcla (use el comando Select Streams del menú

Specifications)

- Las unidades de la corriente

- Grados de libertad

- Entalpía

- Temperatura de rocío

- Temperatura de burbuja

Paso 6: Ver y graficar los resultados (use los comandos Plot y Results).

- Ver las propiedades

- Graficar las propiedades

- Hacer el gráfico TPXY (azeótropos a 0.5 y 3 atm)

- Descarga a Excel y herramientas gráficas

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Ejemplo N°2

Objetivos:

- Familiarizar al participante en el uso de herramientas de CHEMCAD como una

herramienta útil en el balance de masa y energía de procesos.

- Familiarizar al participante con las operaciones unitarias ficticias disponibles en

CHEMCAD para lograr expectativas de diseño u operación.

- Familiarizar al participantes en la generación de análisis de sensibilidad y su

utilidad.

Descripción del Problema:

Una corriente de gas de 100 a 200 millones de pies cúbicos por día a 120 °F y 1250

psia debe ser pretratada en una planta endulzadora que le disminuye su contenido

de azufre utilizando una tecnología de reactores tipo adsorbedores. Según las

exigencias del proceso de adsorción que ofrece el fabricante, la corriente de gas a

tratar debe ser saturada en agua y filtrada en un separador de líquidos para

eliminar los excesos. Según los análisis de laboratorio la concentración de azufre en

el gas agrio es de 3.000 partes por millón. La composición del gas es la siguiente:

Sustancia % molar

N2 0.1504

CO2 2.0675

C1 86.3042

C2 7.0074

C4 2.9236

iC4 0.4120

nC4 0.7251

iC5 0.1673

nC5 0.1407

nC6 0.0622

nC7 0.0363

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nC8 0.0034

100

Tareas asignadas:

- Seleccione el método termodinámico que mejor se ajuste al sistema.

- Calcular el contenido de azufre máximo de la corriente en libras/hora

(información necesaria para el fabricante).

- Calcular los requerimientos de inyección de agua en el rango de flujo del gas agrio

y el flujo y las propiedades de la corriente a alimentar a los adsorbedores.

- Dimensionar la tubería que debe transportar el gas agrio.

- Dimensionar el filtro de líquidos o separador instantáneo.

Metodología:

Paso 1: Abra una nueva simulación y llámela: calculadoradepropiedades

Paso 2: Seleccione las unidades de ingeniería (Use el menú Format y Seleccione

Engineering Units) como el sistema internacional.

- Perfiles

- La tecla F6

Paso 3: Seleccione los componentes (use el menú Thermophysical y seleccione la

opción Component List o el botón de la barra de herramientas.

- Ubicar por fórmula, nombre

- Agregar, insertar, borrar

- La tecla F5

Paso 4: Seleccione el método termodinámico (Use el menú ThermoPhysical y

seleccione la opción K-values o el botón en la barra de herramientas).

Paso 5: Hacer el diagrama de simulación e introducir los datos de la corriente (use

el botón y el comando Select Streams del menú Specifications)

- Las corrientes de alimentación

- El controlador

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- Las operaciones unitarias

- Temperatura de rocío

Paso 6: Dimensionar el filtro y las tuberías (use el comando Vessel del menú

Sizing)

- Criterios de diseño

- Descarga de los resultados a Word y el análisis de

sensibilidad

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Ejemplo N°3

Objetivos:

- Familiarizar al participante en el uso de herramientas de cálculos termodinámicos

- Familiarizar al participante con las herramientas de cálculo de CHEMCAD

- Familiarizar al participantes en la obtención de reportes de CHEMCAD

Descripción del Problema:

Se requiere diseñar un proceso que logre estabilizar una corriente de gas natural de

composición, para producir un gas libre de condensables que no contengan más de

1% de propano. Los gases condensables deben tener un punto de rocío máximo de

20 °F.

Tareas asignadas:

- Seleccione el método termodinámico que mejor se ajuste al sistema

- Determine en qué fase se encuentra la alimentación a 75° F y 200 psia

- Determine el punto de rocío y burbuja de la corriente de gas natural de

alimentación al proceso, determine el punto de ebullición normal del metano.

- Genere un diagrama con todos los puntos de rocío y burbuja del gas natural

- Determine el diámetro de una tubería para transportar el gas natural

- Determine la volatilidad relativa del propano y butano en el rango de operación

(-5°F- 120 °F)

- Dimensione equipos

Gas Natural lbmol/h

Nitrógeno 100.19

Metano 4505.48

Etano 514

Propano 214

I-Butano 19.2

N-Butano 18.18

I-Pentano 26.4

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N-Pentano 14

N-Hexano 14

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Ejemplo N° 4

Objetivos:

- Familiarizar al participante en la predicción de propiedades de corrientes

- Brindar criterios manejo de reciclos y métodos de convergencia

- El uso del controlador para realizar balances de masa y diseño de equipos

Descripción del problema:

Considere el proceso de separación que se muestra en la figura superior:

Tareas asignadas:

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- Compare y discuta los flujos y composiciones de la corriente del tope para cada

uno de los tres casos. Determine el algoritmo de convergencia más eficiente para

cada caso.

- Modifique el caso 3 para determinar la temperatura necesaria para obtener 850

lb/h en la corriente del tope.

- Determine la cantidad de agua necesaria para hacer condensar la corriente del

tope, hasta obtener una mezcla 5% líquida.

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Ejemplo N°5 Objetivos:

- Introducir al participante a la caracterización de crudos mediante curvas de

destilación

- Brindar nociones en la simulación de columnas de destilación con equipos

laterales

- Familiarizar al participante en la predicción de propiedades de corrientes internas

de columnas (reciclos, etapas, pumparounds)

- Exportación de archivos

Descripción del problema:

Cuatro fracciones obtenidas de una columna de destilación son

caracterizadas. Se desea predecir la gravedad API, viscosidad de la corriente de

12

1

7

8

9

10

Gas

Naphta

Side Product

Bottom

5

2

3

4

5

Stream No. 2 3 4 5 6

Name COLUMN IN BOTTOM OUT Nafta OUT SIDE OUT GAS OUT

- - Overall - -

Temp F 665.0000 636.8266 120.0000 485.0000 120.0000

Pres psig 20.0000 17.0000 11.0000 15.2750 11.0000

*** Dry Basis ***

- - Overall - -

Degree API 26.1019 15.0872 57.9363 35.4434 145.9369

- - Liquid only - -

Std liq BPSD 25911.6872 29849.3623 8087.7940 10769.0780 0.0000

6

Reflujo

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reflujo de la columna, la carga térmica del rehervidor utilizando los siguientes

datos tomados en campo:

Corriente 7 Corriente de gases

% Destilado Temp

(°F)

° API lbmol/day

5 116 58.5 182.5

50 221 1400

90 335 595

95 355 73.6

Corriente 8 188.3

5 383 34.9 0

50 504 90.3

90 622.000

1

11.5

95 658.000

1

11.5

Corriente 9

5 530 15.5

50 911.0001 Vapor

90 1337 1000 lbmol/day

95 1472 400°F

150 psig

Rangos N° puntos

100 800.000

1

40

800.0001 1200 20

1200 1600 20

Corriente 2

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Temp F 665.0000

Pres psig 20.0000

Tower Plus Summary

Tower Plus # 5

Configuration:

No. of strippers 0 No. of pumparounds 1

No. of side exchangers 0 No. of side products 2

Main Column:

Colm No. of stgs 10

Press of colm top 12.4000

(psig)

Column press drop psi 4.6000

Bottom steam rate 1000.0000

(lbmol/day)

Steam temperature F 400.0000

Steam pressure psig 150.0000

1st feed stage # 9

Condenser:

Have a condenser (Y/N) ? Y

Condenser type 3

Cond. pressure psig 11.0000

Temperature F 120.0000

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Reboiler:

Pumparounds:

Pumparound no. 1

From stage no. 7

To stage no. 6

Vol. flow rate BPSD 1000.0000

Temperature F 175.0000

Side Products:

CHEMCAD 5.1.3 Page 5

Job Name: T-1042 Date: 01/22/2002 Time: 14:35:52

EQUIPMENT SUMMARIES

Side Product no. 1 2

Withdrawal stage 1 7

Total vol. rate BPSD 8091.0000

Tray Specifications:

Tray no. 7

Tray temp F 485.0000

Convergence Parameters:

Initialization flag 1

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Ejemplo N°6: Un cálculo

hidráulico, dos métodos

Objetivos:

- Familiarizar al participante con los métodos de cálculo de caída de presión en

tuberías tradicionales de los simuladores de procesos.

- Familiarizar al participante con la metodología del cálculo de redes hidráulicas.

Descripción del problema:

Se desea dimensionar una bomba y la tubería para transportar 500 galones

por minuto de un tanque en una montaña hasta otro tanque. El primer tanque se

encuentra a una altura de 10 pies y el tanque destino está a 200 pies. La tubería

más ajustada a las condiciones económicas es de acero comercial y se desea obtener

velocidades de flujo entre 12 y 13 pies por segundo.

Metodología:

Paso 1: Crear el diagrama de simulación básico utilizando las herramientas de un

simulador de procesos clásico

- Uso de las corrientes para representar los tanques

- Uso del controlador

Paso 2: Seleccionar los componentes de la simulación

Paso 3: Introducir los datos de la simulación

Paso 4: Realizar la simulación y verificar los resultados

Paso 5: Crear un diagrama de simulación alterno utilizando los nodos de presión.

Paso 6: Especificar los nodos usando la regla: Para toda la red hidráulica se deben

hacer tantas especificaciones como nodos extremos haya, entre las cuales al

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menos una (01) debe ser de presión. Si el nodo es interno no se debe hacer

especificación alguna.

Paso 7: Verificar los resultados y compararlos con los anteriores.

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Ejemplo N°7:

Objetivos:

- Familiarizar al participante con los métodos de cálculo de caída de presión en

tuberías tradicionales de los simuladores de procesos.

- Familiarizar al participante con la metodología del cálculo de redes hidráulicas.

Descripción del problema: Una bomba descarga 30 galones por minuto de agua al

sistema de tuberías de diámetro 3/4 mostrado en la siguiente figura:

Se desea conocer para este sistema: la presión de descarga de la bomba y el flujo en

los ramales de descarga si la caída de presión en el filtro es de 23 psia.

Metodología:

Paso 1: Crear el diagrama de simulación básico utilizando las herramientas de un

simulador de procesos clásico

- Colocación de los nodos de presión

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- Selección de una unidad para la caída de presión

determinada por el filtro.

Paso 2: Seleccionar los componentes de la simulación

Paso 3: Introducir los datos de la simulación

- Especificar los nodos de presión: Para toda la red

hidráulica se deben hacer tantas especificaciones como

nodos extremos haya, entre las cuales al menos una (01)

debe ser de presión. Si el nodo es interno no se debe hacer

especificación alguna.

- Especificar los accesorios que provocan caídas de presión

en el sistema

- Especificar la caída de presión en el filtro

Paso 4: Realizar la simulación y verificar los resultados

Paso 6: Crear un diagrama de simulación alterno utilizando los nodos de presión.

Paso 7: Generar un reporte de los resultados.