TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE SAN FELIPE DEL PROGRESOCARRERA: INGENIERIA QUIMICA DOCENTE: M. en C. Federico Núñez Piña MATERIA: Simulación de procesos químicos UNIDAD 6 MANUAL DE CHEMCAD PRESENTA: José Eduardo Vara González No. Control. 2012310357 Grupo: 801 Contenido 6. SISTEMAS DE BOMBEO............................................................................... 4 6.1 ACERCA DEL SIMULADOR DE TUBERÍA ................................................. 4 6.2 CAUDALES COMO UNA FUNCIÓN DE LA PRESIÓN PARA EL FLUJO DE FLUIDO .............................................................................................................. 5 6.3 ACERCA DEL MODELAMIENTO DE SISTEMAS DE TUBERÍA ................ 5 6.4 UnitOps PARA REDES DE TUBERÍA ........................................................ 6 6.4.1 NODO PRESION ..................................................................................... 6 6.5 OPCIONES DE CAUDAL EN UN NODO .................................................... 8 6.6 NODO COMO DIVISOR ............................................................................ 10 6.7 VENTANA DE DIALOGO DE PRESION EN EL NODO ............................ 11 6.8 SIMULADOR DE TUBERIA....................................................................... 13 6.8.1 BOMBA .................................................................................................. 14 6.8.2 VALVULAS ............................................................................................. 14 6.8.3 VÁLVULA DE CONTROL ....................................................................... 14 6.8.4 COMPRESOR ........................................................................................ 15 6.8.5 NODO COMO MEZCLADOR ................................................................ 15 6.8.6 UNITOPS AL ESTADO ESTACIONARIO .............................................. 15 6.9 DIMENSIONAMIENTO DE VALVULAS DE CONTROL ............................ 15 6.10 CAUDAL COMO FUNCIÓN DE PRESIÓN ............................................. 29 6.11 SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE BOMBEO ......................................... 35 USO DE CONTROLADORES .......................................................................... 46 DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍA Y USO DE VÁLVULA DE CONTROL ... 49 INGRESO DE CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA ....................... 55 EJEMPLO 4: FLUJO SIMPLE CON VÁLVULA DE CONTROL Y ORIFICIO.... 57 EJEMPLO 5...................................................................................................... 72 6.12 Columna de Succión Positiva Neta Disponible (NPSHA) ...................... 74 6.13 FLUJO BIFURCADO ............................................................................. 75 Ejemplo 6 ........................................................................................................ 88 6.15 BOMBEO DE GASES ............................................................................. 96 Predicción de la formación de hidratos .......................................................... 106 . 6. el modelo será resuelto simultáneamente para converger en las presiones/flujos no conocidas en el modelo. y flujo a través de la tubería. Si suficientes variables (flujos y presiones) son especificadas en el simulador. Puede ser usada una simple ecuación para resolver para la presión entrando a la tubería como una función de las variables conocidas. Las variables conocidas son la geometría de la tubería. La especificación de la presión en diferentes puntos sobre un diagrama de simulación de tubería permite describir al sistema como un sistema de ecuaciones dependientes. Figura 1. Si son especificadas suficientes restricciones. pueden ser calculadas las variables desconocidas. el flujo puede ser calculado como una función de la presión de entrada y salida. SISTEMAS DE BOMBEO 6. debe ser calculada la presión de salida de la válvula. la tercera es dependiente. Si el usuario puede especificar dos de las tres variables. Una representación simple de un sistema de flujo es representada en la Fig. Para flujo de fluidos a través de equipo.6. presión de salida de la tubería.1 ACERCA DEL SIMULADOR DE TUBERÍA Un simulador de tubería representa el flujo de fluidos a través de varias piezas de equipo. Los modelos de simulación de tubería en CHEMCAD permiten la solución simultánea de tal sistema. Para dimensionar la válvula.1. Simple Sistema de Tubería. etc. Nuevos modelos en CHEMCAD permites a usted especificar las variables conocidas y resolver para las variables desconocidas en un flowsheet. 6-2 muestra UnitOps que pueden calcular caudales como una función de presiones.6. Figura 2.La Fig. El uso de curvas de desempeño permite el cálculo de flujo a través de un compresor o bomba como una función de presiones de la entrada y de salida.) pero no tiene todos los flujos o presiones para el sistema.2 CAUDALES COMO UNA FUNCIÓN DE LA PRESIÓN PARA EL FLUJO DE FLUIDO La mecánica de fluidos permite el cálculo de caudal de fluido a través de una tubería o una boquilla como una función de presiones de la entrada y de salida. 6. Usted puede calcular una red de tubería en un diagrama CHEMCAD. conexiones y varias restricciones (flujos de salida limitaciones de presión en el equipo. . Típicamente el usuario tiene un flowsheet de equipo. UnitOps que calculan flujos como función de la presión. Estos UnitOps son referidos como a los que se aplicó flujo de escalamiento en la corriente de proceso.3 ACERCA DEL MODELAMIENTO DE SISTEMAS DE TUBERÍA Los sistemas de cálculo de tuberías son usados para calcular flujos y/o presiones alrededor de una red de tubería conectada al equipo. Ecuaciones y variables. Tres de las variables pueden ser especificadas.Una UnitOp NODO representa un punto en la red de tubería donde un cambio en la presión ocurre debido a cambio de elevación. Figura 3. As anoption. 6-3 muestra una red simple.4.La UnitOp NODO.1 NODO PRESION Los cálculos para redes de tubería resuelven para la presión en los nodos y luego calculan los caudales iterativamente a través de las redes como funciones de la presión. No es necesario conocer la presión alrededor de todas las UnitOps en la serie. flujo a través de la tubería. o flujo a través del equipo que varía la presión (bomba. Cálculos interactivos resolverán para las presiones no conocidas basado en una presión específica y un caudal. permite a usted especificar la presión en cada lado de una UnitOp y calcular el caudal como una función de la presión. 6.4 UnitOps PARA REDES DE TUBERÍA 6. Una serie de UnitOps pueden ser conectadas usando varios nodos. . youmayspecifyonepressure and theflowrate. La Fig. o calculado basándose en una presión especificada alrededor de una UnitOp. El caudal a través de la cadena puede ser especificado como un punto simple. Existen varias variables de presión y caudal. Como una opción. Un flowsheet CHEMCAD para una red de tubería usa la UnitOp de tubería para efectos de la tubería y UnitOps tales como bomba.). . Para diseño de una red de tubería es necesario para determinar la presión entre todas las UnitOps para calcular la presión como una función del caudal. La variable caudal puede ser ya sea la corriente de entrada o la corriente de producto. especificando P1 como una presión fija especifica la presión de la corriente 1 como P=P1. Para calculos de redes de tubería. Esto es mostrado en la Fig 6-4 Figura 4.La UnitOp NODO establece un valor fijo en el flowsheet. Use el modo libre salida o libre entrada para especificar si la entrada o el flujo de la conexión de salida se calcula. En la UnitOp NODO especificar la ubicación donde el caudal es una variable. La UnitOp NODE fija la presión en un lado de una UnitOp para calcular la presión en función del flujo. La UnitOp NODO permite la especificación de la variable conocida y calcular la variable desconocidaPara entender los conceptos para especificar un nodo. son las variables. Los flujos hacia la UnitOp NODO pueden ser especificados o calculados como dependiente de las UnitOps adyacentes. hay puntos en el flowsheet donde ya sea la presión o el flujo es conocido. compresor y válvula de control. La presión puede variar a cualquier nodo.4.En la Fig. etc. Para el sistema de la Fig 6. La presión de una corriente de alimentación o producto de un caudal conocido puede ser ajustada por nodos adyacentes. 6. Los flujos entrando y saliendo de un NODO pueden ser especificados o calculados.4 la presión de entrada (P1). Si la presión de ambos nodos es especificada.Si la presión es especificada en el primer nodo y en cualquier nodo se especifica el caudal. presión de salida (P2) y caudal (F) a través de la tubería. ver un sistema de dos nodos rodeando una UnitOp. La especificación de dos variables cualquiera permite a CHEMCAD resolver para la tercera variable. Ecuaciones y variables. el caudal a través de la UnitOp es una variable dependiente. la presión en el segundo nodo es variable.La presión en un nodo puede ser especificada por el usuario o calculada por CHEMCAD.válvula. CHEMCAD variará la presión del segundo nodo hasta que el caudal como una función de la presión alrededor de la tubería se iguale al caudal especificado. Una simple ecuación define al sistema. El modelo tratará en cascada este caudal corriente arriba y corriente debajo de la UnitOp. El nodo actúa manipulando el caudal de la UnitOpadyacente.Si el flujo de salida es especificado. Los caudales a través de una red toda estarán colocados para el caudal calculado a través de un nodo. La presión a un lado (del nodo) de la UnitOp debe ser variable.5 OPCIONES DE CAUDAL EN UN NODO El caudal para una corriente de entrada o una corriente de de salida puede ser manipulado por un nodo. El caudal en contracorriente establecido para una entrada es similar a fijar la entrada. . Fijando el caudal de salida para un nodo especifica el caudal de la corriente hasta el final después de la UnitOp. Caudales Fijos En Nodo Usar un caudal fijo de entrada para un nodo especifica el caudal hasta el final de la corriente arriba de la UnitOp. 6. Este trasfondo es similar a fijar la entrada.La presión de corrientes adjuntas a una UnitOp NODO será determinada para la presión del nodo. donde la N es el total de corrientes de alimentaciones y producto en el flowsheet. Caudal Variable en el Nodo Usar la entrada libre para un nodo especifica que el caudal de corriente de entrada es una variable calculada. Una excepción es cuando un nodo actúa como un mezclador o divisor para N corrientes y la única corriente es variable. Usted puede especificar a N-1 caudales en un flowsheet. En esta situación la presión puede ser fija o variable para ambos nodos.Solamente una especificación libre de entrada es permitida por corriente de alimentación.Los trasfondos de presión para los nodos de cada lado de la UnitOp adyacente contribuyen a la manipulación del caudal. entonces la especificación libre de la alimentación permite calcular la alimentación para mantener el balance de masa. El caudal calculado será hecho pasar por nodos que usan el caudal dependiente. El nodo manipulará corriente arriba el caudal alimentad para solucionar el sistema.Usted recibe un mensaje de error Usted recibirá un mensaje de error si usted trata de especificar o calcular dos caudales conflictivos a través de un sistema con dos nodos separados. La especificación libre de la entrada trabaja mejor en un nodo conectado a una corriente de alimentación pero este puede ser colocado en otro sitio en el flowsheet. El caudal de la corriente usa el caudal que actualmente almacenó para la corriente de entrada antes que un valor especificado en el nodo. entonces el caudal a través del UnitOp está calculado a otro sitio en el flowsheet. La especificación libre de salida trabaja mejor en un nodo conectado a una corriente de producto pero este puede ser colocado en otro sitio en el flowsheet. Si los nodos son adyacente a una UnitOp usar flow set byUnitOp. y ambos nodos tienen presión fija. Si la corriente del alimentación es libre en la entrada y las corrientes del producto son caudales fijados. entonces la especificación libre de la conexión de salida permite calcular el producto para mantener balance de masa. Si usted trata de especificar demasiadas salidas libres corrientes de entrada libres. El nodo usará el caudal de la tubería. Si los nodos adyacentes para una UnitOp ambos usan. entonces el caudal libre de la alimentación de la entrada es establecida por el balance de masa. Para ilustrar. consideramos un sistema de la Fig. La UnitOp puede usar el caudal calculado por otra UnitOp.entonces CHEMCAD emitirá un mensaje de advertencia y volverá a arrancar la lista de requisitos adicional para establecer el flujo para la UnitOp. 6. El comportamiento de Flow set byUnitOp depende de las especificaciones del caudal de otros nodos en la rama.Si el flujo de la entrada para un sistema es especificado. La entrada libre es el flujo a través de la tubería. . El nodo manipulará el caudal de la corriente de producto para resolver el sistema. Solamente una especificación libre es permitida para la corriente de producto. entonces éste es el caudal para la tubería. flow set byUnitOp y Fixedpressure. el caudal calculado puede ser utilizado como el caudal en un free inletor free outletnode.5 La entrada para el SEGUNDO NODO es Flow set byUnitOp.La corriente libre de la salida para un nodo es similar a la entrada libre establecida. la entrada libre y la salida libre son establecidas por el caudal de la tubería. Si la corriente del alimentación es fijada en la entrada. Limitaciones de Balance de Masa para Cálculos de caudal Solamente una UnitOp en una rama de la red puede calcular caudal. entonces una corriente del producto es de salida libre. El caudal de la tubería es establecido por el caudal crítico para la tubería dada con las presiones de la entrada y salida especificadas.El flujo establecido por UnitOp indica que el caudal se controla por la UnitOp adyacente. La UnitOp puede calcular caudal como una función de presión. Si la corriente de la alimentación es entrada libre. pero no ambos con fijar presión.Usando salida libre especifica que el caudal de la corriente de producto es una variable calculada. El trabajo de ejemplo demuestra comportamientos diversos de trasfondos de flujo para nodos. Fig 6.5 muestra el flowsheet para este trabajo. Figura 5. Flowsheet. 6.6 NODO COMO DIVISOR Un nodo puede ser utilizado como un divisor. Las corrientes de la de salida del nodo quedarán a la presión del nodo. Las corrientes de salida todas tendrán la misma temperatura y la composición pero los caudales puede diferir. Los caudales pueden ser especificados ya sea determinados por tubería /válvula o caudales fijos. Solamente un caudal de corriente de salida puede ser de salida libre. Un Nodo especificado como un divisor es mostrado en la Fig. 6-6. El segundo nodo actúa como un divisor (dos corrientes de producto). Para N corrientes de entrada y salida hay que especificar N-1 valores. Para el segundo nodo en la Fig. 6-6, especificar los caudales de dos de las tres corrientes conectadas. Permite a la tercera corriente a ser libre por requerimientos de balance de masa. Figura 6. Nodo con divisor. Si ambos caudales de la conexión de salida son especificados, entonces la corriente de entrada debe ser calculada como entrada libre al nodo 1 para mantener el balance de masa. Si una conexión de salida está calculada como conexión de salida libre por el nodo, entonces la corriente de la entrada puede ser flujo determinado por la tubería si ambos nodos están a presión fija. 6.7 VENTANA DE DIALOGO DE PRESION EN EL NODO Modo Seleccionar Fixedpressure para establecer la presión en el nodo y permitir que el flujo sea variable. Seleccionar Variable Pressure para salir presión variable en el nodo. Presión sobre el Nodo Especifique la presión para el modo FixedPressure . Para el modo Variable Pressure la presión calculada es desplegada. Opcionalmente usted puede especificar un estimado para el modo Variable Pressure. La estimación será reemplazada con resultado calculado. Presión Mínima Especifique superior con respecto a la presión en el nodo para el modo Variable Pressure. Especificar presión mínima y máxima acelerará cálculos. Presión Máxima Especificar una presión más baja para la presión en el nodo para el modo Variable Pressure. Especificar presión mínima y máxima acelerará cálculos. Elevación Especificar la elevación en el nodo. La elevación adicionará una contribución de presión basada en la altura. Especificaciones son absolutas. Le elevación por defecto es cero. Son permitidas elevaciones positivas y negativas. Opciones de caudal (Entrada) Número de Corriente CHEMCAD despliega el número para la corriente de entrada Opción de Caudal Seleccione la especificación para la corriente Fixed Mole Rate/FixedMassRate/FixedVolumeRate El caudal de la corriente es una variable conocida. El caudal de la corriente es puesto como un valor especificado durante los cálculos. Flow set by Pipe/Valve/Pump El caudal de la corriente es una variable dependiente. El caudal de la corriente será calculado por la UnitOp adyacente (corriente posterior) para satisfacer los requerimientos de presión. Free InletStream Especifica que la corriente de entrada al nodo es una variable dependiente. El caudal de la corriente de entrada será calculado mediante un balance de masa en el nodo. Solamente una entrada al nodo puede ser Free inlet. Especificación de Free inlet no son permitidas para corrientes que vienen de otro nodo. Usar Free inletStream para especificar una corriente de alimentación variable. Use CurrentStreamRate Modos de Tubería del Simulador de Tubería SizingOption 5 (GivenSize Pin and Poutcalculateflowrate) de la UnitOp de tubería permite cálculos de caudal a través de la tubería como función de la geometría. El uso de SizingOption 5 para una UnitOp de tubería conectada a un nodo crea una variable en la red de tubería. y el caudal de líquido son usadas. la presión del nodo será usada por la presión de la tubería adyacente. Use la opción de corriente Flow set by pipe/valve para el nodo. orfixedvolumerate. . Si uno de los nodos en cualquier lado de la tubería es variable pressure. Un UnitOp NODO puede usar (o calcular) el caudal desde una tubería adyacente como el caudal para una corriente conectada al nodo. Fixedvolumerate especifica la Tasa total Actual de Volumen de la corriente. La presión de salida de una tubería conocida es una función de la presión de entrada y del caudal. El caudal puede ser un valor fijo dado por cualquier nodo. Si los nodos en cualquier lado de la tubería son fixedpressure con Flow set by pipe para las corrientes de la UnitOp tubería. El caudal se fija como el caudal actual de la corriente Valor Especifique un caudal fijo para Fixed mole rate. la presión variable es calculada en base a la presión fijada (desde el otro nodo) y caudal. presión de entrada y salida. 6.8 SIMULADOR DE TUBERIA Descripción La UnitOp simulador de tubería en CHEMCAD es usada para modelar caída de presión de un fluido a través de una tubería. tasa de masa. las unidades del flowsheet de tasa molar. Las unidades de ingeniería para el flujo son desplegadas. Cualquiera de estas dos variables es variable independiente. o este puede ser especificado en cualquier otro lugar en el flowsheet. La variable puede ser el caudal a través de la tubería o la presión a cualquier extremo de la tubería. el caudal a través de la tubería es calculado en base a las presiones de entrada y salida. fixedmassrate.El caudal es una variable conocida. Si el nodo es fixedpressure. El uso del modo de la ecuación característica especifica una incógnita en la red de tubería.2 VALVULAS Descripción Existen dos UnitOps que pueden ser usadas para representar válvulas en la simulación de una red de tubería. La UnitOp válvula es usada para cambiar la presión de la corriente para alcanzar la presión calculada por el nodo de presión.1 BOMBA Descripción La UnitOp Bomba tiene un modo de ecuación característica que calcula la presión de salida como como una función de la presión de entrada y el caudal. Modos de UNITOP Válvula en Red de Tubería Use una UnitOp válvula cuando una válvula cambia hacia o desde un nodo de presión variable.6. La UnitOp de Válvula de Control (CVAL) tiene tres modos para control manual.8.8.3 VÁLVULA DE CONTROL Descripción La válvula de control PID puede ser usada en un modo de control manual en una red de tubería. La válvula no ajusta caudal a menos que este cerrada. El coeficiente de flujo de la válvula (Cv) debe ser especificado. 6. Modos de Control de Válvula para Red de Tubería . Use la opción de corriente Flow set by pipe/valve para el nodo. Modos de UnitOp Bomba en Red de tubería Una UnitOp NODO puede usar (o calcular) el caudal desde una bomba adyacente así como el caudal para una corriente conectada al nodo. 6. La UnitOp válvula (VALV) permite un cambio arbitrario de presión adiabática entre nodos. La incógnita puede ser el caudal a través de la tubería o la presión en cualquier lado de la bomba.8. El nodo conectado a la bomba actúa como restricción para la incógnita. No especifique una presión de salida para la válvula. 8.Modo Fixvalve position and adjustflowrate es usado para calcular el caudal como una función de Cv. Un cambiador de calor no puede ser la única UnitOp entre dos nodos. Un cambiador de calor y una tubería pueden estar en medio dos nodos.4 COMPRESOR Modos de Compresor en Red de Tubería La UnitOp compresor en modo 5 Specify Performance Curves calcula la presión de salida como una función del caudal volumétrico.9 DIMENSIONAMIENTO DE VALVULAS DE CONTROL Tópicos Cubiertos Dimensionamiento de Válvulas de Control Válvula de Control Uso de Nodos Establecimiento del Problema Ejemplo 1 .5 NODO COMO MEZCLADOR Un nodo puede ser usado como un mezclador. Solamente un caudal de corriente de entrada puede ser free inlet. y columna de gas. y presión de salida. 6. Una caída de presión constante puede ser introducida para una (no escalar) UnitOp al estado estacionario. presión de entrada. como el cambiador de calor no calcula caudal como una función de presión.6 UNITOPS AL ESTADO ESTACIONARIO UnitOps al estado estacionario estable pueden ser usadas en un diagrama de red de tubería.8. 6. Entre dos nodos debe haber un escalador de caudal. posición de la válvula. eficiencia. La corriente después del nodo es fixed P y free inlet corriente. 6. ya el cambiador de calor no tiene efecto sobre presión. Las corrientes de entrada al nodo todas tendrán la misma presión igual a la del nodo. El caudal volumétrico y la columna para el compresor son funciones del caudal de masa y la presión de entrada del compresor. Los nodos adyacentes reconocerán especificaciones de caída de presión en la UnitOp. 6. Una caída de presión constante puede ser especificada para el cambiador de calor y eso afectará la caída de presión entre los dos nodos.8. o variable P y free outlet corriente con entrada flow set byUnitOp. Permitiendo que CHEMCAD calcule las propiedades por nosotros. Esto no es necesario para modelar los tanques: a) Nuevo trabajo b) Sistema de unidades: SISTEMA INGLES. y luego hacer que CHEMCAD calcule los requerimientos de la válvula.000 lb/hr de Amoniaco Líquido en cada línea proveniente del tanque D-1. Arreglo de válvula de control.El ejemplo es para dimensionar una válvula de control para manipular un flujo de 113. Este ejemplo esta localizado en la carpeta Simuladores de Procesos\ Tutorial CHEMCAD\Ejemplos\ Tubería\Ejemplo1. Figura 7. Nosotros debemos seleccionar el tamaño apropiado de las válvulas y luego determinar el porcentaje de abertura para cada válvula al servicio dado. La Simulación Para hacer el dimensionamiento inicial. debemos convertir el problema en una simulación. Para dimensionar las válvulas usando CHEMCAD. todo lo que nosotros necesitamos son las corrientes con las propiedades correctas. (diámetro y espesor en pulgadas) c) Componenentes y PFD . Figura 8. Arreglo de válvula de control. d) Corriente de entrada -9 ºF, 225 psig y 226000 lb/hr e) Especificar el divisor (mitad para cada corriente de salida) y correr esta unidad En el flowsheet mostrado antes, las corrientes 1, 2 y 3 están a las condiciónes de entrada de -9 grados F, 225 psig. El divisor divide el flujo de 226,000 lb/hr en dos flujos iguales de 113,000 lb/hr de amoniaco. Dimensionamiento de la Válvula de Control Para hacer el dimensionamiento inicial, efectuar la simulación del divisor de corriente, para calcular la información de flujo para las corrientes 2 y 3. Ambas corrientes deben estar a -9 grados F, 225 psig y 113,000 lb/hr de amoniaco. Seguidamente ir al Menú Sizing, y seleccionar Control valve. Figura 9. Menú Sizing. Seleccionamos la corriente 2 Figura 10. Selección de ID. Aparece el siguiente cuadro de diálogo: Figura 11. Cuadro de dialogo. Ingresar 15 psig para Downstreampressure y presione el botón OK. Sobre la pantalla aparece el siguiente reporte: Figura 12. Resultados. Repetimos el procedimiento para la corriente 3. Resultados. Figura 13.CHEMCAD reporta las propiedades de la corriente y los parámetros calculados para la válvula. Queremos saber cuál es el por ciento de abertura para estas válvulas en este servicio a 113. Evaluando un Caso Nuestra siguiente tarea es evaluar estas válvulas en una simulación. Desde Que esta tarea modela el comportamiento de las válvulas de control necesitaremos un flowsheet ligeramente mayor: .000 lb/hr.2 psig. En este caso la presión es 0. El divisor es fijado a 113.000 lb/hr y los tanques flash son determinados por el modo 2 (specify T and P) La UnitOp # 4 es colocada a -1 grado F. Figura 15. Parámetros del reactor. 15 psig.2 psig. .Figura 14. Y la unidad Flash UnitOp # 5 es fijada a -28 grados F. 0 . Flowsheet. Figura 16. Parámetros de la columna. Especificación de Válvulas de Control Válvula de control 1 UnitOp# 2 haciendo doble clic en ella. La pantalla de la válvula de control es mostrada debajo: . adjustvalve position.Figura 17. el cual podemos ignorarlo. Downstreampressure a 15 psig. Flow Manual Control Fixflowrate. Especificación de la válvula de control. Presione OK y aparecerá el siguiente mensaje de advertencia. Mensaje de advertencia. Válvula de control 2 UnitOp# 3 haciendo doble clic en ella. La pantalla de la válvula de control es mostrada debajo: . Figura 18. Ingrese Valveflowcoefficient de 36. 2 psig. Valveflowcoefficient de 45. Figura 20. Figura 19. Flow Manual Control fixflowrate. Downstreampressure de 0. De igual manera que en el caso anterior aparece un mensaje de advertencia que podemos ignorarlo. Especificaciones válvula de control. adjustvalve position. . Mensaje de advertencia. Efectuar la simulación yendo al menú Run y seleccionando Run All. Resultados. Mensaje de advertencia. Para visualizar sus resultados. Figura 21. ir a al menú Results. Usted deberá ver este diálogo preguntando por cual UnitOps quiere ver: Figura 22. Apareciendo los dos mensajes de advertencia anteriores los cuales lo podemos ignorar. . y seleccionar las UnitOp’s. . Referencias.Figura 23. Figura 24. Resultados. . Resultados.Figura 25. . cual es el nuevo caudal desde D-1? Figura 26. En la mayoría de las simulaciones simplemente establezca las condiciones de las corrientes de alimentación. tubería y otras UnitOps afectan al caudal a través de la válvula. algunas veces es útil para permitir que el caudal cambie como una función de la presión. Este ejemplo esta localizado en la carpeta Simuladores de Procesos\ Tutorial CHEMCAD\Ejemplos\ Tubería\Ejemplo1. ¿Asumiendo que la posición de la válvula no se altera. etc. En los modelos de flujo la válvula de control se clasifica según el tamaño modelo. . Las caída de presión son calculadas ya sea en base al flujo o especificadas en las UnitOps.. Condiciones arriba de la corriente determinan las condiciones de la corriente. La contrapresión sobre válvulas.6. Para simulaciones de tubería. Flowsheet. presiones. De otro modo. son calculados cuando se efectúa la simulación.10 CAUDAL COMO FUNCIÓN DE PRESIÓN En simulaciones típicas en CHEMCAD la información fluye en una dirección: en sentido de la corriente. Ejemplo 2 Por ejemplo. el caudal a través de una válvula (o tubería o bomba) determina la presión corriente abajo. asuma que una perturbación de proceso causada por la presión en el tanque D-2 para elevarse de 15 psig a 30 psig. Las presiones corrientes abajo. el flujo y la presión son dependientes uno del otro. necesitamos introducir a UnitOp especial llamada nodo. La función del divisor (para dividir el flujo de entrada) es ahora manipulada por el NODO #1. En los nodos podemos fijar las presiones. Un nodo es un punto en la simulación que tiene una presión. y hacer que los caudales varíen como una función de la posición de la válvula y la diferencia de presión. Abriendo el NODO #1 haciendo doble clic en el: . Flowsheet. el flowsheet es modificado y mostrado a continuación: Figura 27. Los nodos son también colocados entre los tanques flash y las válvulas de control. Para nuestro sistema.En orden a responder esta pregunta. resolviendo para caudales a cada punto basado en las presiones fijadas. flujo entra y sale. El nodo balanceará los flujos de tal manera que todas las corrientes entrando y saliendo del nodo están a la misma presión. La unidad nodo crea una red. Los nodos son colocados en el diagrama antes de las válvulas de control. El flujo entrando a cada Válvula de Control será determinado por la válvula de control Cv posición de abertura de la válvula. Estamos asumiendo que la presión en este nodo es fijada a 225 psig. Las otras dos UnitOps NODE son dadas de igual manera. y la diferencia de presión a través de la válvula. . Especificaciones NODO. El flujo de entrada es puesto a Free inletstream y las dos corrientes de salida son dadas como Flow set by pipe/valve. Especificaciones NODO. Figura 29.Figura 28. Para válvula 2 (Borramos la DownstreamPressure).La presión se fija en 30 psig para el NODE #6. Presión en el NODO. El flujo entrando al nodo es controlado por la válvula de control (Flow set by Pipe/valve). Necesitamos dar el Valvemode para cada válvula como Fixvalve position. . Figura 30. y calcular el caudal. adjustflowrate en orden a cambiar el caudal. el flujo saliendo es un Free OutletStream.2 psig para el NODE #7. 0. Las válvulas de control necesitan ser cambiadas para fijar la posición de la válvula. Figura 32.Figura 31. Y para la válvula 3: . Especificaciones de la valvula. Especificaciones de la valvula. Especificaciones de la válvula. Figura 34. . Especificaciones de la valvula.Figura 33. Podemos ver las corrientes alrededor del NODE #1 haciendo clic-derecho sobre el nodo y seleccionando View streamcompositions del menú.11 SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE BOMBEO Ejemplo 3 a) Enunciado del problema De un tanque cerrado provisto de un respiradero a la atmósfera se desea bombear agua a 20 °C (68 °F). . Ir al menú Run.0 m (131. La línea de succión consiste de tubería de acero estándar de 2" (5.08 cm) de diámetro nominal.7 pies) sobre el eje de la bomba.2 pies) de longitud.Ahora podemos efectuar la simulación. hacia una torre de absorción. seleccionar Run All. No. Especificaciones de la válvula.6 pies) sobre el nivel del eje de la bomba.0 m3/h (88 gpm). La conexión de entrada del agua en el tope de la torre se halla a 20.0 m (65. 6.0 m (19. el caudal es de 20. de cédula 40S y 40. posee 4 codos estándar y una válvula de compuerta ("gate") abierta. El nivel de liquido en el tanque se encuentra a 7. Aparece el siguiente reporte: Figura 35. 0 m (198. Hacer el diagrama de flujo y guardarlo con el nombre de SISBOMBEO 4. con lo cual se tiene: Figura 37. el producto y las líneas de corriente. b) Confección del diagrama de flujo 1. Seleccionar Nuevo trabajo 3. No. 2 T usadas como codo y una válvula de control.08 cm) de diámetro nominal.9 kPa (20 psig).La línea de descarga también es de acero estándar de 2" (5. la presión manométrica en la torre de absorción es de 137. 5. de cédula 40S y 60. Selección de equipo. Abrir CHEMCAD 2.6 pies) de longitud. Colocar la alimentación. Seleccionar Pipe Simulator Figura 36. .Flowsheet. tiene 2 codos estándar. Este ejemplo esta localizado en la carpeta Simuladores de Procesos\ Tutorial CHEMCAD\Ejemplos\ Bombas1\Bombas1 c) Definir Componentes 62 Water d) Unidades de Ingeniería Format – EngineeringUnits : ENGLISH y cambiar Mass/Mole : Kg Temperatura: F Presión : psia e) Opciones Termodinámicas Thermophysical: K-Values: SRK f) Opciones para Balance de Energía Thermophysical: Entalphy: No entalphy (no hacemos balance de energía) g) Editar las Corrientes Editar corriente 1: Temperatura: 68 F Presión: 14.7 psia (sin usar válvula de control) Water: 20000 kg/h h) Especificaciones del Simulador de tubería 1 .7 psia Water: 20000 kg/h 1.7 = 34. Editar Otras corrientes: En este caso no editamos ninguna otra corriente y nos limitaremos a simular el sistema para que se cumpla las condiciones de salida Temperatura: 68 F Presión: 20 psig + 14. El programa selecciona el tamaño de la tubería C factor: Factor usado en le Ec. . Pipe Sizing and Rating (PIPE) Method (fluid flow): 4. Ingresamos 2 “ DP/100 ft. Water (Hazen-Williams) SizingOption Rating (default). El usuario puede especificar este valor para el Method 4: Hazen-Williams. El valor por defecto es 120. El usuario debe ingresar el tamaño de la tubería Design Single phaseflow. de Hazen-William.00015 feet. (forsizing): Si se usa opción (SizeOption 2) ingresar la caída de presión por 100 ft a ser usada Pipe length: Longitud de la tubería (no incluye accesorios) Pipe schedule: Opcional Roughness: El valor por defecto es 0. Pipe diameter: Diámetro nominal de la tubería (Cuando se selecciona la SizingOptión 0). ElevationChange: Carga de elevación (Columna estática) Valor positivo (+) indica que el fluido está yendo hacia arriba y Valor negativo (-) indica que el fluido va hacia abajo. El usuario puede sobrescribir este valor si desea. Figura 38. Pipe sizing. Pipe sizing. Figura 39. . Recomendable correr esta unidad para tener una idea de la caída de presión y verificar la corriente 2. Verificación de la corriente 2.28 psia . Vemos que la presión con la que llega a la Bomba es de 5. Figura 41. Pipe sizing.Figura 40. (En caso contrario especificar corriente 2) Simulador de tubería 2 Figura 42. PIpesizing. . una eficiencia de 70 %. Especificamos una Presión de salida de 90 psia como un primer intento. Pipe sizing. . Bomba1 La presión de salida de la bomba debe ser mayor que la presión de salida del sistema para compensar las pérdidas de presión en el lado de la succión.Figura 43. 15 = 48.7 + 48.Figura 44. Especificaciones de la bomba.85 = 83.55 psia Simulamos todo el sistema y verificamos la Presión de salida en la corriente 4. . lo cual quiere decir que hay una caída de presión de: 90 – 41.85 psia Por lo tanto debemos especificar una presión de salida de la bomba de: 34. Simulamos todo el sistema y verificamos la presión en la corriente 4 (salida del sistema de tubería de la descarga) Vemos que la presión de salida es: 41.15 psia. Figura 45. . Verificación de la caída de presión. Se ha conseguido la presión deseada y se tienen los datos de consumo de potencia y otros para la bomba. Figura 46. . Especificaciones de la bomba. Resultados. Figura 47. . 2. Flowsheet. Modificamos el diagrama de flujo agregándole un controlador Figura 48.USO DE CONTROLADORES Ahora usamos un controlador para ajustar la presión en la bomba hasta obtener la presión de salida deseada 1. Especificamos la bomba dejando en blanco el espacio para la presión. Ajustar la presión de salida de la bomba hasta que la presión de la corriente 4 sea igual a un valor constante de 34. Al hacer OK hay un mensaje de advertencia que podemos ignorar 3.Figura 49.7 psia. Especificamos el controlador: Especificar el Controllermode como un feedbackcontroller. Especificaciones para la bomba. Cuando usted finalice. la pantalla del controlador mostrará lo siguiente: . Figura 51.Figura 50. Resultados. Especificaciones del controlador. . Luego correr el programa y ver los resultados. Figura 52. . DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍA Y USO DE VÁLVULA DE CONTROL 1. Agregamos la válvula de control a la corriente en el lado de la descarga. Resultados. Flowsheet.Figura 53. Figura 54. 2. . Especificaciones de la tubería. Determinamos el tamaño de tubería 1: Zizing/Pipes. Seleccionamos Corriente: 4 . Resultados. 2. Dimensionamos el medidor de orificio: Zizing/Orifice.Figura 55. Válvula de control: Damos una caída de presión de 10 psia. Resultados. 3. Medidor de orificio. . Figura 57.Figura 56. Figura 59. 4. Resultados. . Válvula de control. Especificamos la válvula de control: colocamos 50 % abierta.Figura 58. . 5. Válvula de control. Volvemos a especificar el controlador.Figura 60. Especificaciones del controlador.Flowsheet. INGRESO DE CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA Volvemos a la Figura 1: Figura 62. Ingresamos la curva característica de la bomba: . Efectuar la simulación y comparar la potencia requerida sin Válvula y la necesaria con Válvula de control.Figura 61. ΔP = a . Especificaciones de la bomba. Debemos de probar con una bomba más grande. . Efectuamos la simulación.98 psia.b*Q2: psi a = 75 Psi Q = 0. Con esta bomba solamente podemos alcanzar una presión en la salida de 18.0016 psi/(gpm)2 Figura 63. Reemplazando el diámetro correcto de 3 pulg en los simuladores de tubería y efectuando a simulación.6021 Hp Cambiemos la eficiencia de la bomba a 50 % ¿Qué efecto tiene este cambio? EJEMPLO 4: FLUJO SIMPLE CON VÁLVULA DE CONTROL Y ORIFICIO Tópicos Cubiertos Dimensionamiento de Valvulas de Control . se tiene que con la bomba propuesta se puede alcanzar 49. Resultados.52 paia en la descarga y un consumo de 4.Figura 64. Figura 65. Controladores Feedback NPSH OrificeSizing/Rating Pipe Sizing/Rating Pipe UnitOp Enunciado del Problema El sistema de tubería mostrado debe ser diseñado para transportar 120 gpm de ácido acético glacial entre 70 y 140 ºF. CREANDO LA SIMULACION 1) Convertir la tubería isométrica aun flowsheet CHEMCAD. la de salida debe ser no menor que 20 psia. Este ejemplo está en Simuladores de Procesos\Tutorial\CHEMCAD\Ejemplos\ Bombas2. Sistemas de tuberías. La presión de entrada es dada como 20 psia. UnitOps de tubería son usadas para representar secciones enteras de tubería incluyendo accesorios: . Nuestra meta es determinar la NPSHa y los requerimientos de columna para selección futura de la bomba. El sistema de tubería y sus elementos individuales deben ser dimensionados para condiciones de diseño y luego evaluadas a condiciones de operación. Fijar la lista de componentes y las condiciones de la corriente 1: Figura 67. a 70 F. Condiciones de la corriente 1. Tamaño de tubería: Usando las herramientas CHEMCAD’s para dimensionar tubería (SizingMenu>Pipes) dimensionar la tubería en la red para el caudal de diseño de 120 gpm. Flowsheet. Fijar unidades. (SISTEMA INGLES. Tiempo en Minutos) establecer el flujo total en gpm.Figura 66. . esto requiere hacer solamente un cálculo para el lado de la descarga. Menú sizing. . Seleccionar Corriente 1 Use tubería estándar de cédula 40. Como el fluido en este sistema está como liquido subenfriado y todos los flujos son constantes. use 1 tamaño mayor de tubería en el lado de la succión de la bomba. Como un método corto. Tamaño de tubería.Figura 68. Figura 69. El programa Recomienda un Tamaño de 3.Al hacer clic en OK aparece los valores calculados: Figura 70.0 pulgadas de Diámetro Nominal . Resultados. 548 pulg. 4) Tamaño del Medidor de Orificio (Sizingmenu>Orifice) en el lado de descarga de la bomba. Figura 72. Menú oificesizing. Seleccionamos tubo de 3 1/2 " cuyo Diámetro interior es: 3. .Figura 71. Recomendación del programa. Figura 73.Use 120 gpm. Orificesizing. . la opción D and D/2 y presión diferencial de 100 pulgadas de agua. el tamaño de tubería determinado en el paso 2 anterior. Resultados. Al hacer clic en OK aparecen los valores calculados: Figura 74. En el reporte para el dimensionamiento del medidor de orificio se da el valor del coeficiente de descarga y podemos usar este valor en la caja de diálogo del simulador de tubería. simplemente estamos calculando una válvula de control para darnos una caída de presión de 5 psi. Como la corriente #1está a 20 psia. Control valve. . 5) Dimensionamiento de la Válvula de Control (Sizingmenu>Control valve) usando: DownstreamPressure 15 psia Opción: Single seat (de asiento simple) Figura 75. Referencias. . fijar la posición de la válvula a 50% abierta. Figura 77. valve position. y fijar Valvemode a Fixflow. Control valve. 6) Ingrese el coeficiente de flujo de la válvula Cv.Figura 76. del reporte de dimensionamiento. calculatePout. flowthroughbranch 1 entrance.7) Asuma una caída de presión en el intercambiador de 2 psi. 8) Tabular las válvulas. wellrounded . longitudes de tubería. Condiciones intercambiador de calor. y cargas de elevación de cada sección de tubería. Figura 78. Fijar la temperatura de salida en 140 ºF. y el modo deberá ser fijado en rating. accesorios. Todas las tuberías usarán el método Single phase. Usaremos ajustes uniones bridadas. Pipe #1 35 feetpiping -8 footelevationchange 2 ballvalve 4 stdelbow 90 degree 1 tee. Figura 79. . Especificaciones de la tubería. Especificaciones de la tubería. Especificaciones de la tubería. .Figura 80. Figura 81. Pipe #2 (before control valve) 14 feetpiping 14 footelevationchange 2 ballvalves 1 swing checkvalve. . Especificaciones de la tubería. flowthrough run 1 orificeplate (as determinedabove) Figura 82. clearaway 2 tee. Especificaciones de la tubería. .Figura 83. Especificaciones de la tubería. Además Pipe #3 (after control valve) 24 feetpiping 2 footelevationchange 2 ballvalve 2 tee.Figura 84. flowthrough run 3 Stdelbow 90 degree 1 exitfrom pipe Pipe #4 (after E-1515) 157 feetpiping 5 foot net elevationchange 1 Ballvalve . Especificaciones de la bomba. es más fácil dejar que el programa haga el trabajo. En un modelo CHEMCAD el modelo es de estado estable. Podemos ver que con una presión de descarga de la bomba de 61. la presión de salida del sistema es 20. . cuando usamos el término “control de retroalimentación” hablamos de un controlador matemático. Podemos iterar para encontrar la columna de la bomba requerida.5 psi. Es una herramienta de matemáticas usada para ajustar una variable en un flowsheet hasta que un valor cumple nuestro valor especificado. Verificar la presión de salida calculada. Figura 85.32 psi (cercano al valor especificado). 4 stdelbow 90 degree 1 tee 100% flowthrough run 1 wellroundedentrance 1 exitfrom pipe 7) Especificar la presión de salida de la bomba en algún valor arbitrario (50 psia) y hacer una corrida de prueba. Un controlador Feedback en CHEMCAD no tiene nada que ver con válvulas de control de proceso o ajustes PID. Vamos a usar una UnitOp llamada un controlador de retroalimentación (CONT) para ajustar esta presión por nosotros. EJEMPLO 5 USO DE CONTROLADORES Al cambiar manualmente la presión de la conexión de salida de la bomba nos traerá donde necesitamos estar. Especificar el Controllermode como un feedbackcontroller. Cuando usted finalice. Figura 86. Ajustar la presión de salida de la bomba hasta que la presión de la corriente 8 sea igual a un valor constante de 20 psia. . Especificaciones del controlador. la pantalla del controlador mostrará lo siguiente: Figura 87.Este ejemplo está en Simuladores de Procesos\Tutorial\CHEMCAD\Ejemplos\ Bombas3. Cambie el flowsheet para incluir un controlador de retroalimentación ajusto antes de la flecha de producto. Flowsheet. se puede producir la cavitación y fallas en el servicio. el controlador variará automáticamente la presión de salida de la bomba hasta que la presión saliendo de la última unidad de tubería sea igual a 20 psia. Figura 88.Cuando usted efectué la simulación. Es a menudo reportada en pies de fluido que se está bombeando o pies de agua. En caso contrario. Cada bomba tiene un requerimiento específico de NPSH (NPSHr) a una velocidad de operación dada.12 Columna de Succión Positiva Neta Disponible (NPSHA) NPSH es la Columna de Succión Positiva Neta. Especificaciones de la bomba. 6. y se define como la presión total disponible en la succión de la bomba menos la presión de vapor del fluido que se está bombeando. Nosotros ahora conocemos los requerimientos de columna para nuestra bomba. . Para conseguir una operación segura la NPSH disponible (NPSHa) debe ser mayor que la NPSHr. y la NPSHa puede no ser correcta. calcular la columna de succión positiva neta en CHEMCAD es una tarea fácil.Figura 89. 6. Si la tubería no es correcta. Resultados. Abrir el diálogo con la bomba y colocar un checkmark donde dice Checkhere to CalculateNPSHa.4 para adelante. Correr nuevamente la simulación. Calcular NPSHa. y aparecerá la NPSHa calculada. Es importante que para calcular la NPSHa debe ser correctamente especificada la tubería de entrada a la bomba.13 FLUJO BIFURCADO Ejemplo 5: Flujo Bifurcado Tópicos Cubiertos UnitOp Nodo Red de Tuberias Criterio de selección de la Bomba Curvas de Operación de la UnitOp Bomba . entonces la presión a la entrada de la bomba puede no ser correcta. Para versiones 5. Establecimiento del problema El sistema de tubería de la sección previa ha sido cambiado. Puede haber múltiples entradas y salidas. Creando la simulación 1. La presión puede ser especificada o permitida a variar. Figura 90. Los dos intercambiadores tienen diferente tubería. Convertir los dibujos isométricos de tubería a un diagrama de flujo CHEMCAD. Este ejemplo esta en Simuladores de Procesos\Tutorial\CHEMCAD\Ejemplos\ Bombas4. El problema no es tan simple ahora. Arreglo de tuberías. La UnitOp “Node” da esta flexibilidad. . y hacer que la simulación calcule la presión y caudales en una manera iterativa. Lo que necesitamos es una aproximación donde dividamos y recombinemos los flujos. las cuales dan diferentes caudales. Un nodo es un punto donde la presión es uniforme. Los flujos para cada corriente serán balanceados por CHEMCAD para alcanzar una presión uniforme. Debido a la bifurcación del flujo hacia dos intercambiadores de calor. El flujo bifurcado es un problema difícil para resolver usando nuestra aproximación de controlador. . 2. UnitOps NODE son colocadas donde la presión o caudal son desconocidos. 3. UnitOps Pipe (Tubería) son usadas para representar secciones enteras de tubería. Figura 92. Medidor de orificio. incluyendo accesorios. Flowsheet.Figura 91. Medidor de orificio: En corriente 7. Resultados. 4. Válvula de control. Válvula de control como se ha visto en los ejemplos anteriores: Tomando datos de corriente 1. Figura 94. .Figura 93. Luego dimensionando la válvula a 50 % abierta. Resultados.Figura 95. . Con esto la especificación de los intercambiadores será: . Asuma una caída de presión a través de cada intercambiador de 2 psi. Válvula de control. 5.Figura 96. En todas usar: Method: 2 Single phaseflow SizingOption: 5 Givensize. accesorios. Especificaciones intercambiador de calor. Tabular las válvulas.548 pulg Pipe schedule: 40 .Figura 97. Pin and PoutCalcflowrate Thermalmode: Adiabatic Pipe diameter: 3. longitudes de tubería y cambios de elevación para cada sección de tubería. 6. Usaremos uniones completamente bridadas. flowthroughbranch 35 feetpiping 5. Especificaciones de la tubería. Además los datos de longitud y accesorios para cada UnitOp tubería 5.Figura 98. clearaway 2 ballvalves 2 tee. wellrounded 2 ballvalve 4 stdelbow 90 degree 1 tee.2 Tubería: UnitOp 4 (Antes de la válvula de Control) 1 swing checkvalve. flowthrough run 1 orificeplate (as determinedabove) .1 Tubería: UnitOP 1 1 entrance. 3 Tubería: UnitOp 8 (Después de la válvula de control:) 1 ballvalve 1 tee.4 Tubería: UnitOp 10 (Al intercambiador superior) 1 tee. flowthroughbranch 1 ballvalve 1 exitfrom pipe 3 stdelbow 90 degree 24 feetpiping 5. flowthroughbranch 30 feetpiping 4. flowthrough run 2 Stdelbow 90 degree 10 feetpiping 5.7 Tubería: UnitOp 17 (Después del intercambiador inferior) . 14 feetpiping 14 footelevationchange 5.5 Tubería: UnitOp 13 (Después del intercambiador superior) 1 ballvalve 1 wellroundedentrance 3 stdelbow 90 degree 1 tee.6 Tubería: UnitOp 14 (Al intercambiador inferior) 1 ballvalve 1 exitfrom pipe 1 teeflowthrough run 1 stdelbow 90 degree 14 feetpiping 5. Bomba – En este momento no conocemos las especificaciones de la bomba. 1 stdelbow 90 degree 1 ballvalve 1 wellroundedentrance 1 teeflowthrough run 10 feetpiping 5.8 Tubería: UnitOp 19 (Salida del sistema) 3 stdelbow 90 degree 1 exitfrom pipe 147 feetpiping 7. y fijan la presión de salida adecuadamente. Las UnitOps NODE calculan para los incrementos de presión. de tal manera que estableceremos para la bomba “SpecifyOutletPressure” y dejaremos en blanco la especificación para la presión. . Figura 99. 4 stream: flow set by pipe/valve OutletStreams. Fijar los nodos con la información adecuada Node 3 Mode: Variable pressure Inletstreams. 5 stream: flow set by pipe/valve Elevation = 20 feet Node 5 . Especificaciones de la bomba. 11 stream: flow set by pipe/valve OutletStreams. Mode: Variable pressure Inletstreams. 6 stream: flow set by pipe/valve OutletStreams. Node 16 Mode: Variable pressure Inletstreams. 8 stream: flow set by pipe/valv OutletStreams. 21 stream: flow set by pipe/valve OutletStreams. 22 stream: flow set by pipe/valve Elevation = 34 feet Node 9 Mode: Variable pressure Inletstreams. 16 stream: flow set by pipe/valve 9 stream: flow set by pipe/valve Elevation = 34 feet Node 12 Mode: Variable pressure Inletstreams. 19 stream: flow set by pipe/valve Elevation = 50 feet. 15 stream: flow set by pipe/valve Elevation = 38 feet. 7 stream: flow set by pipe/valve Elevation = 34 feet Node 7 Mode: Variable pressure Inletstreams. . 18 stream: flow set by pipe/valve OutletStreams. Node 18 Mode: Variable pressure Inletstreams. Cambiamos el número máximo de Iteraciones a 100 y Corremos el programa. y seleccionar Run All. La simulación puede ser sensible a estimados iniciales y ajustes min/max en los nodos. Efectuando la simulación Para efectuar la simulación. Los resultados son los siguientes: . verificar todos los valores ingresados y correr nuevamente. La convergencia es también un proceso iterativo. 12 stream: flow set by pipe/valve Elevation = 42 feet. Si la simulación no converge. 13 stream: flow set by pipe/valve OutletStreams. presionar el Run All o ir a R en el meú Run. de esta manera usted puede necesitar incrementar el número máximo de iteraciones para un flowsheet dado. 14 stream: Free outletstream Elevation = 43 feet. Node 20 (Último nodo) Mode: Fixedpressure Pressure at node: 20 psia Inletstreams. 3 stream: flow set by pipe/valve 20 stream: flow set by pipe/valve OutletStreams. Usando esta información y nuestro caudal de (120 gpm) podemos consultar un manual de bombas para determinar el tamaño correcto de la bomba. . Resultados. Ejemplo 6 Enunciado del problema: Este ejemplo está en Simuladores de Procesos\Tutorial\CHEMCAD\Ejemplos\ Bombas4. verificar el incremento de presión en la UnitOp’sPump. Fowsheet. Esto nos da los requerimientos de columna de nuestra bomba.Figura 100. Luego de efectuada la simulación. Figura 101. reportar los flujos y presiones en cada uno de los 5 nodos usando una simulación en CHEMCAD. Si la presión en la entrada de los dos tanques de descarga (nodos 4 y 5 en el diagrama anterior) es 14. . Procedimiento: Paso 1: Crear el flowsheet. Parámetros de la línea de tubería. los parámetros de la línea de tubería y elevaciones son mostrados a continuación: Figura 103. B y C son hechas de acero comercial número de cédula 40. Agua (water) a 77F y 14. Ecuación para el arreglo. Las secciones de tubería A.En la red de tubería anterior.7 psi.7 psi es alimentada a 2509 lbmol/h a una bomba cuya ecuación característica es mostrada a continuación: Figura 102. Figura 104. waterflowrate=2509 lbmol/h. Clic en Flash Para obtener la entalpía de la corriente y fracción de vapor en la alimentación a condiciones de alimentación. dado en el enunciado del problema. . Paso 2: Ingreso de componentes y unidades de ingeniería Seleccionar de la lista de componentes: Water y adicionarlo a Componentlist Mantener la opción predeterminada de unidades de ingeniería: ENGLISH Paso 3: Ingresar la composición de la alimentación Temperature=77 F. Flowsheet. Pressure=14.7 psi. rateunits. . vol. Seleccionar psia para Pressureunits y gpm para liq. Ingresar 72 para A y 0.0042 para B. Clic en OK para continuar. (el valor por defecto para la eficiencia es 100%). Composiciones de entrada. Paso 4: Especificaciones de la bomba En la página de especificaciones. Eficiencia puede ser dejada en blanco ya que esta información no es dada en el enunciado del problema. seleccionar Entercharacteristiceqnformode.Figura 105. Single phaseflow Sizingoption: Seleccione la opción 5. calcflowrate . Especificaciones: Method: Seleccione la opción 2. Givensize. Paso 5: Especificaciones del simulador de tubería Primer simulador (Tubería A de acuerdo al enunciado del problema y unidad de operación 4 en el flowsheet CHEMCAD). Especificaciones de la bomba.Figura 106. Pin and Pout. .256 ft) Pipe Schedule: Ingrese 40 Pipe Length: Ingrese 80 ft Elevationchange: Dejar en blanco.Pipe Diameter: Convertir el diámetro dado para la Tubería usando F6 y luego ingrese este valor en el campo correspondiente (0.3) Clic sobre OK para continuar. De manera similar. completar el paso 5 para tuberías B y C. Roughness factor: Dejar en blanco Pipe Material: Seleccione commercialsteel (opción disponible en versión 5. Especificaciones de la bomba. Figura 107. CHEMCAD calculará esto automáticamente basándose en las especificaciones dadas en los nodes. Figura 108. Especificaciones de la tubería. . Si el flujo de entrada al nodo es el mismo que el de salida de la UnitOp previa. esta es una entrada opcional y puede dejarse en blanco. Paso 6: Especificaciones para Nodos Hay cinco nodos en nuestro flowsheet. es preferido Flow set byunitop como la flowrateoptions. Cuando el nodo está al comienzo o al final de la línea de flujo. Proporcionando límites máximo y mínimo se aceleran los cálculos. Primer nodo (UnitOp 1 en el flowsheet): . Proporcionar 0. Para mayor información consultar la ayuda. se puede seleccionar Free inletstream y Free outletstream respectivamente.001 psi y 100 psi como los límites mínimo y máximo para la presión cuando sea aplicable. se prefiere Use currentstreamrate. Usualmente. Sin embargo. las especificaciones de cada uno de los cinco son diferentes y dependientes de las dos unitops a las que está conectado. cuando los nodos están en medio del flowsheet.Figura 109. Especificaciones de la tubería. El propósito de la estación del compresión es devolver la presión del gas a la presión de operación máxima. Diseño conceptual de estaciones de compresión Dependiendo del modo de operación de la tubería. 6. consumo de potencia en una estación de compresión.15 BOMBEO DE GASES Estaciones de Compresión La presión del gas fluyendo a través de líneas de tubería disminuirá en la dirección del flujo a lo largo de la tubería. Las descripciones de la configuración general de una estación de compresión con sistema de refrigeración de propano. acondicionamiento de combustible. Especificaciones para el NODO.Figura 109. y otras facilidades son contenidas en las siguientes secciones. La simulación Térmica-Hidráulica de la tubería es necesaria . un sistema de refrigeración puede ser requerido para enfriar el gas de descarga del compresor hasta una temperatura debajo de 32 ºF antes que el gas reingrese la tubería. 515 psia. y la temperatura del gas de succión. Un enfriador el cual es un intercambiador de calor consistiendo de numerosos tubos inmersos en un baño de propano líquido como refrigerante. El gas caliente de . Flowsheet. Figura 110. Se ha asumido que el gas de la descarga del compresor podría ser enfriado hasta 28 ºF antes de reingresar a la línea de tubería (gasoducto). Las condiciones de operación contenidas en la siguiente descripción se usaron para determinar las cargas de refrigerante y los costos de capital para la los sistemas de refrigeración especificados a lo largo de este estudio. El gas será comprimido hasta 2. La presión en la entrada es consistente con la presión de operación mínima necesaria para permanecer fuera de la región de dos fases de la envolvente para el gas del escenario 3 del ejemplo anterior. y luego es comprimido hasta 2.530 psia. Un diagrama de flujo general de proceso para un sistema típico de compresión del gas con refrigeración de propano del gas de descarga es mostrado en Figure 4.1.530 psia para permitir una caída de presión de 15 psi a través del enfriador y la tubería de la estación de descarga. la razón de presionesde descarga y succión. La temperatura del gas en la descarga del compresor (etiquetada “Descarga de Gas” en la figura) variará dependiendo de la eficiencia del compresor. La carga de refrigerante será más grande durante los períodos más calientes del año y las cargas mínimas (o sin refrigerante) durante el invierno. La simulación de un proceso del lazo de refrigerante se ha preparado basado en condiciones de operación hipotéticas las cuales consisten de gas llegando a la entrada de la estación a 20 ºF y 1.para determinar las cargas estacionales de refrigerante desde la operación tanto de la compresión del gas y el sistema de refrigeración variará estacionalmente. ” entre la temperatura del aire ambiente y el refrigerante condensado. Basado en la composición de refrigerante asumida en este estudio. Los condensadores de refrigerante son diseñados para permitir una diferencia de temperatura entre el refrigerante condensado y el aire del ambiente siendo usado como medio de enfriamiento. El refrigerante vaporizado (“C3_del enfriador”) es comprimido hasta la presión necesaria para condensarlo usando aire a la temperatura ambiente como medio de enfriamiento (“C3_salida compresor”). y por lo tanto una temperatura de condensación de refrigerante de 90 º F. Se había asumido que habría una caída de presión 10 psi a través del condensador de refrigerante enfriado por aire. Las cargas de refrigerante en este estudio se basan en una temperatura ambiental de aire de 70 ºF. El vapor desde el compresor de refrigerante (“C3 Salida Compresor”) es condensado pasándolo a través de numerosos tubos contenidos en un banco de tubos mientras que grandes ventiladores impulsan el aire del ambiente a través del exterior de los tubos (“Condensador de C3”). Las condiciones de operación del propano dentro del enfriador dependen de la temperatura especificada para el gas comprimido entrando a la línea de tubería ("Gasoducto").descarga fluye a través del lado de los tubos del enfriador (“enfriador_C3”) donde es enfriado hasta 28 ºF mientras el refrigerante líquido se vaporiza. El refrigerante condensado saliendo del enfriador de aire (“C3_a la válvula”) pasa a través de una válvula reductora de presión (“Válvula Reductora de Presión") y es retornado al enfriador. Estos condensadores son tipicamente especificados basados en una diferencia de 15 a 20 ºF. la temperatura del refrigerante es mantenida a aproximadamente 5 ºF debajo de la temperatura especificada para el gas enfriado entrando a la línea de tubería. por lo tanto fijando la temperatura del refrigerante también se establece la presión de operación en el lado del refrigerante en el enfriador. el refrigerante enteramente se condensará a un líquido a 90 º F y una presión de aproximadamente 179 psia. así el vapor de refrigerante saliendo del enfriador a 57 psia debe ser comprimido hasta aproximadamente 189 psia en orden a que el refrigerante sea condensado a 90 ºF. sin embargo no . enfriando el gas de la línea de tubería hasta 28 ºF se requerirá que el refrigerante sea mantenido a 23 ºF. o “aproximación. El sistema de refrigeración operará mas eficientemente durante el invierno debido a que la temperatura ambiente del aire de enfriamiento permitirá que el vapor del del refrigerante condense a menor temperatura. La presión de evaporación del refrigerante en el enfriador es aproximadamente 57 psia. Hay una presión única a la cual el refrigerante propano hervirá a 23 ºF. una aproximación de temperaturas en el condensador de 20 ºF. y correspondientemente una menor presión que durante el verano. Típicamente. Una porción del refrigerante se vaporiza a medida que la presión es reducida a través de la válvula y este vapor pasa a través del enfriador a la succión del compresor de refrigerante. La presión a la cual los vapores de refrigerante deben ser comprimidos es en razón ser condensado ante incrementos de temperatura del aire ambiente. La presión de operación en el lado del refrigerante en el enfriador. Por ejemplo. El promedio anual de consumo de combustible del sistema de refrigeración está basado en una temperatura promedio de condensación del refrigerante de 47 ºF y operación del compresor de refrigerante a 42 por ciento de la potencia instalada. Una reducción en la temperatura de succión del compresor resultará en un gas más frío de descarga del compresor y una reducción de la carga de refrigerante.2. a medida que que la temperatura dada del gas de descarga reentrando a la línea de tubería permanezca a 28 ºF. 1 milla 5280 pies Requerimientos de potencia Los requerimientos de potencia en la estación de compresión consiste en la compresión del gas. Una distribución conceptual de una estación de compresión "típica" con refrigeración es mostrada en la Figura 5. Las cargas de refrigerante serán inferiores durante la primavera y el otoño con esencialmente ninguna carga encontrada durante el invierno debido a la combinación de temperaturas más frescas del gas de descarga y eficiencia aumentada del sistema de refrigeración. Las evaluaciones contenidas en este trabajo están basadas en el uso de equipo de quemado de gas natural como combustible extraído de la línea de gas. compresión del refrigerante y generación de potencia para utilitarios. La potencia (Hp) de compresión de refrigerante requerido en las condiciones ambientales comunes es aproximadamente 42 por ciento de la potencia instalada del refrigerante basada en la condensación del refrigerante a 90 º F. El propósito es mostrar la configuración general de un estación de compresión típica. el cual es el promedio anual de temperatura. La presión diferencial entre la succión y la descarga del compresor de refrigerante disminuirá durante el invierno. Los resultados de simulación demuestran que el refrigerante tendría que ser comprimido hasta aproximadamente 107 psia para ser condensado a 47 ºF (20 º F aproximado a 27 ºF). por consiguiente reduciendo la carga en el compresor de refrigerante y el consumo de combustible. . La potencia instalada para los sistemas de refrigeración en este estudio está basada en la condensación del refrigerante usando aire caliente del ambiente durante el verano y condensación del refrigerante a 90 ºF. La simulación del sistema de refrigeración fue ajustada para determinar la potencia de operación (Hp) a 27 ºF de temperatura del aire del ambiente. La temperatura de la tierra rodeando la tubería corriente arriba de la estación se enfriará durante el invierno resultando en una correspondiente reducción de la temperatura del gas en la succión del compresor debido a la transferencia de calor a través de la pared de la tubería.cambiará estacionalmente. Tomamos la mezcla del Escenario 3 del ejemplo anterior: tomamos las composiciones dadas en el ejemplo anterior. Figura 111. . y un compresor de gas. 2. una válvula.515 psia (2. 1. Composiciones. Confeccionamos el diagrama de flujo mostrado en la figura2.Cálculos hidráulicos de la línea de tubería El modelo propuesto consiste de un segmento de tubería.500 psig) para todas las corridas hidráulicas. Las condiciones del gas a la entrada de la línea se han establecido en 28 ºF y 2. Flowsheet. 3. Especificamos las características del segmento de tubería .Figura 112. Esto determina el máximo flujo a través de la tubería como una función de la distancia entre estaciones de compresión.515 psia en la descarga del segmento de tubería. . Presión de entrada al segmento: 2515 psia. Longitud del segmento: 150 Millas 1 milla 5280 pies 4. Especificaciones de la tubería.Figura 113. El flujo de gas debe ser de 701 MMscfd. Mediante un análisis de sensibilidad determinamos el flujo de gas necesario para obtener una presión de 1. Fijamos la temperatura de entrada: 28 ºF. Una presión máxima de operación (MOP) de 2. 4.515 psia se habia seleccionado para evitar el área de dos fases sobre la envolvente para la mezcla del escenario 3 del ejemplo anterior.515 psia a la salida del segmento. Usamos una válvula para simular una caída de presión de 5 psi a través de la tubería entre la entrada a la estación y la succión del compresor. .515 psia se ha seleccionado ya que provee una rigidez de la tubería esto es ampliamente considerada en la industria como favorable para resistir los efectos de movimiento diferencial de la tubería. Una presión en la entrada de la estación de 1. Composiciones de entrada. Otra posibilidad es para mantener un caudal dado de gas y ajustar las longitudes de los segmentos para dar una presión de aproximadamente 1.Figura 114. . 5.La descarga desde el compresor de gas fue establecida a 15 psi sobre la MOP de la línea de tubería para compensar la caída de presión a través de los enfriadores del gas (modelado separadamente). Especificación del compresor. Especificaciones de la válvula.Figura 115.5 por ciento (adiabatica) fue usada para los cálculos de compresión del gas.. Una eficiencia promedio del compresor de 77. Especificaciones del compresor.Figura 116. . Simulamos el proceso y tenemos las propiedades de las corrientes. Figura 117. Resultados. Predicción de la formación de hidratos Ejemplo: Petrotech – Gas . Y las características de compresor. Resultados. Figura 118. . Menú Hydrates. Selección de UnitOp ID. Figura 120.Figura 119. . Flowsheet.Figura 121. Figura 123.Figura 122. Se tiene el punto de hidrato. Hydrateoptions. Resultados. .