unidad 6 chemcad

8/18/2019 Unidad 6 Chemcad

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TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE SAN FELIPE DEL PROGRESO

CARRERA:

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


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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


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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


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6. SISTEMAS DE BOMBEO

6.1 ACERCA DEL SIMULADOR DE TUBERÍAUn simulador de tubería representa el flujo de fluidos a través de varias piezas de equipo. Si

suficientes variables (flujos y presiones) son especificadas en el simulador, pueden ser calculadas

las variables desconocidas. Para flujo de fluidos a través de equipo, el flujo 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 diferentes puntos sobre un

diagrama de simulación de tubería permite describir al sistema como un sistema de ecuaciones

dependientes. Los modelos de simulación de tubería en CHEMCAD permiten la solución

simultánea de tal sistema. Si son especificadas suficientes restricciones, el modelo será resuelto

simultáneamente para converger en las presiones/flujos no conocidas en el modelo.

Una representación simple de un sistema de flujo es representada en la Fig. 6.1.

Figura 1. Simple Sistema de Tubería.

Para dimensionar la válvula, debe ser calculada la presión de salida de la válvula. Las variables

conocidas son la geometría de la tubería, presión de salida de la tubería, y flujo a través de la

tubería. Puede ser usada una simple ecuación para resolver para la presión entrando a la tubería

como una función de las variables conocidas.


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6.2 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 unaboquilla como una función de presiones de la entrada y de salida. 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.La Fig. 6-2 muestra UnitOps que pueden calcular caudales como una función

de presiones. Estos UnitOps son referidos como a los que se aplicó flujo de escalamiento en la

corriente de proceso.

Figura 2. UnitOps que calculan flujos como función de la presión.

6.3 ACERCA DEL MODELAMIENTO DE SISTEMAS DE TUBERÍALos sistemas de cálculo de tuberías son usados para calcular flujos y/o

presiones alrededor de una red de tubería conectada al equipo. Típicamente el

usuario tiene un flowsheet de equipo, conexiones y varias restricciones (flujos

de salida limitaciones de presión en el equipo, etc.) pero no tiene todos los

flujos o presiones para el sistema. Usted puede calcular una red de tubería en

un diagrama CHEMCAD. Nuevos modelos en CHEMCAD permites a usted

especificar las variables conocidas y resolver para las variables desconocidas

en un flowsheet.


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La UnitOp NODO, permite a usted especificar la presión en cada lado de una UnitOp y calcular el

caudal como una función de la presión. Como una opción, As anoption,

youmayspecifyonepressure and theflowrate. Cálculos interactivos resolverán para las presiones no

conocidas basado en una presión específica y un caudal. Una serie de UnitOps pueden serconectadas usando varios nodos. El caudal a través de la cadena puede ser especificado como un

punto simple, o calculado basándose en una presión especificada alrededor de una UnitOp. No es

necesario conocer la presión alrededor de todas las UnitOps en la serie.

La Fig. 6-3 muestra una red simple. Existen varias variables de presión y

caudal. Tres de las variables pueden ser especificadas.

Figura 3. Ecuaciones y variables.

6.4 UnitOps PARA REDES DE TUBERÍA

6.4.1 NODO PRESIONLos 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.Una UnitOp NODO

representa un punto en la red de tubería donde un cambio en la presión ocurre debido a cambio

de elevación, flujo a través de la tubería, o flujo a través del equipo que varía la presión (bomba,


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válvula, etc.). Un flowsheet CHEMCAD para una red de tubería usa la UnitOp de tubería para

efectos de la tubería y UnitOps tales como bomba, compresor y válvula de control.

Para diseño de una red de tubería es necesario para determinar la presión entre todas las UnitOpspara calcular la presión como una función del caudal. La UnitOp NODE fija la presión en un lado de

una UnitOp para calcular la presión en función del flujo.La presión en un nodo puede ser

especificada por el usuario o calculada por CHEMCAD. Los flujos entrando y saliendo de un NODO

pueden ser especificados o calculados. Los flujos hacia la UnitOp NODO pueden ser especificados o

calculados como dependiente de las UnitOps adyacentes.La UnitOp NODO establece un valor fijo

en el flowsheet. Para calculos de redes de tubería, hay puntos en el flowsheet donde ya sea la

presión o el flujo es conocido. La UnitOp NODO permite la especificación de la variable conocida y

calcular la variable desconocidaPara entender los conceptos para especificar un nodo, ver un

sistema de dos nodos rodeando una UnitOp. Esto es mostrado en la Fig 6-4

Figura 4. Ecuaciones y variables.

Para el sistema de la Fig 6.4 la presión de entrada (P1), presión de salida (P2) y caudal (F) a través

de la tubería, son las variables. Una simple ecuación define al sistema. La especificación de dos

variables cualquiera permite a CHEMCAD resolver para la tercera variable.Si la presión es

especificada en el primer nodo y en cualquier nodo se especifica el caudal, la presión en el

segundo nodo es variable. 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. La presión

puede variar a cualquier nodo. La presión de una corriente de alimentación o producto de un

caudal conocido puede ser ajustada por nodos adyacentes.En la Fig. 6.4, especificando P1 como

una presión fija especifica la presión de la corriente 1 como P=P1. Si la presión de ambos nodos es

especificada, el caudal a través de la UnitOp es una variable dependiente. La variable caudal puede

ser ya sea la corriente de entrada o la corriente de producto. En la UnitOp NODO especificar la

ubicación donde el caudal es una variable. Use el modo libre salida o libre entrada para

especificar si la entrada o el flujo de la conexión de salida se calcula.


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El modelo tratará en cascada este caudal corriente arriba y corriente debajo de la UnitOp.La

presión de corrientes adjuntas a una UnitOp NODO será determinada para la presión del

nodo. Los caudales a través de una red toda estarán colocados para el caudal calculado a través de

un nodo. Usted puede especificar a N-1 caudales en un flowsheet, donde la N es el total decorrientes de alimentaciones y producto en el flowsheet. El caudal calculado será hecho pasar por

nodos que usan el caudal dependiente.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.

6.5 OPCIONES DE CAUDAL EN UN NODOEl caudal para una corriente de entrada o una corriente de de salida puede ser manipulado por un

nodo. El nodo actúa manipulando el caudal de la UnitOpadyacente.Los trasfondos de presión para

los nodos de cada lado de la UnitOp adyacente contribuyen a la manipulación del caudal.

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. La presión a un lado (del nodo) de la UnitOp debe ser variable. Una excepción

es cuando un nodo actúa como un mezclador o divisor para N corrientes y la única corriente es

variable. En esta situación la presión puede ser fija o variable para ambos nodos.

Fijando el caudal de salida para un nodo especifica el caudal de la corriente hasta el final despuésde la UnitOp. Este trasfondo es similar a fijar la entrada.

El caudal en contracorriente establecido para una entrada es similar a fijar la entrada. El caudal de

la corriente usa el caudal que actualmente almacenó para la corriente de entrada antes que un

valor especificado en el nodo.

Caudal Variable en el Nodo

Usar la entrada libre para un nodo especifica que el caudal de corriente de entrada es una variable

calculada. El nodo manipulará corriente arriba el caudal alimentad para solucionar el sistema. 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.Si el flujo de salida es

especificado, entonces la especificación libre de la alimentación permite calcular la alimentación

para mantener el balance de masa.Solamente una especificación libre de entrada es permitida por

corriente de alimentación.


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La corriente libre de la salida para un nodo es similar a la entrada libre establecida.Usando salida

libre especifica que el caudal de la corriente de producto es una variable calculada. El nodo

manipulará el caudal de la corriente de producto para resolver el sistema. La especificación libre

de salida trabaja mejor en un nodo conectado a una corriente de producto pero este puede sercolocado en otro sitio en el flowsheet.Si el flujo de la entrada para un sistema es

especificado, entonces la especificación libre de la conexión de salida permite calcular el producto

para mantener balance de masa. Solamente una especificación libre es permitida para la corriente

de producto.

Si usted trata de especificar demasiadas salidas libres corrientes de entrada libres,entonces

CHEMCAD emitirá un mensaje de advertencia y volverá a arrancar la lista de requisitos adicional

para establecer el flujo para la UnitOp.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. La UnitOp puede usar el caudal calculado por otra UnitOp.

Limitaciones de Balance de Masa para Cálculos de caudal

Solamente una UnitOp en una rama de la red puede calcular caudal. Si los nodos adyacentes para

una UnitOp ambos usan, flow set byUnitOp y Fixedpressure, el caudal calculado puede ser

utilizado como el caudal en un free inletor free outletnode. Si los nodos son adyacente a una

UnitOp usar flow set byUnitOp, pero no ambos con fijar presión, entonces el caudal a través del

UnitOp está calculado a otro sitio en el flowsheet.

El comportamiento de Flow set byUnitOp depende de las especificaciones del caudal de otros

nodos en la rama.

Para ilustrar, consideramos un sistema de la Fig. 6.5

La entrada para el SEGUNDO NODO es Flow set byUnitOp.

El nodo usará el caudal de la tubería.

Si la corriente del alimentación es fijada en la entrada, entonces éste es el caudal para la tubería.

Si la corriente del alimentación es libre en la entrada y las corrientes del producto son caudales

fijados, entonces el caudal libre de la alimentación de la entrada es establecida por el balance de

masa. La entrada libre es el flujo a través de la tubería. Si la corriente de la alimentación es

entrada libre, entonces una corriente del producto es de salida libre, y ambos nodos tienen

presión fija, la entrada libre y la salida libre son establecidas por el caudal de la tubería. El caudal

de la tubería es establecido por el caudal crítico para la tubería dada con las presiones de la

entrada y salida especificadas.


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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 DIVISORUn 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.


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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


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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


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El caudal es una variable conocida. El caudal se fija como el caudal actual de la corriente

Valor

Especifique un caudal fijo para Fixed mole rate, fixedmassrate, orfixedvolumerate.

Fixedvolumerate especifica la Tasa total Actual de Volumen de la corriente. Las unidades de

ingeniería para el flujo son desplegadas; las unidades del flowsheet de tasa molar, tasa de masa,

y el caudal de líquido son usadas.

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.

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, presión de entrada y salida. La

presión de salida de una tubería conocida es una función de la presión de entrada y del caudal.

Cualquiera de estas dos variables es variable independiente.

Un UnitOp NODO puede usar (o calcular) el caudal desde una tubería adyacente como el caudal

para una corriente conectada al nodo. Use la opción de corriente Flow set by pipe/valve para elnodo.

El uso de SizingOption 5 para una UnitOp de tubería conectada a un nodo crea una variable en la

red de tubería. La variable puede ser el caudal a través de la tubería o la presión a cualquier

extremo de la tubería.

Si el nodo es fixedpressure, la presión del nodo será usada por la presión de la tubería adyacente.

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 a través de la tubería es calculado en base a las

presiones de entrada y salida. Si uno de los nodos en cualquier lado de la tubería es variable

pressure, la presión variable es calculada en base a la presión fijada (desde el otro nodo) y caudal.

El caudal puede ser un valor fijo dado por cualquier nodo, o este puede ser especificado en

cualquier otro lugar en el flowsheet.


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6.8.1 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 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. Use la opción de corriente Flow set by pipe/valve

para el nodo.

El uso del modo de la ecuación característica especifica una incógnita en la red de tubería. La

incógnita puede ser el caudal a través de la tubería o la presión en cualquier lado de la bomba. Elnodo conectado a la bomba actúa como restricción para la incógnita.

6.8.2 VALVULAS Descripción

Existen dos UnitOps que pueden ser usadas para representar válvulas en la simulación de una red

de tubería.

La UnitOp válvula (VALV) permite un cambio arbitrario de presión adiabática entre nodos.

Modos de UNITOP Válvula en Red de Tubería

Use una UnitOp válvula cuando una válvula cambia hacia o desde un nodo de presión variable. La

UnitOp válvula es usada para cambiar la presión de la corriente para alcanzar la presión calculada

por el nodo de presión. La válvula no ajusta caudal a menos que este cerrada. No especifique una

presión de salida para la válvula.

6.8.3 VÁLVULA DE CONTROL Descripción

La válvula de control PID puede ser usada en un modo de control manual en una red de tubería. El

coeficiente de flujo de la válvula (Cv) debe ser especificado. La UnitOp de Válvula de Control

(CVAL) tiene tres modos para control manual.

Modos de Control de Válvula para Red de Tubería


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Modo Fixvalve position and adjustflowrate es usado para calcular el caudal como una función de

Cv, posición de la válvula, presión de entrada, y presión de salida. La corriente después del nodo es

fixed P y free inlet corriente, o variable P y free outlet corriente con entrada flow set byUnitOp.

6.8.4 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, eficiencia, y columna de gas. El caudal volumétrico y la columna

para el compresor son funciones del caudal de masa y la presión de entrada del compresor.

6.8.5 NODO COMO MEZCLADORUn nodo puede ser usado como un mezclador. Las corrientes de entrada al nodo todas tendrán lamisma presión igual a la del nodo. Solamente un caudal de corriente de entrada puede ser free

inlet.

6.8.6 UNITOPS AL ESTADO ESTACIONARIOUnitOps al estado estacionario estable pueden ser usadas en un diagrama de red de tubería. Una

caída de presión constante puede ser introducida para una (no escalar) UnitOp al estado

estacionario. Los nodos adyacentes reconocerán especificaciones de caída de presión en la

UnitOp. Entre dos nodos debe haber un escalador de caudal. Un cambiador de calor y una tubería

pueden estar en medio dos nodos, como el cambiador de calor no calcula caudal como una

función de presión. Una caída de presión constante puede ser especificada para el cambiador de

calor y eso afectará la caída de presión entre los dos nodos. Un cambiador de calor no puede ser la

única UnitOp entre dos nodos, ya el cambiador de calor no tiene efecto sobre presión.

6.9 DIMENSIONAMIENTO DE VALVULAS DE CONTROL Tópicos Cubiertos

Dimensionamiento de Válvulas de Control

Válvula de Control

Uso de Nodos

Establecimiento del Problema

Ejemplo 1


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El ejemplo es para dimensionar una válvula de control para manipular un flujo de 113,000 lb/hr

de Amoniaco Líquido en cada línea proveniente del tanque D-1. Nosotros debemos seleccionar el

tamaño apropiado de las válvulas y luego determinar el porcentaje de abertura para cada válvula

al servicio dado.

Figura 7. Arreglo de válvula de control.

Este ejemplo esta localizado en la carpeta Simuladores de Procesos\ Tutorial

CHEMCAD\Ejemplos\ Tubería\Ejemplo1.

Para dimensionar las válvulas usando CHEMCAD, debemos convertir el problema en una

simulación. Permitiendo que CHEMCAD calcule las propiedades por nosotros, y luego hacer que

CHEMCAD calcule los requerimientos de la válvula.

La Simulación

Para hacer el dimensionamiento inicial, todo lo que nosotros necesitamos son las corrientes conlas propiedades correctas. Esto no es necesario para modelar los tanques:

a) Nuevo trabajo

b) Sistema de unidades: SISTEMA INGLES, (diámetro y espesor en pulgadas)

c) Componenentes y PFD


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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.


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Figura 9. Menú Sizing.

Seleccionamos la corriente 2

Figura 10. Selección de ID.

Aparece el siguiente cuadro de diálogo:


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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.


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CHEMCAD reporta las propiedades de la corriente y los parámetros calculados para la válvula.

Repetimos el procedimiento para la corriente 3. En este caso la presión es 0.2 psig.


Evaluando un Caso

Nuestra siguiente tarea es evaluar estas válvulas en una simulación. Queremos saber cuál es el por

ciento de abertura para estas válvulas en este servicio a 113,000 lb/hr. Desde Que esta tarea

modela el comportamiento de las válvulas de control necesitaremos un flowsheet ligeramente

mayor:


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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, 15 psig.

Figura 15. Parámetros del reactor.

Y la unidad Flash UnitOp # 5 es fijada a -28 grados F, 0 .2 psig.


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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:


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Figura 17. Especificación de la válvula de control.

Ingrese

Valveflowcoefficient de 36,

Downstreampressure a 15 psig,

Flow Manual Control Fixflowrate, adjustvalve position.

Presione OK y aparecerá el siguiente mensaje de advertencia, el cual podemos ignorarlo.

Figura 18. Mensaje de advertencia.

Válvula de control 2 UnitOp# 3 haciendo doble clic en ella. La pantalla de la válvula de control es

mostrada debajo:


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Valveflowcoefficient de 45.

Downstreampressure de 0.2 psig.

Flow Manual Control fixflowrate, adjustvalve position.

Figura 19. Especificaciones válvula de control.

De igual manera que en el caso anterior aparece un mensaje de advertencia

que podemos ignorarlo.



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Efectuar la simulación yendo al menú Run y seleccionando Run All. Apareciendo los dos mensajes

de advertencia anteriores los cuales lo podemos ignorar.


Para visualizar sus resultados, ir a al menú Results, y seleccionar las UnitOp’s. Usted deberá ver

este diálogo preguntando por cual UnitOps quiere ver:



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Figura 23. Referencias.


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6.10 CAUDAL COMO FUNCIÓN DE PRESIÓNEn simulaciones típicas en CHEMCAD la información fluye en una dirección: en sentido de lacorriente. Condiciones arriba de la corriente determinan las condiciones de la corriente. En la

mayoría de las simulaciones simplemente establezca las condiciones de las corrientes de

alimentación. Las caída de presión son calculadas ya sea en base al flujo o especificadas en las

UnitOps. Las presiones corrientes abajo, presiones, etc., son calculados cuando se efectúa la

simulación.

Para simulaciones de tubería, el flujo y la presión son dependientes uno del otro. La contrapresión

sobre válvulas, tubería y otras UnitOps afectan al caudal a través de la válvula. De otro modo, el

caudal a través de una válvula (o tubería o bomba) determina la presión corriente abajo.

En los modelos de flujo la válvula de control se clasifica según el tamaño modelo, algunas veces

es útil para permitir que el caudal cambie como una función de la presión.

Ejemplo 2

Por ejemplo, asuma que una perturbación de proceso causada por la presión en el tanque D-2

para elevarse de 15 psig a 30 psig.

¿Asumiendo que la posición de la válvula no se altera, cual es el nuevo caudal desde D-1?



CHEMCAD\Ejemplos\ Tubería\Ejemplo1.


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En orden a responder esta pregunta, necesitamos introducir a UnitOp especial llamada nodo. Un

nodo es un punto en la simulación que tiene una presión, flujo entra y sale. La unidad nodo crea

una red, resolviendo para caudales a cada punto basado en las presiones fijadas. Los nodos son

colocados en el diagrama antes de las válvulas de control. Para nuestro sistema, el flowsheet esmodificado y mostrado a continuación:


La función del divisor (para dividir el flujo de entrada) es ahora manipulada por el NODO #1. El

nodo balanceará los flujos de tal manera que todas las corrientes entrando y saliendo del nodo

están a la misma presión.

Los nodos son también colocados entre los tanques flash y las válvulas de control. En los nodos

podemos fijar las presiones, 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:


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Figura 28. Especificaciones NODO.

Estamos asumiendo que la presión en este nodo es fijada a 225 psig. El flujo de entrada es puesto

a Free inletstream y las dos corrientes de salida son dadas como Flow set by pipe/valve. El flujo

entrando a cada Válvula de Control será determinado por la válvula de control Cv posición de

abertura de la válvula, y la diferencia de presión a través de la válvula.

Las otras dos UnitOps NODE son dadas de igual manera.

Figura 29. Especificaciones NODO.


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La presión se fija en 30 psig para el NODE #6, 0.2 psig para el NODE #7. El flujo entrando al nodo

es controlado por la válvula de control (Flow set by Pipe/valve), el flujo saliendo es un FreeOutletStream.

Figura 30. Presión en el NODO.

Las válvulas de control necesitan ser cambiadas para fijar la posición de la válvula; y calcular el

caudal. Para válvula 2 (Borramos la DownstreamPressure). Necesitamos dar el Valvemode para

cada válvula como Fixvalve position, adjustflowrate en orden a cambiar el caudal.


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Figura 31. Especificaciones de la valvula.


Y para la válvula 3:


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Figura 34. Especificaciones de la válvula.


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Ahora podemos efectuar la simulación. Ir al menú Run, seleccionar Run All. Podemos ver las

corrientes alrededor del NODE #1 haciendo clic-derecho sobre el nodo y seleccionando View

streamcompositions del menú. Aparece el siguiente reporte:


6.11 SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE BOMBEOEjemplo 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), hacia una torre de absorción. El nivel de liquido en el tanque se encuentra a 7,0 m (19,7

pies) sobre el eje de la bomba, el caudal es de 20,0 m3/h (88 gpm).

La conexión de entrada del agua en el tope de la torre se halla a 20,0 m (65,6 pies) sobre el nivel

del eje de la bomba.

La línea de succión consiste de tubería de acero estándar de 2" (5,08 cm) de diámetro nominal,

No. de cédula 40S y 40,0 m (131,2 pies) de longitud, posee 4 codos estándar y una válvula de

compuerta ("gate") abierta.


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La línea de descarga también es de acero estándar de 2" (5,08 cm) de diámetro nominal, No. de

cédula 40S y 60,0 m (198,6 pies) de longitud, tiene 2 codos estándar, 2 T usadas como codo y una

válvula de control, la presión manométrica en la torre de absorción es de 137,9 kPa (20 psig).

b) Confección del diagrama de flujo

1. Abrir CHEMCAD

2. Seleccionar Nuevo trabajo

3. Hacer el diagrama de flujo y guardarlo con el nombre de SISBOMBEO

4. Seleccionar Pipe Simulator

Figura 36. Selección de equipo.

5. Colocar la alimentación, el producto y las líneas de corriente, con lo cual se tiene:

Figura 37.Flowsheet.


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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

Water: 20000 kg/h

1. 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 + 14.7 = 34.7 psia (sin usar válvula de control)

Water: 20000 kg/h

h) Especificaciones del Simulador de tubería 1


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Pipe Sizing and Rating (PIPE)

Method (fluid flow):

4. Water (Hazen-Williams)

SizingOption

Rating (default). El usuario debe ingresar el tamaño de la tubería

Design Single phaseflow. El programa selecciona el tamaño de la tubería

C factor: Factor usado en le Ec. de Hazen-William. El valor por defecto es 120. El usuario puede

especificar este valor para el Method 4: Hazen-Williams.

Pipe diameter: Diámetro nominal de la tubería (Cuando se selecciona la SizingOptión 0).Ingresamos 2 “

DP/100 ft. (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 0.00015 feet. El usuario puede sobrescribir este valor si desea.

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.


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Figura 38. Pipe sizing.



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Recomendable correr esta unidad para tener una idea de la caída de presión y verificar la corriente

2.

Figura 41. Verificación de la corriente 2.

Vemos que la presión con la que llega a la Bomba es de 5.28 psia


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(En caso contrario especificar corriente 2)

Simulador de tubería 2

Figura 42. PIpesizing.


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Bomba1

La presión de salida de la bomba debe ser mayor que la presión de salida del sistema paracompensar las pérdidas de presión en el lado de la succión. Especificamos una Presión de salida de

90 psia como un primer intento, una eficiencia de 70 %.


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Figura 44. Especificaciones de la bomba.

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, lo cual quiere decir que hay una caída de presión de:

90 – 41.15 = 48.85 psia

Por lo tanto debemos especificar una presión de salida de la bomba de: 34.7 + 48.85 = 83.55 psia

Simulamos todo el sistema y verificamos la Presión de salida en la corriente 4.


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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.


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USO DE CONTROLADORESAhora usamos un controlador para ajustar la presión en la bomba hasta obtener la presión de

salida deseada

1. Modificamos el diagrama de flujo agregándole un controlador


2. Especificamos la bomba dejando en blanco el espacio para la presión.


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Figura 49. Especificaciones para la bomba.

Al hacer OK hay un mensaje de advertencia que podemos ignorar

3. Especificamos el controlador: Especificar el Controllermode como un

feedbackcontroller. Ajustar la presión de salida de la bomba hasta que la

presión de la corriente 4 sea igual a un valor constante de 34.7 psia.

Cuando usted finalice, la pantalla del controlador mostrará lo siguiente:


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Figura 50. Especificaciones del controlador.

Luego correr el programa y ver los resultados.



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DIMENSIONAMIENTO DE TUBERÍA Y USO DE VÁLVULA DE CONTROL1. Agregamos la válvula de control a la corriente en el lado de la descarga.


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2. Determinamos el tamaño de tubería 1: Zizing/Pipes.

Figura 54. Especificaciones de la tubería.


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2. Dimensionamos el medidor de orificio: Zizing/Orifice.

Seleccionamos Corriente: 4


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Figura 56. Medidor de orificio.


3. Válvula de control: Damos una caída de presión de 10 psia.


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Figura 58. Válvula de control.


4. Especificamos la válvula de control: colocamos 50 % abierta.


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5. Volvemos a especificar el controlador.


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Efectuar la simulación y comparar la potencia requerida sin Válvula y la necesaria con Válvula de

control.

INGRESO DE CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBAVolvemos a la Figura 1:

Figura 62.Flowsheet.

Ingresamos la curva característica de la bomba:


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ΔP = a - b*Q2: psi

a = 75 Psi

Q = 0.0016 psi/(gpm)2


Efectuamos la simulación.

Con esta bomba solamente podemos alcanzar una presión en la salida de 18.98 psia.

Debemos de probar con una bomba más grande.


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Reemplazando el diámetro correcto de 3 pulg en los simuladores de tubería y efectuando a

simulación, se tiene que con la bomba propuesta se puede alcanzar 49.52 paia en la descarga y un

consumo de 4.6021 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


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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.

La presión de entrada es dada como 20 psia, la de salida debe ser no menor que 20 psia. El

sistema de tubería y sus elementos individuales deben ser dimensionados para condiciones dediseño y luego evaluadas a condiciones de operación. Nuestra meta es determinar la NPSHa y los

requerimientos de columna para selección futura de la bomba.

Figura 65. Sistemas de tuberías.

Este ejemplo está en Simuladores de Procesos\Tutorial\CHEMCAD\Ejemplos\ Bombas2.

CREANDO LA SIMULACION

1) Convertir la tubería isométrica aun flowsheet CHEMCAD. UnitOps de

tubería son usadas para representar secciones enteras de tubería

incluyendo accesorios:


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Fijar unidades, (SISTEMA INGLES, Tiempo en Minutos) establecer el flujo total en gpm. Fijar la lista

de componentes y las condiciones de la corriente 1:

Figura 67. 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, a 70 F.


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Figura 68. 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, esto requiere hacer solamente un cálculo para el lado de la

descarga. Como un método corto, use 1 tamaño mayor de tubería en el lado de la succión de la

bomba.

Figura 69. Tamaño de tubería.


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Al hacer clic en OK aparece los valores calculados:


El programa Recomienda un Tamaño de 3.0 pulgadas de Diámetro Nominal


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Figura 71. Recomendación del programa.

Seleccionamos tubo de 3 1/2 " cuyo Diámetro interior es: 3.548 pulg.

4) Tamaño del Medidor de Orificio (Sizingmenu>Orifice) en el lado de descarga de la bomba.

Figura 72. Menú oificesizing.


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Use 120 gpm, el tamaño de tubería determinado en el paso 2 anterior, la opción D and D/2 y

presión diferencial de 100 pulgadas de agua.

Figura 73. Orificesizing.

Al hacer clic en OK aparecen los valores calculados:



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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.

5) Dimensionamiento de la Válvula de Control (Sizingmenu>Control valve) usando:

DownstreamPressure 15 psia

Opción: Single seat (de asiento simple)

Figura 75. Control valve.

Como la corriente #1está a 20 psia, simplemente estamos calculando una válvula de control para

darnos una caída de presión de 5 psi.


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Figura 76. Referencias.

6) Ingrese el coeficiente de flujo de la válvula Cv, del reporte de dimensionamiento, fijar la

posición de la válvula a 50% abierta, y fijar Valvemode a Fixflow, valve position, calculatePout.

Figura 77. Control valve.


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7) Asuma una caída de presión en el intercambiador de 2 psi. Fijar la temperatura de salida en 140

ºF.

Figura 78. Condiciones intercambiador de calor.

8) Tabular las válvulas, accesorios, longitudes de tubería, y cargas de elevación de cada sección de

tubería. Todas las tuberías usarán el método Single phase, y el modo deberá ser fijado en rating.

Usaremos ajustes uniones bridadas.

Pipe #1

35 feetpiping

-8 footelevationchange

2 ballvalve

4 stdelbow 90 degree

1 tee, flowthroughbranch

1 entrance, wellrounded


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Pipe #2 (before control valve)

14 feetpiping

14 footelevationchange

2 ballvalves

1 swing checkvalve, clearaway

2 tee, flowthrough run

1 orificeplate (as determinedabove)



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Figura 83.Especificaciones de la tubería.


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Además

Pipe #3 (after control valve)

24 feetpiping


2 ballvalve


3 Stdelbow 90 degree

1 exitfrom pipe

Pipe #4 (after E-1515)

157 feetpiping

5 foot net elevationchange

1 Ballvalve


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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. Verificar la presión de salida calculada, Podemos iterar para encontrar la

columna de la bomba requerida.


Podemos ver que con una presión de descarga de la bomba de 61.5 psi, la presión de salida del

sistema es 20.32 psi (cercano al valor especificado).

EJEMPLO 5USO DE CONTROLADORES

Al cambiar manualmente la presión de la conexión de salida de la bomba nos traerá donde

necesitamos estar, es más fácil dejar que el programa haga el trabajo. Vamos a usar una UnitOp

llamada un controlador de retroalimentación (CONT) para ajustar esta presión por nosotros.

Un controlador Feedback en CHEMCAD no tiene nada que ver con válvulas de control de proceso o

ajustes PID. En un modelo CHEMCAD el modelo es de estado estable, cuando usamos el término

“control de retroalimentación” hablamos de un controlador matemático. Es una herramienta de

matemáticas usada para ajustar una variable en un flowsheet hasta que un valor cumple nuestro

valor especificado.


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Cambie el flowsheet para incluir un controlador de retroalimentación ajusto antes de la flecha de

producto.


Especificar el Controllermode como un feedbackcontroller. 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. Cuando

usted finalice, la pantalla del controlador mostrará lo siguiente:



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Cuando usted efectué la simulación, 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.Nosotros ahora conocemos los requerimientos de columna para nuestra bomba.


6.12 Columna de Succión Positiva Neta Disponible (NPSHA)NPSH es la Columna de Succión Positiva Neta, 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. Es a menudo

reportada en pies de fluido que se está bombeando o pies de agua.

Cada bomba tiene un requerimiento específico de NPSH (NPSHr) a una velocidad de operación

dada. Para conseguir una operación segura la NPSH disponible (NPSHa) debe ser mayor que la

NPSHr. En caso contrario, se puede producir la cavitación y fallas en el servicio.


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Calcular NPSHa. Para versiones 5.4 para adelante, calcular la columna de succión positiva neta en

CHEMCAD es una tarea fácil.

Abrir el diálogo con la bomba y colocar un checkmark donde dice Checkhere to CalculateNPSHa.

Correr nuevamente la simulación, y aparecerá la NPSHa calculada.

Es importante que para calcular la NPSHa debe ser correctamente especificada la tubería de

entrada a la bomba. Si la tubería no es correcta, entonces la presión a la entrada de la bomba

puede no ser correcta, y la NPSHa puede no ser correcta.

6.13 FLUJO BIFURCADOEjemplo 5: Flujo Bifurcado

Tópicos Cubiertos

UnitOp Nodo

Red de Tuberias

Criterio de selección de la Bomba

Curvas de Operación de la UnitOp Bomba


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Establecimiento del problema

El sistema de tubería de la sección previa ha sido cambiado. Debido a la bifurcación del flujo hacia

dos intercambiadores de calor, El problema no es tan simple ahora.

Figura 90. Arreglo de tuberías.

Este ejemplo esta en Simuladores de Procesos\Tutorial\CHEMCAD\Ejemplos\ Bombas4.

El flujo bifurcado es un problema difícil para resolver usando nuestra aproximación de

controlador. Los dos intercambiadores tienen diferente tubería, las cuales dan diferentes

caudales. Lo que necesitamos es una aproximación donde dividamos y recombinemos los flujos, y

hacer que la simulación calcule la presión y caudales en una manera iterativa. La UnitOp “Node”

da esta flexibilidad.

Un nodo es un punto donde la presión es uniforme. Puede haber múltiples entradas y salidas. Los

flujos para cada corriente serán balanceados por CHEMCAD para alcanzar una presión uniforme.

La presión puede ser especificada o permitida a variar.

Creando la simulación

1. Convertir los dibujos isométricos de tubería a un diagrama de flujo

CHEMCAD.


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Figura 91, Flowsheet.

2. UnitOps Pipe (Tubería) son usadas para representar secciones enteras de

tubería, incluyendo accesorios. UnitOps NODE son colocadas donde la

presión o caudal son desconocidos.3. Medidor de orificio: En corriente 7.

Figura 92, Medidor de orificio.


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4. Válvula de control como se ha visto en los ejemplos anteriores: Tomando

datos de corriente 1.



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Luego dimensionando la válvula a 50 % abierta.


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5. Asuma una caída de presión a través de cada intercambiador de 2 psi. Con

esto la especificación de los intercambiadores será:


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Figura 97. Especificaciones intercambiador de calor.

6. Tabular las válvulas, accesorios, longitudes de tubería y cambios deelevación para cada sección de tubería. Usaremos uniones completamente

bridadas.

En todas usar:

Method: 2 Single phaseflow

SizingOption: 5 Givensize, Pin and PoutCalcflowrate

Thermalmode: Adiabatic

Pipe diameter: 3.548 pulg

Pipe schedule: 40


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Además los datos de longitud y accesorios para cada UnitOp tubería

5.1 Tubería: UnitOP 1

1 entrance, wellrounded

2 ballvalve



35 feetpiping

5.2 Tubería: UnitOp 4 (Antes de la válvula de Control)

1 swing checkvalve, clearaway

2 ballvalves


1 orificeplate (as determinedabove)


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14 feetpiping


5.3 Tubería: UnitOp 8 (Después de la válvula de control:)

1 ballvalve


2 Stdelbow 90 degree

10 feetpiping

5.4 Tubería: UnitOp 10 (Al intercambiador superior)


1 ballvalve

1 exitfrom pipe


24 feetpiping

5.5 Tubería: UnitOp 13 (Después del intercambiador superior)

1 ballvalve

1 wellroundedentrance



30 feetpiping

4.6 Tubería: UnitOp 14 (Al intercambiador inferior)

1 ballvalve

1 exitfrom pipe

1 teeflowthrough run


14 feetpiping

5.7 Tubería: UnitOp 17 (Después del intercambiador inferior)


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1 ballvalve

1 wellroundedentrance 1 teeflowthrough run

10 feetpiping

5.8 Tubería: UnitOp 19 (Salida del sistema)


1 exitfrom pipe

147 feetpiping

7. Bomba – En este momento no conocemos las especificaciones de la

bomba, de tal manera que estableceremos para la bomba

“SpecifyOutletPressure” y dejaremos en blanco la especificación para la

presión. Las UnitOps NODE calculan para los incrementos de presión, y

fijan la presión de salida adecuadamente.


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Fijar los nodos con la información adecuada

Node 3

Mode: Variable pressure

Inletstreams. 4 stream: flow set by pipe/valve

OutletStreams. 5 stream: flow set by pipe/valve

Elevation = 20 feet

Node 5


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OutletStreams. 7 stream: flow set by pipe/valve Elevation = 34 feet

Node 7


Inletstreams. 8 stream: flow set by pipe/valv


Elevation = 34 feet

Node 9




9 stream: flow set by pipe/valve

Elevation = 34 feet

Node 12




Elevation = 50 feet.

Node 16






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Node 18



20 stream: flow set by pipe/valve



Node 20 (Último nodo)

Mode: Fixedpressure

Pressure at node: 20 psia


OutletStreams. 14 stream: Free outletstream


Efectuando la simulación

Para efectuar la simulación, presionar el Run All o ir a R en el meú Run, y seleccionar Run All.

Si la simulación no converge, verificar todos los valores ingresados y correr nuevamente. La

simulación puede ser sensible a estimados iniciales y ajustes min/max en los nodos. Laconvergencia es también un proceso iterativo, de esta manera usted puede necesitar incrementar

el número máximo de iteraciones para un flowsheet dado.

Cambiamos el número máximo de Iteraciones a 100 y Corremos el programa.

Los resultados son los siguientes:


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Luego de efectuada la simulación, verificar el incremento de presión en la UnitOp’sPump. Esto nos

da los requerimientos de columna de nuestra bomba. Usando esta información y nuestro caudal

de (120 gpm) podemos consultar un manual de bombas para determinar el tamaño correcto de la

bomba.

Ejemplo 6Enunciado del problema:


Figura 101. Fowsheet.


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En la red de tubería anterior, Agua (water) a 77F y 14.7 psi es alimentada a 2509 lbmol/h a una

bomba cuya ecuación característica es mostrada a continuación:

Figura 102. Ecuación para el arreglo.

Las secciones de tubería A, B y C son hechas de acero comercial número de cédula 40, los

parámetros de la línea de tubería y elevaciones son mostrados a continuación:

Figura 103. Parámetros de la línea de tubería.

Si la presión en la entrada de los dos tanques de descarga (nodos 4 y 5 en el diagrama anterior) es

14.7 psi, reportar los flujos y presiones en cada uno de los 5 nodos usando una simulación en

CHEMCAD.

Procedimiento:

Paso 1: Crear el flowsheet.


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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, Pressure=14.7 psi, waterflowrate=2509 lbmol/h, dado en el enunciado del

problema. Clic en Flash Para obtener la entalpía de la corriente y fracción de vapor en la

alimentación a condiciones de alimentación.


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Figura 105. Composiciones de entrada.Paso 4: Especificaciones de la bomba

En la página de especificaciones, seleccionar Entercharacteristiceqnformode. Seleccionar psia

para Pressureunits y gpm para liq. vol. rateunits. Ingresar 72 para A y 0.0042 para B. Eficiencia

puede ser dejada en blanco ya que esta información no es dada en el enunciado del problema. (el

valor por defecto para la eficiencia es 100%). Clic en OK para continuar.


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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:

Method: Seleccione la opción 2, Single phaseflow

Sizingoption: Seleccione la opción 5, Givensize, Pin and Pout, calcflowrate


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Pipe Diameter: Convertir el diámetro dado para la Tubería usando F6 y luego ingrese este valor en

el campo correspondiente (0.256 ft)

Pipe Schedule: Ingrese 40

Pipe Length: Ingrese 80 ft

Elevationchange: Dejar en blanco, CHEMCAD calculará esto automáticamente basándose en las

especificaciones dadas en los nodes.

Roughness factor: Dejar en blanco

Pipe Material: Seleccione commercialsteel (opción disponible en versión 5.3)

Clic sobre OK para continuar.


De manera similar, completar el paso 5 para tuberías B y C.


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Paso 6: Especificaciones para Nodos

Hay cinco nodos en nuestro flowsheet, las especificaciones de cada uno de los cinco son diferentes

y dependientes de las dos unitops a las que está conectado. Usualmente, cuando los nodos están

en medio del flowsheet, es preferido Flow set byunitop como la flowrateoptions. Cuando el nodo

está al comienzo o al final de la línea de flujo, se puede seleccionar Free inletstream y Free

outletstream respectivamente. Si el flujo de entrada al nodo es el mismo que el de salida de la

UnitOp previa, se prefiere Use currentstreamrate. Para mayor información consultar la ayuda.

Proporcionar 0.001 psi y 100 psi como los límites mínimo y máximo para la presión cuando sea

aplicable. Proporcionando límites máximo y mínimo se aceleran los cálculos. Sin embargo, esta es

una entrada opcional y puede dejarse en blanco.

Primer nodo (UnitOp 1 en el flowsheet):


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Figura 109. Especificaciones para el NODO.

6.15 BOMBEO DE GASESEstaciones 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. El propósito de la estación del compresión es devolver la presión del gas a la

presión de operación máxima.

Las descripciones de la configuración general de una estación de compresión con sistema de

refrigeración de propano, acondicionamiento de combustible, consumo de potencia en una

estación de compresión, y otras facilidades son contenidas en las siguientes secciones.

Diseño conceptual de estaciones de compresión

Dependiendo del modo de operación de la tubería, 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. La simulación Térmica-Hidráulica de la tubería es necesaria


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para determinar las cargas estacionales de refrigerante desde la operación tanto de la compresión

del gas y el sistema de refrigeración variará estacionalmente. La carga de refrigerante será más

grande durante los períodos más calientes del año y las cargas mínimas (o sin refrigerante)

durante el invierno.

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. 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.

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

1,515 psia, y luego es comprimido hasta 2,530 psia. 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. El gas será comprimido hasta 2,530

psia para permitir una caída de presión de 15 psi a través del enfriador y la tubería de la estación

de descarga. 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).


La temperatura del gas en la descarga del compresor (etiquetada “Descarga de Gas” en la f igura)

variará dependiendo de la eficiencia del compresor, la razón de presionesde descarga y succión, 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


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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 vaporizado (“C3_del enfriador”) es comprimido hasta la presión necesaria paracondensarlo usando aire a la temperatura ambiente como medio de enfriamiento (“C3_salida

compresor”). 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. 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.

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"). Típicamente, 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 ejemplo, enfriando el gas de

la línea de tubería hasta 28 ºF se requerirá que el refrigerante sea mantenido a 23 ºF. Hay una

presión única a la cual el refrigerante propano hervirá a 23 ºF, por lo tanto fijando la temperatura

del refrigerante también se establece la presión de operación en el lado del refrigerante en el

enfriador. La presión de evaporación del refrigerante en el enfriador es aproximadamente 57 psia.

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”). 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.

Estos condensadores son tipicamente especificados basados en una diferencia de 15 a 20 ºF, o

“aproximación,” entre la temperatura del aire ambiente y el refrigerante condensado.

La presión a la cual los vapores de refrigerante deben ser comprimidos es en razón ser

condensado ante incrementos de temperatura del aire ambiente. Las cargas de refrigerante en

este estudio se basan en una temperatura ambiental de aire de 70 ºF, una aproximación de

temperaturas en el condensador de 20 ºF, y por lo tanto una temperatura de condensación de

refrigerante de 90 º F. Basado en la composición de refrigerante asumida en este estudio, el

refrigerante enteramente se condensará a un líquido a 90 º F y una presión de aproximadamente

179 psia. Se había asumido que habría una caída de presión 10 psi a través del condensador de

refrigerante enfriado por aire, así el vapor de refrigerante saliendo del enfriador a 57 psia debe sercomprimido hasta aproximadamente 189 psia en orden a que el refrigerante sea condensado a 90

ºF.

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, y correspondientemente una menor presión que durante el

verano. La presión de operación en el lado del refrigerante en el enfriador, sin embargo no


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cambiará estacionalmente, a medida que que la temperatura dada del gas de descarga reentrando

a la línea de tubería permanezca a 28 ºF. La presión diferencial entre la succión y la descarga del

compresor de refrigerante disminuirá durante el invierno, por consiguiente reduciendo la carga en

el compresor de refrigerante y el consumo de combustible.

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. 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. 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.

La simulación del sistema de refrigeración fue ajustada para determinar la potencia de operación

(Hp) a 27 ºF de temperatura del aire del ambiente, el cual es el promedio anual de temperatura.

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). 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.

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. 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 distribución conceptual de una estación de compresión "típica" con refrigeración es mostrada

en la Figura 5.2. El propósito es mostrar la configuración general de un estación de compresión

típica.

1 milla 5280 pies

Requerimientos de potencia

Los requerimientos de potencia en la estación de compresión consiste en la compresión del gas,

compresión del refrigerante y generación de potencia para utilitarios. 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.


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Cálculos hidráulicos de la línea de tubería

El modelo propuesto consiste de un segmento de tubería, una válvula, y un compresor de gas. Las

condiciones del gas a la entrada de la línea se han establecido en 28 ºF y 2,515 psia (2,500 psig)para todas las corridas hidráulicas.

1. Tomamos la mezcla del Escenario 3 del ejemplo anterior: tomamos las

composiciones dadas en el ejemplo anterior.

Figura 111. Composiciones.

2. Confeccionamos el diagrama de flujo mostrado en la figura2.


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Figura 112. Flowsheet,

3. Especificamos las características del segmento de tubería


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Longitud del segmento: 150 Millas

1 milla 5280 pies

4. Mediante un análisis de sensibilidad determinamos el flujo de gas necesario para obtener una

presión de 1,515 psia en la descarga del segmento de tubería. Esto determina el máximo flujo a

través de la tubería como una función de la distancia entre estaciones de compresión.

El flujo de gas debe ser de 701 MMscfd.

Fijamos la temperatura de entrada: 28 ºF.

Presión de entrada al segmento: 2515 psia.


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Figura 114. 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 1,515 psia a la salida del segmento.

Una presión máxima de operación (MOP) de 2,515 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

1,515 psia se habia seleccionado para evitar el área de dos fases sobre la envolvente para la

mezcla del escenario 3 del ejemplo anterior.

4. 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.


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5. Especificación del compresor.- 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 (modeladoseparadamente).

Una eficiencia promedio del compresor de 77.5 por ciento (adiabatica) fue usada para los cálculos

de compresión del gas.


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Figura 116. Especificaciones del compresor.

Simulamos el proceso y tenemos las propiedades de las corrientes.


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Y las características de compresor.


Predicción de la formación de hidratosEjemplo: Petrotech – Gas


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Figura 119. Menú Hydrates.

Figura 120. Selección de UnitOp ID.


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Figura 122. Hydrateoptions.

unidad 6 chemcad

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