En esta oportunidad me place continuar con el mundo de la ingeniería y análisis de procesos industriales mediante el uso de herramientas computacionales que forman parte de la evaluación y modelaje virtual de los procedimientos en cualquier ámbito industrial, esto a través del simulador de procesos PRO/II.
Nivel intermedio
El objetivo de esta guía será aprender los fundamentos básicos, intermedios y avanzados necesarios para la realización de simulaciones de procesos con PRO/II.
Esto va dirigido a:
- Estudiantes e ingenieros que pudiesen usar PRO/II en su trabajo diario.
- Ingenieros de Procesos que hagan diseño de proceso, proyectos y estudios de optimización de procesos.
- Ingenieros de Planta que realicen evaluaciones de su planta bajo diferentes condiciones de operación.
- Ingenieros de Investigación y Desarrollo y Científicos que utilicen PRO/II para síntesis de procesos.
Esta serie de guías estará dividida en tres niveles:
Básico: 1 y 2
Intermedio
Avanzado
Tabla de contenido
- Compresores
- Expansores
- Bombas
- Tuberías
- Intercambiador de calor simple
- Envolvente de fase
- Equilibrio binario líquido-vapor
- Estudio de caso
- Controlador
- Optimizador
- Columnas de destilación
1. Compresores
Estas unidades permiten incrementar la presión de un gas. En PRO/II se pueden simular estas unidades, caraterizando complemente las corrientes de entrada y estableciendo dos propiedades en el equipo.
Estas propiedades podrían ser las siguientes:
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Los compresores pueden ser definidos mediante curvas de cabezal, trabajo, eficiencia vs. flujo, suministradas por los fabricantes de las unidades
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También es posible la colocación de enfriadores después del proceso de cpmpresión (after cooler)
2. Expansores
Estas unidades permiten disminuir la presión de un gas, también conocidos como turbinas. En PRO/II se pueden simular estas unidades caracterizando completamente las corrientes de entrada y estableciendo dos propiedades en el equipo.
3. Bombas
Estas unidades son utilizadas para incrementar la presión de corrientes líquidas. En PRO/II se pueden simular estas unidades caracterizando completamente las corrientes de entrada y estableciendo dos propiedades en el equipo.
Ejercicio de ejemplo
Una corriente de agua de 400 GPM a condiciones ambientales es succionada por una bomba y llevada a una presión de 200 psia. Determine la potencia requerida por la bomba.
Respuesta
4. Tuberías
PRO/II permite la simulación de tuberías bajo la forma de tres modalidades de cálculos. Cuando se fija el diámetro de la tubería para calcular la caída de presión se deben llenar los renglones line/fitting data y heat transfer. Cuando se realiza dimensionamiento de tuberías, adicionalmente se debe llenar el renglón line sizing data.
5. Intercambiador de calor simple
Mediante esta operación se puede simular un intercambiador de calor sencillo donde se puede calentar o enfriar una corriente sin necesidad de definir una segunda corriente.
Para ello debe seleccionar si la corriente definida representa el lado caliente o lado frío del intercambiador de calor y posteriormente debe suministrarle alguna especificación. Las más comunes son la temperatura de salida de la corriente o el calor que se transfiere en el equipo.
También se puede simular el intercambiador con las dos corrientes de alimentación, pero sin necesidad de colocar los detalles geométricos y de configuración del equipo. Para ello se deben definir totalmente las corrientes de entrada y darle valor a alguna de las especificaciones disponibles.
El simulador ofrece la posibilidad de seleccionar si el equipo trabaja en contracorriente o en co-corriente. También se puede definir el número de pasos que tiene por cada lado.
6. Envolvente de fase
Este módulo genera envolventes de corrientes multicomponentes. Los cálculos están limitados a los modelos termodinámicos de Soave-Redlich-Kwong y Peng-Robinson, y funciona mejor para mezclas de hidrocarburos no polares. Para hacer uso de esta herramienta se puede hacer clic sobre el ícono representativo en la barra de herramientas o desde la paleta PFD, haciendo clic en la opción Utilities y luego sobre Phase Envelope.
7. Equilibrio binario líquido-vapor
El módulo de datos binarios VLE/VLLE puede ser usado para cualquier par de componentes. Esta operación genera tablas y gráficas de K y coeficientes de fugacidad en función de la composición del vapor y líquido a una temperatura o presión específica.
Para obtener las gráficas sólo debe hacer clic en el botón Calculate
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8. Estudio de caso
El estudio de caso puede ser seleccionado desd eel menú input/casestudy data. Estaherramienta es sumamente útil porque permite seleccionar un parámetro y hacerlo variar durante un número de ciclos, indicando el valor inicial y el tamaño del paso o variación del parámetro para obtener un resultado basado en una variable seleccionada por el usuario.
9. Controlador
El controlador de PRO/II permite especificar un valor deseado en un parámetro de una corriente u operación unitaria, denominado specification variable, y alcanzarlo en la convergencia de la simulación mediante la variación de otro parámetro, denominado control variable. La variable control será variada por el controlador y no podrá ser modificada ni fijada por ninguna otra operación unitaria. Cada controlador requiere una variable de especificación y una variable de control. La especificación es encontrada o satisfecha cuando PRO/II encuentra una solución para la simulación variando la variable control hasta alcanzar el valor deseado. Para hacer uso de esta herramienta se selecciona desde la paleta PFD la opción Utilities y luego Controller.
10. Optimizador
Esta operación maximiza o minimiza una función objetivo mediante la variación de una o más variables del flowsheet. Para hacer uso de esta herramienta se selecciona desde la paleta PFD la opción Utilities y luego Optimizer. La función objetivo puede ser un criterio operacional, tal como el recobro máximo o pérdida mínima o un criterio económico, tal como una máxima ganancia o costo mínimo. Se puede especificar solo una función objetivo. Para optimizar una función económica, se debe incluir un calcular para definir la ganancia o el costo. De esta manera el optimizador poder ser utilizado para maximizar o minimizar el resultado del calculador. Opcionalmente, se puede definir una o más especificaciones.
11. Columnas de destilación
PRO/II permite la simulación de columnas de destilación, la operación Destillation permite recrear con o sin condensador o rehervidor.
- Para simular una columna convencional se debe tildar la opción del condensador y rehervidor.
- Para una columna de enriquecimiento se deselecciona el rehervidor.
- Para una columna de agotamiento se deselecciona el condensador.
- Para una columna de absorción se deselecciona tanto el condensador como el rehervidor.
- Para columnas de extracción líquido-líquido se debe seleccionar en el renglón del algoritmo la opción liquid-liquid.
En general, es necesario introducir un perfil de presión, alimentaciones y productos, y especificaciones de la columna o de sus corrientes de salida.
PRO/II también ofrece la posibilidad de diseñar columnas de destilación a través del método short cut, donde se puede determinar la relación de reflujo para separar una mezcla determinada, el número de etapas teóricas mínimas y el plato óptimo de alimentación. Para ello es necesario definir algunos parámetros, tales como el tipo de condensador, factor multiplicador del reflujo mínimo, componente clave liviano y componente clave pesado, dos especificaciones de pureza y flujos estimados de los productos con sus respectivas presiones de salida o caídas de presión.
También existe la posibilidad de simular columnas de destilación laterales que complementan as columnas de destilación convencionales.
Las imágenes usadas en el post fueron creadas por el usuario y tomadas directamente desde el simulador PRO/II versión 9.0
REFERENCIA
- SimSci-Esscor® PRO/II™ 9.0 Getting Started Guide
"Saber y saberlo demostrar es valer dos veces"
Baltasar Gracián
Baltasar Gracián