Este documento describe diferentes equipos de transferencia de calor como intercambiadores de coraza y tubos, enfriadores, calentadores, air coolers, bombas y compresores. Incluye ejemplos de cómo modelar estos equipos en Hysys para calcular propiedades de salida, coeficientes de transferencia de calor y energía requerida para cambiar la temperatura de corrientes.

1. DISEÑO DE PROCESOS
PRÁCTICAS DE HYSYS 1
ADRIANA ARISTIZÁBAL

2. 6. EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Los equipos de transferencia de calor en Hysys son:

3. • En la paleta de objetos los iconos son:

4. 6.1 Intercambiador de Coraza y Tubos
Ejercicio 30:
Se desea enfriar 50000 kg/h de Metanol desde
90oC hasta 40oC , para tal efecto se debe usar
agua de enfriamiento disponible a 25 oC y puede
calentarse hasta 40oC. La presión de entrada del
metanol es 5 atm y se permite una caída de
presión de hasta 0.5 atm. La presión de entrada
del agua es 6 atm y se permite una caída de
presión de hasta 0.6 atm.

5. Solución:
1. Crear cuatro corrientes de materia
2. Introduzca un intercambiador
de coraza y tubos

6. • Al adicionar el Intercambiador de calor este se
ve igual que los enfriadores y calentadores en
el PFD.

7. • En el visor del Intercambiador asociar las
corrientes de entrada y salida:

8. • Observe que en este equipo se puede
seleccionar un paquete de fluidos para el
fluido de intercambio y de enfriamiento.

9. • Se considera que el Metanol va por el lado del
casco y al agua de enfriamiento por el lado de
los tubos.

10. • Especificaciones de corriente Entrada a la
Coraza:

11. • Especificar la salida de metanol

12. • Especificamos la entrada del agua:

13. • Especificamos la Salida del agua:

14. • Al especificar la ultima corriente se especifica
el intercambiador:

15. • En el worksheet se pueden ver los resultado
de los cálculos

16. • También se pueden ver las especificaciones
del intercambiar:

17. Hay cuatro modelos de intercambiadores de calor:

18. El tipo de pérdidas de calor solo está disponible para
los modelos de cálculo Weighted Exchanger Design o
End Point Exchanger Design.

19. • En el modo dinámico no hay esta opción:

20. En el lado de la coraza el campo UA es para especificar
el coeficiente de transferencia de calor global. Si no se
especifica Hysys lo calcula.

21. En esta pagina están los parámetros del solver que
se pueden variar para lograr que el intercambiador
converja.

22. • Los datos de dimensionamiento del
intercambiador:

23. • En la pestaña performance se puede ver
grafica y de forma tabular el desempeño del
intercambiador:

24. 6.2 ENFRIADORES
• Los enfriadores son un intercambiador de calor en los
cuales la corriente de entrada es enfriada a las
condiciones de salida requeridas. La corriente de
energía absorbe en este caso la diferencia de entalpía
entre las dos corrientes
• Esta operación es útil cuando solo se está interesado
en saber cuanta energía es requerida para enfriar una
corriente de proceso pero no en las condiciones de
la corriente de enfriamiento.

25. Ejercicio: Calcular cuanto calor se requiere para
enfriar hasta 50°C una corriente con las
siguientes especificaciones:
Especificación Valor
Temperatura 100 °C
Presión 2 atm
Flujo 100 kg /h
Componentes:
Cumeno
Agua
Amoníaco
H2S
Composición molar:
0.5
0.1
0.2
0.2

26. • Seleccione el paquete termodinámico.
• Ingrese un enfriador al PFD
• Conecte la corriente de alimentación y
una de salida del enfriador.

28. • Asuma una caída de presión de 0.2 atm

29. • Una vez se especifica la temperatura de salida
o el Q de enfriamiento el enfriador queda
completamente especificado:

30. • Solo se emplea modelo de pérdida de calor en
modo dinámico.

31. 6.3 CALENTADORES
• Los CALENTADORES son un intercambiador de calor
en los cuales la corriente de entrada es calentada a
las condiciones de salida requeridas. La corriente de
energía provee en este caso la diferencia de entalpía
entre las dos corrientes
• Esta operación es útil cundo solo se está interesado
en saber cuanta energía es requerida para calentar
una corriente de proceso pero no en las condiciones
del fluido de calentamiento.

32. • En el visor del calentador se observa que esta
unidad se empela de igual forma que el
enfriador y tiene las misma pestañas.

33. • Ejercicio: Calcular cuanto calor se requiere
para calentar 150°C una corriente con las
siguientes especificaciones:
Especificación Valor
Temperatura 100 °C
Presión 2 atm
Flujo 100 kg /h
Componentes:
Cumeno
Agua
Amoníaco
H2S
Composición molar:
0.5
0.1
0.2
0.2

35. • Suponga una caída de presión de 0.2 atm.

36. • Para alcanzar una temperatura de 150°C se
requiere:

37. 6.4 AIR COOLER
La unidad AIR COOLER emplea aire ideal como un medio de
transferencia de calor para enfriar o calentar una corriente de
proceso hasta unas condiciones de salida. Uno o mas
ventiladores son empleados para circular el aire a través de los
tubos en el proceso de enfriamieno de fluidos. El flujo de aire
puede ser especificado o calculado desde las especificaciones de
ventilador. Esta unidad puede emplearse para calcular:
• El coeficiente global de transferencia de calor (UA)
• El flujo total de aire
• La temperatura de la corriente de salida.

38. 8. SISTEMAS DE BOMBEO
8.1 Bombas.
La operación de bombeo es empleada para
incrementar la presión de la corriente
líquida de entrada. Dependiendo de la
información suministrada la bomba calcula
la presión desconocida,
temperatura o eficiencia
de la bomba.

39. Ejercicio: De un tanque cerrado provisto de un respiradero a la
atmósfera se desea bombear agua a 20°C, hacia una torre de
absorción. El nivel de líquido en el tanque se encuentra a 7 m
sobre el eje de la bomba, el caudal es de 20 m3/h .
La conexión de entrada del agua en el tope de la torre se halla a
20 m 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 de
longitud, posee 4 codos estándar y una válvula de compuerta
("gate") abierta.
La línea de descarga también es de acero estándar de 2" (5,08
cm) de diámetro nominal, No. de cédula 40 y 60,0 m 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).

40. • Solución:
1. Propiedades y composición de la entrada:

41. 2. Insertamos un segmento de tubería para la
succión al cual denominaremos Hs.

42. • A este segmento le conectamos las siguientes
corrientes:

43. • Iniciamos el diseño del sistema de tubería
seleccionando las correlaciones para cálculo
de fricción:

44. • Definimos dimensiones de la tubería, columna
estática y accesorios: Primero aparece las
características que debemos definir en este
segmento
Clic en el
botón
Append
Segment

45. • Aparece la información básica para especificar el
primer segmento de tubería. El primer segmento que
adicionaremos Corresponde a tubería recta: Pipe
Por lo
que
hacemos
clic en
View
Segment

46. Se muestra la ventana Pipe Info. Definimos
Schedule 40, Diámetro Nominal 50.80 mm y
Cast Iron. Clic en Specify

47. • Completamos dando la Longitud y Elevación,
con lo cual está definida la tubería recta.

48. • Ahora definimos los accesorios: 4 codos
estándar

49. • Definimos la transferencia de calor con los
alrededores:

50. • Pasamos al Worksheet para definir Fracción de
Vapor 0 y Temperatura 20°C

51. • Y el PFD aparece ahora como:

52. • El siguiente paso en la simulación es
adicionar la bomba y la tubería y
accesorios que corresponden al lado de
la descarga. Conecte las siguientes
corrientes a una bomba

54. • Tubería y accesorios: conecte el siguiente
segmento de tubería.

55. • Especificamos la tubería y accesorios del lado
de la descarga

56. • Transferencia de calor

57. Ahora debemos especificar las condiciones de la
salida ( Nos interesa la presión de descarga: 20
psig + 14.7 = 34.7 psia y el otro parámetro será la
temperatura)

58. • Con esto se completa la simulación, y el PFD
se muestra ahora:

59. • Si deseamos ver la potencia suministrada a la
bomba tenemos:

60. COMPRESORES
Los compresores son equipos para
aumentar la presión de una corriente
gaseosa.

61. Ejercicio:
Cree un nuevo caso con la siguiente lista de
componentes: N2, CO2, Metano, Etano
Utilice el paquete termodinámico Peng
Robinson.

62. • Inserte una corriente con las siguientes
características:
Corriente 1
Temperatura 50°C
Presión 1 atm
Flujo molar 100 kmol/h

63. • Especifique las siguientes conexiones a un
compresor

64. En la pestaña parámetros en el grupo Efficiency se especifica la
eficiencia adiabática o politrópica del compresor. Una vez Hysys
obtiene la solución calcula la otra eficiencia a partir de la energía
y las condiciones de la corriente.

65. Hysys tiene la opción de seleccionar dos modelos de
compresores: Centrífugos y reciprocantes. En este caso
seleccionaremos un compresor centrífugo.

66. NOTA: si se selecciona el compresor centrífugo aparece
el grupo Operating Mode

67. Seleccione:
• Single Curve : para modelar el compresor con una curva de
cabea vs flujo y eficiencia vs curvas de flujo.
• Multiple MW Curves: para modelar el compresor teniendo
datos de curvas que describan el desempeño del compresor
como una función del fluo de gas.
• Multiple IGV Curves: si se tienen las curvas que describen el
desempeño del compresor como una función de inlet guide
vane (IGV) position.

68. Para cerrar los grados de libertad es necesario luego
especificar la presión de la corriente de salida o el flujo
de energía (Qcompresor). En este caso se especificará 4
atm.

69. • El PFD final se muestra a continuación:

70. EXPANSORES
La operación de expansión es empleada para disminuir
la presión de una corriente gaseosa a alta presión para
obtener una salida a baja presión y alta velocidad. En
un proceso de expansión la energía interna del gas se
transforma en energía cinética y luego en trabajo. Esta
operación en Hysys calcula las propiedades de la
corriente o la eficiencia de expansión
según las especificaciones.

71. • Ejercicio: Clone la corriente 1 del ejerció
anterior y cámbiele la presión a 6 atm. Y
conéctela a un operación de expansión.

72. En la pestaña parámetros en el grupo Efficiency se especifica la
eficiencia adiabática o politrópica del expansor. Una vez Hysys
obtiene la solución calcula la otra eficiencia a partir de la energía
y las condiciones de la corriente.

73. Para cerrar los grados de libertad es necesario luego
especificar la presión de la corriente de salida o el flujo
de energía (Qexpansor). En este caso se especificará un
flujo de energía de 2e5KJ/h

74. • El PFD final se muestra a continuación:

75. VÁLVULAS
• Hysys desarrolla balances de materia y energía en la
corriente de entrada y salida de una válvula. Esta
operación se emplea especialmente en simulación
dinámica .
• La caída total en una válvula es la caída de presión
total entre la presión de la corriente de entrada y la
de salida.

76. • Ejercicio: Conecte la corriente de salida del
compresor a la válvula como la corriente de
entrada.

77. Para cerrar los grados de libertad se debe
especificar la presión de la corriente de salida o
la caída de presión. Especifique una caída de
presión de 1 atm

78. • El PFD final se muestra a continuación:

79. • Referencias:
• Copyright © 2004 Hyprotech, a subsidiary of
Aspen Technology Inc. All rights reserved.
HYSYS 2004
• Hysys. User Guide.
• MONCADA, Luis. Simulación de Procesos con
HYSYS. 2006.