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UNIVERSIDAD DE MAGALLANESFACULTAD DE INGENIER�A

DEPARTAMENTO DE QU�MICA

�SIMULACI�N EN HYSYS� DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS DE ENAP MAGALLANES�

LUIS EMILIO VILLEGAS VIVAR

2007

UNIVERSIDAD DE MAGALLANESFACULTAD DE INGENIER�A

DEPARTAMENTO DE QU�MICA

�SIMULACI�N EN HYSYS� DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS DE ENAP MAGALLANES�

Trabajo de titulaciÄn presentadoen conformidad a los requisitos

para obtener el tÅtulo deIngeniero Civil QuÅmico

Profesor GuÅa: Sr. Lorenzo Lazaneo CerdaSupervisor ENAP: Sr. Nelson MenÇndez DÅaz

LUIS EMILIO VILLEGAS VIVAR

2007

i

RESUMEN

En el presente trabajo de titulaci�n, denominado �Simulaci�n en HYSYS� de los

procesos productivos de ENAP Magallanes�, se han caracterizado los procesos t�picos llevados a

cabo en las instalaciones de ENAP Magallanes, mediante simulaciones computacionales

realizadas en el software Aspen HYSYS�.

El proceso de creaci�n de estas simulaciones se encuentra explicado completamente

en el �Manual para simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYS�, que se

adjunta. Dicho manual constituye adem�s una gu�a gradual de ense�anza, que mediante

ejemplos, casos guiados y consejos pr�cticos, permite obtener las habilidades necesarias para

recrear, en el software ya mencionado, diferentes situaciones relacionadas con los equipos

t�picos que utiliza ENAP Magallanes en su proceso productivo.

Se ha realizado, entre otras, la simulaci�n completa de Planta Cullen y Planta Posesi�n,

generando programas que permiten estimar el comportamiento de las variables de proceso

frente a cambios en las condiciones de operaci�n de las plantas.

Adem�s se han comparado los valores normales de operaci�n de cada planta con el

resultado que entrega HYSYS, y se ha concluido que las similitudes son adecuadas dentro del

rango de precisi�n requerido, y por lo tanto es importante que el personal de ENAP Magallanes

pueda tener acceso a las simulaciones realizadas, y conozca la forma de desarrollar �stas para

realizar los cambios en valores de variables o estructura del modelo. Esto se lograr� mediante la

difusi�n del �Manual para simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYS� en las

diferentes instalaciones de la empresa.

Debido a la imposibilidad de activar el modo din�mico en HYSYS, por limitaciones de la

licencia usada en la empresa, las simulaciones se han limitado exclusivamente a casos

estacionarios.

ii

�NDICE

RESUMEN................................................................................................................................................ I

ÄNDICE.................................................................................................................................................... II

ILUSTRACIONES Y TABLAS .....................................................................................................................IV

INTRODUCCIÅN ....................................................................................................................................VI

I - ANTECEDENTES GENERALES............................................................................................................... 1

1.1 ENAP MAGALLANES........................................................................................................................1

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..................................................................................................3

1.3 OBJETIVOS ......................................................................................................................................5

1.3.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................5

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÄFICOS............................................................................................................5

II - ANTECEDENTES TEÅRICOS ................................................................................................................ 7

2.1 USO DE SIMULADORES EN LA INDUSTRIA QU�MICA.......................................................................7

2.2 ETAPAS GENERALES DE UNA SIMULACI�N...................................................................................10

2.3 EL SIMULADOR HYSYS� .................................................................................................................12

2.4 CONSIDERACIONES TE�RICAS UTILIZADAS POR HYSYS................................................................15

2.4.1 COMPRESORES RECÄPROCOS ..................................................................................................16

2.4.2 INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBO Y CARCASA...........................................................19

2.4.3 REACCIONES QUÄMICAS Y REACTORES EN HYSYS...................................................................24

2.4.4 COLUMNAS DE DESTILACIÅN..................................................................................................27

2.4.5 AJUSTADORES .........................................................................................................................33

2.4.6 RECICLOS.................................................................................................................................35

III - PARTE EXPERIMENTAL Y RESULTADOS........................................................................................... 38

3.1 ESQUEMA DE DESARROLLO..........................................................................................................38

3.2 SIMULACIONES REALIZADAS PARA ENAP MAGALLANES..............................................................41

3.3 CONSIDERACIONES ESPEC�FICAS DE CADA SIMULACI�N.............................................................43

3.3.1 COMPRESOR HRA-5 DE PLANTA CULLEN................................................................................43

3.3.2 COMPRESOR HRA-2 DE ESTACIÅN COMPRESORA CALAFATE ................................................44

iii

3.3.3 COMPRESOR TLA-3 DE PLANTA POSESIÅN.............................................................................44

3.3.4 COMPRESOR TC-10 DE PLANTA CULLEN.................................................................................46

3.3.5 TURBINA DEL TREN SULZER ....................................................................................................46

3.3.6 ESQUEMA DE PRODUCCIÅN DE PLANTAS POSESIÅN Y CABO NEGRO ...................................48

3.3.7 ELEMPLO DE CARACTERIZACIÅN DE PETRÅLEOS EN HYSYS...................................................49

3.3.8 EJEMPLO DE LOOP DE GASODUCTOS .....................................................................................49

3.3.9 PLANTA CULLEN ......................................................................................................................49

3.3.10 PLANTA POSESIÅN ................................................................................................................52

3.4 DATOS Y RESULTADOS..................................................................................................................56

3.4.1 COMPRESOR HRA-5 DE PLANTA CULLEN................................................................................58

3.4.2 COMPRESOR HRA-5 DE ESTACIÅN COMPRESORA CALAFATE ................................................59

3.4.3 COMPRESOR TLA-3 DE PLANTA POSESIÅN.............................................................................60

3.4.4 COMPRESOR TC-10 DE PLANTA CULLEN.................................................................................61

3.4.5 TURBINA DEL TREN SULZER ....................................................................................................62

3.4.6 PLANTA CULLEN ......................................................................................................................63

3.4.7 PLANTA POSESIÅN ..................................................................................................................64

3.5 VALIDACI�N DE LAS SIMULACIONES OBTENIDAS ........................................................................66

3.5.1 VALIDACIÅN DE PLANTA CULLEN ...........................................................................................67

3.5.2 VALIDACIÅN DE PLANTA POSESIÅN........................................................................................71

3.6 AN�LISIS Y DISCUSI�N DE RESULTADOS.......................................................................................76

IV - CONCLUSIONES.............................................................................................................................. 80

V - BIBLIOGRAFÄA ................................................................................................................................. 83

5.1 FUENTES CONSULTADAS ..............................................................................................................83

5.2 INTERNET � SITIOS CONSULTADOS...............................................................................................83

ANEXOS ............................................................................................................................................... 84

ASPECTO GRÇFICO DE LAS SIMULACIONES........................................................................................... 85

INFORMACIÅN DE COMPRESORES ....................................................................................................... 93

iv

ILUSTRACIONES Y TABLAS

ILUSTRACI�N 1.- ASPECTO GENERAL DE PLANTA POSESI�N...........................................................................................................2

ILUSTRACI�N 2.- ASPECTO GENERAL DE PLANTA CULLEN ..............................................................................................................2

ILUSTRACI�N 3.- SIMULATION BASIS MANAGER DE HYSYS ........................................................................................................13

ILUSTRACI�N 4.- VENTANA DE PROPIEDADES PARA UN INTERCAMBIADOR DE TUBO Y CARCASA ..........................................................13

ILUSTRACI�N 5.- ASPECTO DE UNA SIMULACI�N T�PICA EN HYSYS...............................................................................................14

ILUSTRACI�N 6.- ESQUEMA DEL CILINDRO DE UN COMPRESOR REC�PROCO .....................................................................................16

ILUSTRACI�N 7.- ESPECIFICACI�N EN MODO WEIGHTED.............................................................................................................22

ILUSTRACI�N 8.- INGRESO DE PAR�METROS F�SICOS DEL INTERCAMBIADOR ...................................................................................22

ILUSTRACI�N 9.- ALGUNAS REACCIONES PREDEFINIDAS EN HYSYS...............................................................................................24

ILUSTRACI�N 10.- TIPOS DE REACTORES GENERALES ..................................................................................................................26

ILUSTRACI�N 11.- ASPECTO DE UNA COLUMNA DE DESTILACI�N EN HYSYS...................................................................................28

ILUSTRACI�N 12.- ESQUEMA DE UN PROCESO DE SEPARACI�N POR ETAPAS DE EQUILIBRIO ...............................................................29

ILUSTRACI�N 13.- ESQUEMA TE�RICO DE UNA COLUMNA DE DESTILACI�N ....................................................................................31

ILUSTRACI�N 14.- ASPECTO DEL AJUSTADOR EN HYSYS.............................................................................................................35

ILUSTRACI�N 15.- ASPECTO DEL M�DULO DE RECICLO EN HYSYS................................................................................................36

ILUSTRACI�N 16.- MODELO INICIAL PARA EL COMPRESOR DE DOS ETAPAS .....................................................................................45

ILUSTRACI�N 17.- MODELO AJUSTADO PARA CUMPLIR EL BALANCE DE MASA .................................................................................45

ILUSTRACI�N 18.- ESQUEMA DE LA UNIDAD REGENERADORA DE GLICOL DE PLANTA CULLEN ...........................................................51

ILUSTRACI�N 19.- ASPECTO DE LA UNIDAD REGENERADORA DE GLICOL SIMULADA EN HYSYS..........................................................52

ILUSTRACI�N 20.- ESQUEMA DE UN REHERVIDOR TIPO TERMOSIF�N ............................................................................................53

TABLA 1.- M�TODOS DE RESOLUCI�N DE COLUMNAS DE DESTILACI�N EN HYSYS ...........................................................................33

TABLA 2.- COMPOSICIONES INGRESADAS PARA LAS SIMULACIONES DE COMPRESORES ......................................................................57

TABLA 3.- COMPOSICIONES INGRESADAS A LAS SIMULACIONES DE TREN SULZER, CULLEN Y POSESI�N ..............................................57

TABLA 4.- DEFINICIONES DE CORRIENTES EN LA SIMULACI�N DEL COMPRESOR HRA-5.....................................................................58

TABLA 5.- DATOS DEL COMPRESOR HRA-5 .............................................................................................................................58

TABLA 6.- RESULTADOS OBTENIDOS HRA-5 ............................................................................................................................58

TABLA 7.- DEFINICIONES DE CORRIENTES EN LA SIMULACI�N DEL COMPRESOR HRA-2.....................................................................59

TABLA 8.- DATOS DEL COMPRESOR HRA-2 DIVIDIDO EN DOS COMPRESORES TE�RICOS ...................................................................59

TABLA 9.- RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL COMPRESOR HRA-2 ...............................................................................................59

v

TABLA 10.- DEFINICIONES DE CORRIENTES EN LA SIMULACI�N DEL COMPRESOR TLA-3....................................................................60

TABLA 11.- DATOS DEL COMPRESOR TLA-3 DIVIDIDO EN DOS ETAPAS. .........................................................................................60

TABLA 12.- RESULTADOS OBTENIDOS TLA-3 PARA PRESI�N INTERETAPA DE 1,100 PSIG..................................................................60

TABLA 13.- ESPECIFICACIONES REALIZADAS AL COMPRESOR TC-10 ..............................................................................................61

TABLA 14.- RESULTADOS OBTENIDOS AL SIMULAR EL COMPRESOR TC-10 .....................................................................................61

TABLA 15.- DATOS INGRESADOS A LA SIMULACI�N DE LA TURBINA DEL TREN SULZER.....................................................................62

TABLA 16.- RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL TREN SULZER .....................................................................................................62

TABLA 17.- COMPOSICIONES DEL GAS DE ENTRADA A TURBINA MEDIANTE LOS DOS M�TODOS ...........................................................62

TABLA 18.- DATOS INGRESADOS PARA LA SIMULACI�N DE PLANTA CULLEN ...................................................................................63

TABLA 19.- CROMATOGRAF�A DEL GAS RESIDUAL OBTENIDA EN LA SIMULACI�N .............................................................................63

TABLA 20.- RESULTADOS DE LA SIMULACI�N DE PLANTA CULLEN.................................................................................................63

TABLA 21.- LISTADO DE ESPECIFICACIONES UTILIZADAS PARA SIMULAR PLANTA POSESI�N ................................................................64

TABLA 22.-TEMPERATURAS Y PRESIONES OBTENIDAS DE LA SIMULACI�N DE PLANTA POSESI�N.........................................................64

TABLA 23.- RESULTADOS OBTENIDOS AL SIMULAR LA COLUMNA V-5............................................................................................65

TABLA 24.- COMPOSICI�N DE LAS CORRIENTES OBTENIDAS EN LA SIMULACI�N...............................................................................65

TABLA 25.- VALORES NORMALES DE OPERACI�N PLANTA CULLEN Y PLANTA POSESI�N....................................................................66

TABLA 26.- COMPOSICIONES DEL GAS DE ENTRADA PARA LAS SITUACIONES ANALIZADAS ..................................................................68

TABLA 27.- SIMULACI�N DE PLANTA CULLEN DEL D�A 24/07/07................................................................................................68





TABLA 32.- VALORES ESTABLES DE OPERACI�N DE PLANTA POSESI�N...........................................................................................71

TABLA 33.- INFORMACI�N DE LABORATORIO PARA LA SIMULACI�N DE PLANTA POSESI�N................................................................71

TABLA 34.- SIMULACI�N DE PLANTA POSESI�N D�A 31/07/07 ..................................................................................................72

TABLA 35.- CROMATOGRAF�A OBTENIDA PARA LA SIMULACI�N DE PLANTA POSESI�N D�A 31/07/07................................................72







vi

INTRODUCCI�N

Las simulaciones computacionales de procesos productivos en la industria qu�mica

constituyen una herramienta muy �til para el desarrollo de los procesos de ENAP Magallanes,

pues aprovechan la rapidez de c�lculo de un ordenador para entregar resultados de forma

instant�nea. En una industria en constante cambio, como lo es la industria de los combustibles,

la habilidad para predecir r�pidamente qu� pasar� si se modifican una o m�s variables de

proceso es fundamental a la hora de controlar adecuadamente los procesos.

Para lograr esto, ENAP Magallanes posee una licencia para utilizar el software Aspen

HYSYS.Plant� (com�nmente llamado HYSYS). Dicho software permite recrear los equipos e

instalaciones que llevan a cabo los procesos productivos, asignar condiciones de trabajo y

obtener resultados estimativos de variables de operaci�n.

El trabajo que a continuaci�n se presenta entrega los resultados obtenidos al realizar

simulaciones, en el software ya mencionado, de los procesos relacionados con la producci�n de

gas natural y petr�leo que desarrolla ENAP Magallanes en la actualidad.

La investigaci�n se ha realizado dividiendo el proceso productivo de ENAP Magallanes

en unidades b�sicas representativas de las operaciones diarias (compresores, expansores,

gasoductos, separadores, intercambiadores de calor, etc.), se han desarrollado aplicaciones

simples para ejemplificar el uso de estas unidades b�sicas y a continuaci�n se han integrado en

simulaciones m�s complejas que son capaces de representar sectores m�s amplios de la red de

sistema productivo.

Desarrollar simulaciones computacionales de procesos de petr�leo o gas implica

conocer a fondo el sistema que se desea simular, tanto en el rango permitido de operaci�n de

ciertos equipos como en valores t�picos de variables de proceso (presi�n, temperatura, flujos o

composiciones, etc.).

vii

Una vez realizada la simulaci�n, que se basa en el flowsheet de planta, se debe

comparar con los resultados medidos en terreno, y para esto se ha utilizado diversa

informaci�n; informes de laboratorio, hojas de dise�o entregadas por los fabricantes, informes

de mantenimiento predictivo y, principalmente, mediante medici�n y observaci�n directa de las

variables o procesos de inter�s.

Se han reunido todas las simulaciones en el �Manual para simular procesos productivos

de ENAP Magallanes en HYSYS�, documento que sirve como manual de uso del software, y que

desarrolla desde los aspectos m�s b�sicos necesarios para entender las simulaciones, hasta

situaciones de car�cter avanzado que requieren un conocimiento global de lo detallado en el

manual.

Este manual servir� como instrumento de ense�anza y apoyo para los ingenieros de

procesos de ENAP Magallanes y operadores de terreno, pues de una forma met�dica y detallada

entrega todos los conocimientos necesarios para poder simular las situaciones t�picas de los

procesos productivos llevados a cabo en ENAP Magallanes. Todas las simulaciones analizadas en

este trabajo se encuentran en un disco compacto, que se adjunta al manual. Adem�s, mediante

el desarrollo de los ejemplos y ejercicios detallados en el manual, una vez finalizado el

desarrollo se lograr� un conocimiento completo de las opciones que HYSYS ofrece a los

profesionales vinculados con los procesos de ENAP Magallanes.

CAP�TULO I ANTECEDENTES GENERALES

1

I - ANTECEDENTES GENERALES

1.1 ENAP MAGALLANES

La Empresa Nacional del Petr�leo ENAP, mediante sus instalaciones en la regi�n de

Magallanes, se desarrolla en el negocio de explotaci�n de combustibles f�siles.

Con sus plantas de Posesi�n, Cabo Negro, Gregorio y Cullen, desarrolla m�ltiples

procesos productivos, como por ejemplo:

� Transporte de gas de productores ubicados en Argentina, para abastecer la planta

productora de metanol Methanex Chile Ltd.

� Separaci�n y comercializaci�n del propano, butano y gasolinas a partir del gas

obtenido de yacimientos ubicados en Tierra del Fuego y en continente.

� Producci�n de combustibles mediante refinaci�n del petr�leo proveniente de

estos mismos yacimientos y de contratos de compra con diferentes

productores.

ENAP es la principal empresa de este �mbito en la regi�n. Los procesos llevados a cabo

por ENAP engloban una amplia red de gasoductos, poliductos, estaciones compresoras, plantas

deshidratadoras, pozos de producci�n, etc.

Para lo que a este trabajo se refiere, se consideraron dos de sus plantas:

� Planta Posesi�n: Ubicada en el continente, a aproximadamente 220 km. De Punta

Arenas, realiza separaci�n de propano y m�s pesados a partir del gas que

ingresa a planta. Genera por lo tanto dos productos, Raw Product y Gas

Residual.

2

� Planta Cullen: En la actualidad Planta Cullen sirve como planta deshidratadora del

gas que proviene de yacimientos de la isla de Tierra del Fuego. Separa adem�s

los condensables para obtener una corriente de Gasolinas y un Gas Residual.

Este �ltimo tiene varias finalidades, gas de reinyecci�n, suministro de gas

combustible para los equipos asociados, suministro de gas para las plantas de

Methanex Chile Ltd., etc.

Ilustraci�n 1.- Aspecto general de Planta Posesi�n

Ilustraci�n 2.- Aspecto general de Planta Cullen

3

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

ENAP Magallanes est� interesado en desarrollar un proyecto que permita capturar, a

trav�s de un trabajo de documentaci�n y an�lisis, el conocimiento adquirido por sus ingenieros

al simular en el software Aspen HYSYS los procesos relacionados con la producci�n de gas

natural y petr�leo. La utilizaci�n de este simulador por parte de los ingenieros de proceso ha

resultado satisfactoria y precisa, para determinar condiciones de operaci�n, posibles mejoras en

el sistema investigado y respuestas de operaci�n frente a cambios en la materia prima.

Se desea desarrollar simulaciones en HYSYS, para los casos m�s t�picos de procesos

reales que actualmente est�n en operaci�n en el sistema de producci�n de ENAP Magallanes.

El trabajo se realizar� dividiendo el proceso productivo de ENAP Magallanes en

unidades b�sicas representativas de las operaciones diarias (compresores, expansores,

gasoductos, oleoductos, unidades deshidratadoras, etc) para posteriormente integrarlas en

simulaciones m�s complejas que sean capaces de representar sectores m�s amplios de la red de

sistema productivo.

El objetivo de una simulaci�n no es siempre recrear la planta en su totalidad, para

ENAP es m�s �til poder analizar casos peque�os y espec�ficos (un compresor, una turbina, etc.),

pero para dar mayor alcance al trabajo, se simular�n las plantas de Posesi�n y Cullen en su

totalidad.

Basado en estas premisas, se debe desarrollar el �Manual para simular procesos

productivos de ENAP Magallanes en HYSYS�, que explique paso a paso c�mo simular los

procesos de ENAP Magallanes para, llegado el caso, adelantar una posible soluci�n frente a un

problema determinado.

4

El usuario que desarrolle por completo el manual, habr� adquirido los conocimientos

necesarios para crear simulaciones de cualquier situaci�n que se presenta en ENAP; redes de

gasoductos, tren de intercambio de calor, torres de destilaci�n, procesos de expansi�n y

compresi�n, separaci�n l�quido-vapor, etc. Todos estos casos est�n explicados paso a paso en el

manual que se adjunta como anexo a este trabajo.

La exactitud de las simulaciones desarrolladas ser� cotejada con datos obtenidos

directamente en planta, informes de control de calidad de los laboratorios de ENAP Magallanes

e Informes de Mantenimiento Predictivo asociado a los diferentes equipos simulados.

5

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 OBJETIVO GENERAL

Implementar simulaciones, desarrolladas en el simulador Aspen HYSYS�, de los

procesos diarios t�picos de ENAP Magallanes, debidamente calibrados con los datos de terreno.

1.3.2 OBJETIVOS ESPEC�FICOS

� Simular en Aspen HYSYS� las unidades b�sicas de los procesos productivos de

ENAP Magallanes.

� Realizar sensibilizaci�n de las simulaciones a diferentes condiciones de operaci�n

contrastando los resultados de Aspen HYSYS� con los datos reales de operaci�n.

� Recopilar la informaci�n y experiencia adquirida para crear un �Manual para

simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYS�, destinado a los

ingenieros de procesos y operadores de ENAP Magallanes y a los alumnos de

Ingenier�a Qu�mica de la Universidad de Magallanes.

CAP�TULO IIANTECEDENTES TE�RICOS

7

II - ANTECEDENTES TE�RICOS

2.1 USO DE SIMULADORES EN LA INDUSTRIA QU�MICA

Todos los profesionales relacionados al desarrollo diario de una planta qu�mica tienen

la responsabilidad de decidir qu� hacer frente a diferentes situaciones de operaci�n. Si el flujo

de entrada a planta aumenta, �se debe a�adir m�s glicol de deshidrataci�n? �Cu�nto? Si la

temperatura del separador ha bajado, �qu� v�lvula se debe abrir? Casos como estos, y quiz�

m�s complicados, se presentan a diario, y es importante que la persona a cargo sepa qu� acci�n

resulta ser la m�s adecuada para solucionar la problem�tica presente.

Lamentablemente las condiciones de trabajo en la industria no permiten el proceso de

�prueba y error�, pues implementar una decisi�n equivocada puede llegar a tener

consecuencias indeseadas en las condiciones de especificaci�n del producto.

Para obtener una referencia del efecto que produce cierta acci�n sobre un sistema, se

recurre a un modelo. Un modelo es una representaci�n simplificada del sistema estudiado,

basado en los esquemas te�ricos subyacentes en el sistema real. Al proceso de experimentar

con el modelo, esto es, cambiar par�metros, modificar esquemas, etc., se le denomina simular.

Un dispositivo que permita simular se denomina simulador.

Un simulador no es un recurso exclusivo de la industria qu�mica. Por ejemplo, para la

construcci�n de un puente a menudo se recurre a maquetas a escala, en lo que se podr�a

denominar �simulador� de un puente.

En primera instancia, para validar los resultados de un esquema espec�fico de

producci�n, se recurre a una planta piloto, una representaci�n a escala del proceso. Pero

cuando los cambios son tan r�pidos que no se puede �armar� una planta a escala, o

econ�micamente no es conveniente, se puede utilizar un simulador computacional, para recrear

8

el sistema real e implementar y comprobar en �ste los cambios que el operador considera

adecuados y los efectos que tendr�a dicho cambio en la instalaci�n.

Sin embargo utilizar un simulador no es siempre la �nica o mejor alternativa. Una

buena forma de decidir si un simulador es adecuado, es considerar las siguientes situaciones:

� Cuando no existe una formulaci�n matem�tica.

� Cuando existe la formulaci�n matem�tica pero es dif�cil obtener una soluci�n

anal�tica: La resoluci�n de muchos esquemas te�ricos resulta ser tan extensa

que a menudo se recurre a simplificaciones que merman la exactitud del

modelo.

� Si no existe el sistema real

� Si es imposible experimentar directamente con el sistema real: Debido a que en

planta se debe mantener un estricto control de calidad, no se puede intervenir

el sistema las veces que sea necesario hasta encontrar la soluci�n �ptima.

� El sistema evoluciona muy lentamente, o muy r�pidamente: La posibilidad que

ofrecen los simuladores actuales de modificar el tiempo virtual de la simulaci�n,

es un recurso invaluable para estudiar problemas de este estilo. Si por ejemplo

se debe esperar una hora para observar el cambio deseado, en el simulador se

puede obtener el resultado en unos pocos segundos.

Como desventajas se pueden citar:

� El desarrollo del modelo puede ser costoso, laborioso y lento. Es preciso un

amplio conocimiento del sistema a modelar, incluyendo consideraciones

espec�ficas tomadas de plantas o dise�os similares.

� Existe la posibilidad de cometer errores. Nunca se debe olvidar que la simulaci�n

se lleva a cabo sobre un modelo, y no sobre la situaci�n real; entonces, si el

modelo est� mal formulado, o se comenten errores en su manejo, los

resultados ser�n incorrectos

� No se puede conocer el grado de imprecisi�n de los resultados. Por lo general, el

modelo se utiliza para experimentar situaciones nunca planteadas en el sistema

9

real, por lo que no existe informaci�n previa para estimar el grado de

correspondencia entre la respuesta del modelo y la del sistema real.

Generalizando, las conveniencias de utilizar el simulador computacional son, entre

otras, que evita complicados c�lculos y entrega resultados r�pidamente, si hay cambios que

requieren de un tiempo considerable para observar los resultados en terreno, en el simulador se

pueden obtener de inmediato. Y fundamentalmente, al trabajar con sistemas abstractos, no

existe el riesgo de inutilizar un equipo ni la necesidad de detener la producci�n por decisiones

equivocadas.

10

2.2 ETAPAS GENERALES DE UNA SIMULACI�N

FormulaciÉn del problema: En este paso debe quedar perfectamente establecido el

objetivo de la simulaci�n. Se deben especificar lo m�s detalladamente posible los siguientes

factores: los resultados que se esperan del simulador, el plan de experimentaci�n, el tiempo

disponible, las variables de inter�s, el tipo de perturbaciones a estudiar, el tratamiento

estad�stico de los resultados, la complejidad de la interfaz del simulador, etc. Se debe establecer

si el simulador ser� operado por el usuario o si el usuario s�lo recibir� los resultados.

DefiniciÉn del sistema: El sistema a simular debe estar perfectamente definido, tanto

en variables a definir como en los resultados que se espera obtener.

FormulaciÉn del modelo: Se comienza con un modelo simple que captura los aspectos

relevantes del sistema real. Este modelo se ir� enriqueciendo como resultado de varias

consideraciones adicionales que aportar�n precisi�n.

ColecciÉn de datos: La naturaleza y cantidad de datos necesarios se determinan

directamente por la formulaci�n del problema y del modelo. Se puede considerar como fuente

de datos tanto registros hist�ricos y mediciones de laboratorio como observaciones realizadas

en el sistema real. Estos datos deber�n ser procesados adecuadamente para darles el formato

exigido en el modelo.

ImplementaciÉn del modelo en el ordenador: Para el caso del simulador HYSYS, el

mismo programa cuenta con modelos predeterminados que sirven de base para realizar las

modificaciones necesarias.

VerificaciÉn: En esta etapa se comprueba que no se haya cometido errores durante la

implementaci�n del modelo. Se debe revisar cada c�lculo, estructura de programaci�n o

m�todo utilizado.

11

ValidaciÉn: En esta etapa se comprueba la exactitud del modelo desarrollado. Esto se

lleva a cabo comparando las predicciones del modelo con mediciones realizadas en el sistema

real, datos hist�ricos o datos de sistemas similares. Como resultado de esta etapa puede surgir

la necesidad de modificar el modelo o recolectar datos adicionales.

DiseÑo de experimentos: En esta etapa se deciden las caracter�sticas de los

experimentos a realizar; el tiempo de arranque, el tiempo de simulaci�n y el n�mero de

simulaciones necesarias.

ExperimentaciÉn: Se realizan las simulaciones de acuerdo con el dise�o previo. Los

resultados son debidamente recolectados y procesados.

InterpretaciÉn: Se analiza la sensibilidad del modelo con respecto a los par�metros que

tienen asociados una mayor incertidumbre. El modelo ser� sensible a determinados par�metros

si ante peque�os cambios en los valores de los mismos, las respuestas var�an notablemente.

ImplementaciÉn: Se difunde la simulaci�n y el modelo obtenidos. El responsable de la

simulaci�n debe guiar en esta etapa, para evitar que los resultados se utilicen m�s all� del rango

de aplicaci�n considerado en el estudio.

DocumentaciÉn: Elaborar la documentaci�n t�cnica, con una descripci�n detallada del

modelo y de los datos, y manuales de uso con las consideraciones particulares de cada sistema.

12

2.3 EL SIMULADOR HYSYS�

HYSYS� es un software desarrollado por la empresa AspenTech, del cual tanto ENAP

Magallanes como el Departamento de Qu�mica de la Universidad de Magallanes poseen licencia

de uso para su versi�n 3.2, en estado estacionario.

HYSYS se ha mantenido durante 20 a�os como la alternativa l�der en simulaciones

relacionadas con la industria petroqu�mica, y en ENAP se utilizan a diario simulaciones creadas

por los ingenieros de procesos, para estimar soluciones y planificar futuros proyectos.

HYSYS es un programa de simulaci�n de procesos qu�micos orientado a objetos. Posee

un aspecto visual caracter�stico y trabaja sobre sistemas operativos Windows. Permite modelar

sistemas complejos mediante una avanzada interfaz gr�fica, que ofrece al usuario la posibilidad

de �armar� el flowsheet de planta en una ventana llamada PFD, Process Flowsheet Diagram.

Posteriormente ingresando los datos necesarios (presiones, temperaturas, composiciones, flujos

y especificaciones t�cnicas de equipos, b�sicamente), se puede simular el sistema real y obtener

los resultados o estimaciones adecuadas.

Todas las consideraciones de manejo y creaci�n de programas se encuentran

totalmente detalladas en el �Manual para simular procesos productivos de ENAP Magallanes en

HYSYS�, que se adjunta. Raz�n por la cual s�lo se esbozar� brevemente los aspectos b�sicos de

uso de HYSYS.

El primer paso necesario es definir los componentes que est�n presentes en la

simulaci�n, y el paquete termodin�mico asociado. Esto se realiza en una secci�n llamada

Simulation Basis Manager. HYSYS provee de informaci�n detallada para bastantes modelos

termodin�micos, e inclusive avisa al usuario cuando se escogen componentes que no pueden

ser satisfactoriamente modelados mediante el sistema termodin�mico seleccionado. Adem�s, si

se desea cambiar de termodin�mica para ciertos equipos o secciones de la simulaci�n, se da la

posibilidad de elegir diversos paquetes termodin�micos y asociarlos a diferentes listados de

componentes.

13

Ilustraci�n 3.- Simulation Basis Manager de HYSYS

Posteriormente se ingresa al Simulation Enviroment, que conjuga las particularidades

de tres tipos de ventanas (PFD, Workbook y ventanas de propiedades de cada objeto) y en las

que es posible ingresar informaci�n de la manera que m�s acomode al usuario.

Una vez seleccionado el modelo asociado con el sistema real, el posterior paso es

crearlo en el PFD, tal como si se dise�ara un plano, asignando nombres a equipos y corrientes

de proceso, creando las conexiones y asignando los datos que se han recopilado a las

respectivas casillas que HYSYS presenta para tal fin.

Ilustraci�n 4.- Ventana de propiedades para un intercambiador de tubo y carcasa

14

Una vez definidas todas las corrientes de proceso y caracterizadas todas las condiciones

y variables relativas a los diferentes equipos que toman parte en la simulaci�n, se pueden

observar directamente los resultados, ya que HYSYS posee un sistema de resoluci�n que por

defecto se encuentra siempre activado, lo que significa que el programa calcula todas las

propiedades y resultados factibles de calcular en todo momento, y una vez definida por

completo la simulaci�n, en el instante en que el usuario defina la �ltima variable, el sistema

autom�ticamente calcular� y entregar� los resultados. Obviamente esta �respuesta autom�tica�

se podr�a eventualmente desactivar, pero dada la actual velocidad de los ordenadores, se vuelve

innecesario.

Cuando el sistema est� completamente definido, se debe asignar nuevos valores a las

variables especificadas, y conociendo las respuestas reales del sistema ante dichos cambios, se

puede monitorear el grado de similitud que presentan ambos sistemas, el real con el simulado.

Si la similitud obtenida es satisfactoria, se puede concluir que la simulaci�n HYSYS sirve para

estimar condiciones futuras de proceso, y entregar� estimaciones adecuadas para analizar c�mo

se comportar� el sistema real ante los cambios ingresados.

Ilustraci�n 5.- Aspecto de una simulaci�n t�pica en HYSYS

15

2.4 CONSIDERACIONES TE�RICAS UTILIZADAS POR HYSYS

Considerando la totalidad de simulaciones realizadas en este trabajo de titulaci�n, se

hace uso de muchos equipos y propiedades disponibles en HYSYS. Algunos de los objetos

utilizados simulan equipos efectivamente instalados en terreno, como compresores o

intercambiadores de calor, sin embargo otras propiedades son de uso exclusivo del simulador,

como ajustadores, planillas de c�lculo o reciclos.

En la imposibilidad de detallar en el presente informe cada uno de los equipos

utilizados, y las respectivas consideraciones te�ricas subyacentes, se han elegido tres

operaciones que son representativas de c�mo HYSYS interpreta los modelos te�ricos

disponibles y los adapta a su propio lenguaje de simulaci�n. Las operaciones corresponden a:

� Compresores rec�procos.

� Intercambiadores de calor de tubo y carcasa.

� Columnas de destilaci�n.

Y como par�metros propios de HYSYS, se desarrollar�n los aspectos te�ricos de dos

herramientas fundamentales a la hora de armar simulaciones:

� Adjust.

� Recycle.

Se debe considerar adem�s que HYSYS es un producto comercial cuyo c�digo fuente es

confidencial, raz�n por la cual no se pueden detallar en profundidad las consideraciones

te�ricas o algoritmos num�ricos de soluci�n que utiliza el programa. Como �nica fuente de

informaci�n se ha considerado la presentada en los manuales que acompa�an al programa.

16

2.4.1 COMPRESORES REC�PROCOS

Un compresor rec�proco es un equipo que mediante la adici�n de energ�a,

normalmente cedida por un motor acoplado, eleva la presi�n del fluido que ingresa a �ste.

El compresor consta de un cilindro por el cual avanza un pist�n, que comprime el

fluido. Si en el movimiento de retroceso el pist�n adem�s comprime el fluido que ingresa por la

parte trasera (c�rter), entonces se le denomina pist�n de doble efecto. Este tipo de

compresores es el m�s utilizado en las instalaciones de ENAP Magallanes.

Ilustraci�n 6.- Esquema del cilindro de un compresor rec�proco

Las variables que son de inter�s para estimar el comportamiento de un compresor

rec�proco son:

(%) Ä100%adiabPotencia adiabÄtica requeridaEf

Potencia real requerida�

[Ec. 1]

La potencia adiab�tica requerida corresponde al trabajo mec�nicamente reversible W:

2

1

P

P

W VdP� �[Ec. 2]

17

Para este caso HYSYS calcula el resultado utilizando directamente las ecuaciones del

paquete termodin�mico que se haya seleccionado. La potencia real requerida corresponde a la

diferencia de entalp�as que, si se denomina como H, significa:

Salida EntradaPotencia real requerida H H� � [Ec. 3]

En el caso en que se conozcan las presiones de entrada y salida, la temperatura de

entrada y la eficiencia, la potencia real requerida se calcula como la divisi�n entre la potencia

adiab�tica calculada y la eficiencia especificada. Posteriormente, utilizando el m�todo

termodin�mico seleccionado por el usuario, se calcula la temperatura de salida que satisface la

ecuaci�n [Ec. 3].

Para el c�lculo de la eficiencia politr�pica, �sta se obtiene de la siguiente ecuaci�n:

1

. .1

11 Ä Ä1

Ä

1

nn

sal

ent

pol adiabkk

sal

ent

P n kP n k

Ef EfPP

� ��

��

� ��

� �� [Ec. 4]

Donde log( / )

log( / )sal ent

actualsal ent

P Pn� �

� y log( / )

log( / )sal ent

idealsal ent

P Pk� �

�

Las ecuaciones ya presentadas son comunes a cualquier compresor, ya sea centr�fugo o

rec�proco. Adicionalmente HYSYS, para el c�lculo de un compresor rec�proco, eval�a tres

par�metros m�s: Volumen desplazado por cada cilindro (PD), Clearance de los cilindros (Cl) y

eficiencia volum�trica (VE).

18

Cl cada cilindroCl

PD��

[Ec. 5]

PD se calcula como el producto entre el �rea transversal neta de compresi�n del

cilindro y la longitud o carrera (Stroke) que se desplaza el pist�n.

� �1

1 1k

s d

d s

Z PVE L CZ P

� �� [Ec. 6]

PresiÅn de descargaPresiÅn de succiÅnfectos de friccion, pÇrdidas de carga en vÉlvulas, filtraciones

/factor de compresibilidad entradafactor de compresibilidad salida

Volumen de clearance

d

s

PPL Ek Cp CvZdZsC

�

�

��

El flujo comprimido (F) es funci�n directa de la velocidad de rotaci�n del compresor, se

calcula como flujo molar y est� definido por:

1 Ä Ä601 1 Ä

100

ks d

d s

N PDZ PLF CZ P PM

�� [Ec. 7]

Velocidad de rotaciÅn (rpm)=Densidad del gas

= Peso molecular del gas

N

PM��

19

En el caso espec�fico en que la velocidad de rotaci�n del compresor es exactamente

cero, el flujo a trav�s del compresor se calcula mediante una f�rmula de presi�n-flujo, donde

especificando la resistencia a velocidad cero, kvel.cero, se calcula como:

. Ä Ävel cero fricciÅnF k P�� [Ec. 8]

PÇrdida de carga por efectos de fricciÅnfricciÅnP� �

La presi�n m�xima de descarga que se puede obtener en un compresor rec�proco es:

Ä Ä(1 )Ä

kmÄx d

d ss

ZP P L VE CZ C� �

� � � �� [Ec. 9]

En general HYSYS resuelve presi�n y flujo de forma independiente. Considerando la

corriente de entrada completamente definida, si se especifica la presi�n de descarga y la

eficiencia, se obtiene la energ�a necesaria, temperatura de descarga y la velocidad de rotaci�n.

Si se especifica la velocidad de rotaci�n y la energ�a ingresada, se calcula la presi�n y

temperatura de descarga y el flujo. Pero no se puede especificar el flujo y la velocidad, ambos a

la vez.

2.4.2 INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBO Y CARCASA

Entre todos los tipos de intercambiadores de calor posibles de utilizar en HYSYS, el m�s

utilizado para las simulaciones de ENAP Magallanes es el de tubo y carcasa.

Este tipo de intercambiador de calor realiza balances de materia y energ�a para ambas

corrientes simult�neamente. Como ya se ha especificado, el trabajo se desarroll�

20

exclusivamente en estado estacionario (Steady-State), por lo cual las ecuaciones que siguen

tratar�n exclusivamente dicho aspecto.

El balance general aplicado por HYSYS al intercambiador corresponde a:

� � � �Ä ÄfrÇo sal ent filtrado caliente ent sal perdido errorfrÇo calienteM H H Q M H H Q Balance� � � �� [Ec. 10]

Flujo mÉsico del fluidoEntalpÑa

MH

�

�

El par�metro Balanceerror es una especificaci�n directa a HYSYS, que tiene unidades de

flujo de calor (energ�a por tiempo) y por lo general se asume igual a cero, pero se est� en

libertad de especificar un valor diferente.

El calor total transferido entre los tubos y la carcasa, se puede definir en t�rminos del

coeficiente global de transferencia de calor, el �rea de transferencia y la temperatura media

logar�tmica de acuerdo a la siguiente ecuaci�n:

Ä Ä ÄLM tQ U A T F� � [Ec. 11]

Coeficiente global de transferencia de calorÖrea total de transferencia

Diferencia de temperaturas media logarÑtmica (LMTD)Factor de correciÅn de LMTD

LM

t

UA

TF

�

��

La LMTD se calcula como:

1 2

1 2ln( / )LMT TTT T

� � ��

� � [Ec. 12]

21

Donde 1

2

salida entradacaliente frÇo

entrada salidacaliente frÇo

T T T

T T T

� � �

� � �

Se puede elegir si calcular el factor Ft al especificar la configuraci�n espec�fica del

intercambiador, o asumirlo igual a 1. Se suele agrupar los factores U y A y definir directamente

el valor para UA en conjunto.

La p�rdida de carga se puede calcular de tres maneras:

� Especificaci�n directa.

� C�lculo autom�tico de HYSYS de acuerdo a la configuraci�n y geometr�a del

intercambiador.

� Definiendo una relaci�n presi�n-flujo y especificando un factor k.

Para la �ltima opci�n, la f�rmula es exactamente la [Ec. 8].

Los m�todos de resoluci�n, y una breve descripci�n de �stos, son:

� End-Point: Realiza el balance considerando s�lo puntos de entrada y salida.

Considera un factor UA y valores de Cp constantes para todo el intercambiador.

Para esta opci�n, HYSYS puede calcular el factor Ft en funci�n de los par�metros

f�sicos del intercambiador (n�mero de pasos por los tubos, contracorriente o

paralelo, etc.).

� Weighted: Divide el intercambiador en intervalos peque�os, en cada intervalo se

calculan los diferentes par�metros de la ecuaci�n [Ec. 11] (LMTD, UA, etc).

Sumamente �til para intercambiadores con alto rango de temperaturas,

condensaci�n, etc. S�lo calcula el factor Ft para intercambiadores en

contracorriente.

� Steady-State Rating: Para ser usado en estado estacionario. Realiza las mismas

consideraciones que el modo End Point, pero adem�s permite estudiar el

dise�o del equipo (modo Rating).

22

� Dynamic: Estudia el comportamiento din�mico del intercambiador. No

considerado en este trabajo.

Ilustraci�n 7.- Especificaci�n en modo Weighted

Se puede decir que en general, para los objetivos que se desarrollan en este trabajo, no

ha sido necesario modificar el modo que por defecto entrega HYSYS (End-Point), ya que los

intercambiadores no juegan un papel clave en los procesos investigados, y las diferencias en los

valores de temperatura obtenidos pr�cticamente no son decisivas.

Ilustraci�n 8.- Ingreso de par�metros f�sicos del intercambiador

23

Los par�metros f�sicos posibles de ingresar cubren la totalidad de variables utilizadas en

los c�lculos acostumbrados de intercambiadores de calor, como configuraci�n de los tubos,

n�mero de pasos por la carcasa, pitch, espaciado de los baffles, etc.

En modo Steady-State Rating, adem�s, se calculan los coeficientes locales de

transferencia de calor, para el fluido de los tubos y carcasa, de acuerdo a la correlaci�n:

0.8 1/3 0.140.027 m i i i i i

i wi i m i

k D G CphD k

� ��

� � � � � ��

� � � � � � [Ec. 13]

Velocidad mÉsica del fluido en los tubos (velocidadÄdensidad)Viscosidad del fluido de los tubos

Viscosidad del fluido en las paredes del tuboCapacidad calorÑfica del fluido en los tubos

i

iwi

i

G

Cp

�

�

��

��

Y la relaci�n que utiliza HYSYS entre estos coeficientes locales y el factor U es:

0

11o

o w ii i

UDh r r rD h

��

� � � �� [Ec. 14]

0 Coeficiente local de transf. de calor por la carcasaFactor de ensuciamiento por la carcasaResistencia de las paredes de los tubosDiÉmetro exterior de los tubosDiÉmetro interior de los

o

w

o

i

hrrDD

�

�

�

�

� tubosFactor de ensuciamiento por dentro de los tubosCoeficiente de transf. de calor por dentro de los tubos

i

i

rh�

�

Existen muchas m�s opciones para especificar un intercambiador de tubo y carcasa, y

AspenTech ofrece m�ltiples programas espec�ficos para intercambiadores, que pueden ser

a�adidos a HYSYS para dar mayor exactitud a la simulaci�n, y ser�a poco pr�ctico seguir

24

detallando cada uno de los botones o par�metros. Por otra parte, los resultados obtenidos en

modo End-Point presentan diferencias poco apreciables con respecto a utilizar todas las

alternativas de especificaci�n que se puedan ingresar en Steady-State Rating, y no justifican,

para los objetivos que ENAP Magallanes requiere, el gasto de tiempo y esfuerzo necesario.

2.4.3 REACCIONES QU�MICAS Y REACTORES EN HYSYS

Si bien en las instalaciones de ENAP Magallanes no se llevan a cabo reacciones qu�micas

como parte de los procesos productivos, una de las simulaciones desarrolladas corresponde a la

turbina del tren SULZER, en la que se ha simulado la combusti�n del gas natural que genera la

mezcla que ingresa a turbina mediante dos opciones; definiendo las reacciones de combusti�n y

utilizando un reactor predefinido de HYSYS denominado Gibbs Reactor. A continuaci�n se

especifican ambos m�todos.

En general, para definir reacciones qu�micas, HYSYS ofrece un m�dulo espec�fico, con

algunas reacciones predefinidas, t�picas de la industria qu�mica, como puede observar a

continuaci�n:

Ilustraci�n 9.- Algunas reacciones predefinidas en HYSYS

HYSYS divide las reacciones en cinco grupos: Conversion, Equilibrium, Heterogeneous

Catalytic, Kinetic y Simple Rate. Una breve descripci�n es:

25

� Conversion: Requiere la estequiometr�a de las reacciones y la conversi�n en

funci�n de un componente de la reacci�n.

� Equilibrium: Requiere la estequiometr�a y orden de las reacciones, y presenta

diferentes formas de calcular o especificar la constante de equilibrio ln(K).

� Heterogeneous Catalytic: Requiere estequiometr�a y par�metros cin�ticos de la

reacci�n, como la Energ�a de Activaci�n, Factor de Frecuencia etc.

� Kinetic: Requiere los par�metros cin�ticos de la ecuaci�n de Arrhenius y la

estequiometr�a. Se puede definir el orden de cada reacci�n.

Al definir los coeficientes estequiom�tricos, HYSYS calcula el balance de moles e indica

en el caso que los coeficientes ingresados est�n mal balanceados.

Las reacciones de combusti�n de gas natural que se consideraron son:

4 2 2 2

2 6 2 2 2

3 8 2 2 2

4 10 2 2 2

2 22 7 6 4

5 4 32 13 10 8

CH O H O COC H O H O COC H O H O COC H O H O CO

� � ��

� � �

� � � [Ec. 15]

Se han considerado metano, etano, propano y butano, puesto que el gas que se quema

en la turbina corresponde al gas residual de Planta Posesi�n, y de hecho la reacci�n de los

butanos no se lleva a cabo pues es casi seguro que nunca habr� butano en el gas residual.

La forma de definir estas reacciones se encuentra completamente explicada en el

manual que se adjunta.

Los tipos de reactores que se pueden definir en HYSYS corresponden a:

� CSTR: Continuous Stirred Tank Reactor, reactor totalmente agitado de flujo

continuo.

� PFR: Plug Flow Reactor, reactor de flujo pist�n.

26

� Conversion Reactor: Reactor de conversi�n.

� Equilibrium Reactor: Reactor de equilibrio.

� Gibbs Reactor: Reactor de Gibbs.

Para el caso que concierne a este trabajo, se utilizaron dos tipos de reactores; de

conversi�n y de Gibbs.

Ilustraci�n 10.- Tipos de reactores generales

El reactor de conversi�n desarrolla la transformaci�n de reactantes en productos de

acuerdo a la informaci�n estequiom�trica ingresada, considerando el reactivo limitante y la

f�rmula de conversi�n en funci�n de la temperatura del reactor, de acuerdo a:

21 2% Ä Äconv Co C T C T� � � [Ec. 16]

Si se desea una conversi�n de 100% simplemente se asigna 100 a la variable Co. Para

modelos m�s detallados se debe tener informaci�n del porcentaje de conversi�n a

determinadas temperaturas y ajustar los datos experimentales a una correlaci�n polinomial

cuadr�tica para obtener los par�metros C0, C1 y C2.

El reactor de Gibbs, por su parte, no necesita informaci�n de reacciones ni coeficientes

estequiom�tricos, ya que los resultados se obtienen al especificar que la corriente de salida

debe poseer la m�nima cantidad posible de energ�a libre de Gibbs, cuyo valor se calcula

mediante el modelo termodin�mico elegido.

27

Ambos tipos de reactores entregan la opci�n de funcionar como un separador l�quido

vapor, pero adem�s, el reactor de Gibbs sirve como un reactor de equilibrio si se especifica un

set de reacciones de equilibrio.

Al funcionar en estado estacionario, las dimensiones f�sicas que se pueden especificar

para el reactor (altura, di�metro, nivel de l�quido, etc.) no tienen importancia.

2.4.4 COLUMNAS DE DESTILACI�N

Sin lugar a dudas esta operaci�n unitaria es para la que HYSYS entrega la mayor

cantidad de opciones, pues es un equipo fundamental en los procesos de la industria del

petr�leo y gas natural. HYSYS incluye un ambiente espec�fico, un sub-flowsheet independiente

de la simulaci�n global, en el que se puede modificar la columna de destilaci�n ingresada.

EL sub-flowsheet de la columna contiene los equipos y corrientes asociados, e

intercambia informaci�n con el flowsheet global, mediante las conexiones de corrientes de

entrada y salida. Desde el punto de vista de la simulaci�n global, la columna se muestra como

una operaci�n con m�ltiples entradas y salidas, corrientes energ�ticas, etc.

Haciendo doble clic en dicho �cono, se puede ingresar al sub-flowsheet espec�fico de la

columna, y al hacer dicho cambio la simulaci�n global entra a modo Holding, o sea, pausa el

motor de c�lculo hasta que se hayan realizado las modificaciones internas de la columna.

Normalmente, si la columna consta de un condensador de tope, una torre de platos y

un rehervidor de fondo, no es imperativo ingresar al sub-flowsheet de la columna, y se puede

especificar desde la simulaci�n global. Pero si el sistema representado incluye extraciones

laterales, recirculaciones, rectificadores, etc., es necesario ingresar a la columna y especificarlos

en la misma metodolog�a que la simulaci�n global; mediante �conos que representan equipos y

corrientes, y l�neas de conexi�n.

28

Entre las principales ventajas de considerar un flowsheet espec�fico para las columnas

se puede citar:

� Independizar el m�todo de resoluci�n

� Uso opcional de una termodin�mica diferente a la global

� Construcci�n de columnas est�ndar (Templates) para ser ocupadas en otras

simulaciones, como �caja negra�.

� Se pueden resolver m�ltiples columnas simult�neamente.

La principal diferencia entre el flowsheet global y el de la columna se puede notar a

continuaci�n, para la misma columna el aspecto es:

Ilustraci�n 11.- Aspecto de una columna de destilaci�n en HYSYS

Entre las unidades m�s complejas que HYSYS puede simular se encuentran torres de

fraccionamiento, destilaci�n en vac�o, columnas deetanizadoras, absorbedores y destilaci�n

extractiva. Todos estos equipos consideran una serie de etapas de equilibrio entre una corriente

de vapor que asciende y un l�quido que desciende, adem�s de considerar m�ltiples

extracciones, alimentaciones, recirculaciones, etc.

29

Ilustraci�n 12.- Esquema de un proceso de separaci�n por etapas de equilibrio

2.4.4.1 ECUACIONES DE UNA COLUMNA DE DESTILACI�N

HYSYS aplica balances de masa y energ�a a cada plato de la columna en cuesti�n.

Considerando la nomenclatura de la Ilustraci�n 12, las ecuaciones son:

Balance de masa:

1 1Global: j j j j j j j jF L V L V R VSD LSD� �� [Ec. 17]

1 1 1 1Componente: Ä Ä Ä ( )Ä ( )Ä Äj j j j j j j j j j j j j jF z L x V y L LSD x V VSD y R z� � � �� [Ec. 18]

Balance de energ�a, con H entalp�a del vapor y h entalp�a del l�quido:

1 1 1 1Ä Ä Ä ( )Ä ( )Ä Äj Fj j j j j j j j j j j j j jF H L h V H Q L LSD h V VSD H R H� � � �� [Ec. 19]

Y la forma en que se relacionan las composiciones del l�quido y del vapor que salen de

cada plato est� dada por la siguiente ecuaci�n de equilibrio:

30

Ä " "i i iy k x Para cada componente i� [Ec. 20]

En donde el par�metro ki se calcula mediante el paquete termodin�mico seleccionado.

Estas ecuaciones explican el comportamiento de los fluidos en cada plato de la

columna. Si bien se pueden especificar las condiciones espec�ficas de un plato determinado, en

HYSYS interesa m�s definir las variables globales (flujos de salida, recirculaciones, composiciones

de productos, etc). Las ecuaciones globales se aplican a la columna vista �por fuera� y de

acuerdo a la Ilustraci�n 13, se pueden deducir las siguientes expresiones:

Balance de masa aplicado a toda la columna:

Global: F D W� � [Ec. 21]

Componente: Ä Ä ÄF D WF Z D Z W X� � [Ec. 22]

Balance de energ�a, omitiendo los valores de p�rdida QLn y QLm:

Ä Ä ÄF W C F WF H Q Q D H W H� � � � [Ec. 23]

Se define la raz�n de reflujo (RRatio) en el tope como el cociente entre el reflujo de tope

y el flujo de destilado:

0Ratio

LRD

�[Ec. 24]

31

Ilustraci�n 13.- Esquema te�rico de una columna de destilaci�n

No se debe confundir la raz�n de reflujo (Reflux Ratio en HYSYS) con el flujo de

recirculaci�n (Reflux Rate, en HYSYS). El segundo corresponde al flujo (m�sico, molar o

volum�trico) de la corriente L0.

32

2.4.4.2 ESPECIFICACIONES DE UNA COLUMNA DE DESTILACI�N EN HYSYS

Al a�adir una columna de destilaci�n en HYSYS, luego de definir las corrientes

energ�ticas y materiales asociadas, de no realizar modificaciones internas, las variables que se

pueden especificar por defecto son:

� Overhead Vapour Flowrate: Corresponde al flujo de vapores de tope del

condensador parcial.

� Distillate Flowrate: Flujo de destilado que se desea obtener.

� Bottoms Flowrate: Flujo de producto de fondo.

� Reflux Ratio: Raz�n de reflujo de tope.

� Reflux Rate: Flujo (molar, m�sico o volum�trico) del reflujo de tope.

Sin embargo se pueden omitir estas especificaciones y agregar las que el usuario estime

conveniente, ya sea temperatura en un plato espec�fico, fracci�n molar de un componente en

un plato o corriente, flujo de calor en el rehervidor o condensador, etc.

HYSYS indica los grados de libertad que posee el sistema dise�ado, y se deben

especificar tantas variables como grados de libertad, para poder empezar el proceso iterativo

que da lugar a la soluci�n.

Es importante escoger el m�todo iterativo que ocupar� HYSYS en la resoluci�n de la

columna. Se puede escoger entre seis m�todos, los cuales se detallan a continuaci�n:

33

MÖtodo DescripciÉn

HYSIM Inside-Out M�todo general, �til para la mayor�a de los problemas. Es el que viene activado

por defecto al agregar una columna de destilaci�n.

Modified HYSIM

Inside-Out

M�todo general, que permite agregar mezcladores, divisores, intercambiadores

de calor o separadores al sub-flowsheet de la columna.

Newton Raphson

Inside-Out

Permite definir reacciones cin�ticas en la fase l�quida.

Sparse Continuation

Solver

Soporta dos fases l�quidas en la columna, se utiliza principalmente para resolver

sistemas qu�micos altamente no ideales, y destilaci�n reactiva.

Simultaneous

Correction

Similar al m�todo Sparse, pero no permite la adici�n de rectificadores laterales o

pump around.

OLI Solver Se debe usar solamente para c�lculos en sistemas electrol�ticos.

Tabla 1.- M�todos de resoluci�n de columnas de destilaci�n en HYSYS

Para los casos que se estudiar�n, sirve el primer m�todo, y si se deben realizar

modificaciones en el esquema que entrega HYSYS inicialmente, se debe escoger Modified

HYSIM Inside-Out.

Lamentablemente, al ser HYSYS un software comercial cuyo c�digo fuente se mantiene

en estricto secreto, no se tiene acceso al algoritmo resolutivo espec�fico de cada m�todo; la

�nica informaci�n que se ha podido obtener es la Tabla 1, por otra parte en la p�gina web del

producto se indica que el m�todo HYSIM Inside-Out es el especificado por Russell (Ver

bibliograf�a). Pero las modificaciones que Aspen Tech realiz� sobre este m�todo, para obtener

los restantes, no est�n disponibles al p�blico.

2.4.5 AJUSTADORES

Un ajustador en HYSYS es una operaci�n que ajusta el valor de una variable espec�fica

(variable independiente) a fin de obtener un valor espec�fico en otra variable o operaci�n

(variable dependiente). Es una herramienta fundamental ya que automatiza el proceso de

prueba y error para obtener cierto valor requerido.

B�sicamente el ajustador puede cumplir dos funciones:

34

� Ajustar la variable independiente hasta lograr que la variable dependiente llegue

a un valor especificado.

� Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente se iguale al

valor de otro objeto determinado.

Aparte de definir las variables independiente y dependiente, y el valor objetivo, se

deben especificar ciertos par�metros que son fundamentales a la hora de realizar el

procedimiento automatizado de prueba y error, y son:

� Method: Se ofrecen dos m�todos de resoluci�n; Secant (no tan r�pido

comparativamente, pero seguro) y Broyden (r�pido pero no tan estable)

� Tolerance: La tolerancia indica qu� error se puede aceptar en la variable objetivo.

Este error se calcula como absoluto, no es relativo o porcentual. La expresi�n

es:

Error Valor obtenido Valor objetivo� �

� Step Size: Corresponde a la m�xima diferencia que la variable independiente

podr�a variar entre un intento y otro. Este valor se utiliza hasta que la soluci�n

haya sido identificada en un rango, y entonces se ocupa un algoritmo de

convergencia especificado. Un valor positivo inicialmente incrementa el valor

inicial de la variable independiente, mientras que un valor negativo la

disminuye. Si el valor se aleja del rango de soluci�n, la direcci�n de las

iteraciones se revierte autom�ticamente.

� MÜximum/Minimum: Se puede acotar la variable independiente a un rango, si se

sabe que el resultado debe estar en tal rango, con lo que se acelera el proceso

de convergencia. Con esto tambi�n se puede evitar que el ajustador entregue

respuestas incoherentes, como flujos negativos.

� Maximum Iterations: Por defecto el ajustador realiza 10 iteraciones, pero se

puede especificar cualquier valor.

35

Ilustraci�n 14.- Aspecto del ajustador en HYSYS

Tambi�n se ofrece la opci�n de utilizar m�ltiples ajustadores y resolver

simult�neamente el sistema, y en tal caso se desactiva la opci�n Method, y se utiliza solamente

el algoritmo de Levenberg y Marquardt, modificado por los fabricantes del programa.

2.4.6 RECICLOS

La capacidad de cualquier simulador de procesos qu�micos de representar sistemas con

reciclos resulta de un valor fundamental. HYSYS presenta un esquema espec�fico para resolver

reciclos que est� evaluado como uno de los mejores del �mbito.

Utilizar un reciclo implica instalar un m�dulo te�rico entre las corrientes de proceso,

que realizar� un procedimiento iterativo espec�fico. La gran versatilidad de dicho m�dulo radica

en que las condiciones de proceso pueden ser transferidas hacia atr�s o hacia delante (en el

sentido del flujo) entre la entrada y salida del reciclo. En t�rminos de la soluci�n que se busca,

hay valores estimados y valores calculados, para cada una de las variables en las corrientes de

entrada y salida. Dependiendo de la direcci�n en la que se transfieren los datos, los valores

estimados pueden existir tanto en la entrada como en la salida. Por ejemplo, si el usuario escoge

como direcci�n de transferencia Backwards (hacia atr�s) para la temperatura, el valor estimado

36

es la temperatura de la corriente de entrada, y el calculado es la temperatura de la corriente de

salida.

Durante el proceso de convergencia se suceden las siguientes etapas de c�lculo,

aproximadamente:

� HYSYS utiliza los valores estimados y resuelve el flowsheet.

� Luego HYSYS compara los valores estimados con los que se obtienen por

resoluci�n del flowsheet en la otra corriente relacionada en el reciclo

� Bas�ndose en la diferencia entre los valores calculados y estimados, HYSYS

genera nuevos valores que se toman como nuevas estimaciones.

� El proceso se repite hasta que los valores obtenidos en las dos corrientes

relacionadas en el reciclo difieren en un valor especificado lo suficientemente

bajo para asegurar la convergencia.

Ilustraci�n 15.- Aspecto del m�dulo de reciclo en HYSYS

De todas las opciones, b�sicamente num�ricas, la que m�s interesa es el modelo de

resoluci�n, que puede elegirse entre Nested y Simultaneous. Como su nombre lo indica, en

caso que la simulaci�n presente diferentes reciclos interconectados o relacionados de alguna

manera, es necesario utilizar la opci�n Simultaneous. Para simulaciones con un solo reciclo, o

varios reciclos cuyos resultados son independientes, se puede utilizar la opci�n Nested.

Nuevamente, el desarrollo interno de estos algoritmos es informaci�n que se mantiene

en estricto secreto, raz�n por la cual no se puede dar una mayor exposici�n de c�mo HYSYS

realiza c�lculos de reciclos.

CAP�TULO IIIPARTE EXPERIMENTAL Y RESULTADOS

38

III - PARTE EXPERIMENTAL Y RESULTADOS

En el presente cap�tulo se desarrollan las consideraciones y metodolog�a utilizada en el

desarrollo de las simulaciones HYSYS de los procesos productivos seleccionados como m�s

caracter�sticos dentro de la actividad de ENAP Magallanes, se enumeran y explican las

simulaciones creadas, se analizan los resultados obtenidos y se contrastan (en los casos

posibles) con la situaci�n real.

3.1 ESQUEMA DE DESARROLLO

El trabajo se ha desarrollado partiendo de la premisa que todos los pasos necesarios

para crear las simulaciones puedan ser recreados por los operadores e ingenieros de procesos

de ENAP Magallanes, por lo tanto en el �Manual para simular procesos productivos de ENAP

Magallanes en HYSYS� se deben agregar desde los conocimientos b�sicos de uso de HYSYS,

completamente detallados, hasta las simulaciones m�s extensas, de planta Posesi�n y Cullen.

Por lo tanto se ha dividido el trabajo en las siguientes etapas de desarrollo:

� Dar a conocer los aspectos b�sicos y generalidades de las simulaciones de HYSYS.

� Desarrollar aplicaciones r�pidas y generales que utilicen las unidades b�sicas de

proceso de ENAP Magallanes.

� Profundizar en las herramientas esenciales de HYSYS que no tienen equivalencia

con los equipos instalados en terreno (ajustadores, planillas de c�lculo, etc.)

� Desarrollar casos reales de ENAP Magallanes.

� Analizar y ajustar las simulaciones para lograr coherencia entre el modelo y la

situaci�n real.

Se ha denominado unidades b�sicas de proceso a todos los equipos que sirven para

llevar a cabo los procesos de ENAP Magallanes, que est�n presentes en todas las instalaciones

productivas de la empresa y que en conjunto conforman lo que se denomina �planta�. Son

39

operaciones unitarias que realizan una acci�n determinada y por lo general consideran una

corriente de entrada, una corriente de salida y la energ�a asociada.

En HYSYS estas unidades b�sicas corresponden a los objetos que se deben a�adir a las

simulaciones, para con las interconexiones adecuadas, obtenidas del flowsheet de planta

obtener la simulaci�n final del proceso investigado.

Las diferentes unidades b�sicas de proceso que se han considerado como necesarias

para el desarrollo de las diferentes simulaciones son:

� Separadores de l�quido y vapor.

� Intercambiadores de calor:

o Coolers y Heaters.

o Intercambiadores de tubo y carcasa.

� Mezcladores y divisores de flujo.

� V�lvulas.

� Bombas.

� Compresores.

o Compresores centr�fugos.

o Compresores rec�procos.

Estas unidades en HYSYS presentan diferentes opciones de especificaci�n; en primera

instancia se han desarrollado aplicaciones que s�lo necesitan una definici�n r�pida y

aproximada, para posteriormente desarrollar simulaciones de casos reales cuyo principal

objetivo es representar de la forma m�s exacta posible estas unidades b�sicas, y esto

necesariamente implica utilizar las opciones avanzadas de las unidades investigadas.

En una segunda etapa se desarrollan ejemplos para lograr un domino de las

herramientas espec�ficas de HYSYS, y para esto se utilizan las siguientes aplicaciones:

40

�Ajustadores: Se desarrolla la simulaci�n de la unidad regeneradora de etilenglicol

de Planta Cullen.

� Set: Se desarrolla un esquema de expansor y compresor acoplados, simulando el

sistema utilizado en Planta Posesi�n

� Planilla de cÜlculo: Se desarrolla el proceso de flasheo de gasolinas de Planta

Cullen y mediante el Spreadsheet (planilla de c�lculo) se cuantifica la ganancia

obtenida por venta de Raw Product.

41

3.2 SIMULACIONES REALIZADAS PARA ENAP MAGALLANES

Las simulaciones de casos espec�ficos de ENAP Magallanes que se han realizado

durante el presente trabajo de titulaci�n son:

� Compresor rec�proco HRA-5, de Planta Cullen.

� Compresor rec�proco HRA-2, de Estaci�n Compresora Calafate.

� Compresor rec�proco TLA-3, de Planta Posesi�n.

� Compresor centr�fugo TC-10, de Planta Cullen.

� Simulaci�n completa de Planta Cullen, que consta de:

o Circuito de refrigeraci�n por propano.

o Sistema de acondicionamiento y deshidrataci�n de gas.

o Flasheo de gasolinas.

o Unidad regeneradora de etilenglicol.

� Turbina del tren SULZER, de Planta Posesi�n.

� Esquema de producci�n de Plantas Posesi�n y Cabo Negro.

� Ejemplo de caracterizaci�n de petr�leos en HYSYS.

� Ejemplo de loop de gasoductos.

� Simulaci�n completa de Planta Posesi�n.

Adem�s se han desarrollado dos simulaciones basadas en materiales de entrenamiento

que Aspen ofrece a los usuarios registrados, en la secci�n de �Advanced Process Modeling Using

Aspen HYSYS� de su p�gina web, las cuales son:

�Gas Gathering; representaci�n de una red de gasoductos.

�Modeling Real Separators in Aspen HYSYS; esquema de un separador l�quido

vapor que permite simular el efecto de arrastre de l�quido en la salida de vapor.

Tambi�n es del inter�s de la empresa explicar el funcionamiento de un software

adicional asociado a HYSYS, llamado HYSYS Browser, disponible para su descarga desde el sitio

web del software, para usuarios registrados.

42

HYSYS Browser es un complemento a Microsoft Excel, y permite la intercomunicaci�n

entre Microsoft Excel y HYSYS. Esto significa que los datos y especificaciones que se desee

ingresar a HYSYS pueden provenir de una planilla de c�lculo de Microsoft Excel, y viceversa, que

los resultados obtenidos en la simulaci�n de HYSYS se puedan exportar a Microsoft Excel; con lo

cual, relacionando adecuadamente estos dos programas mediante el uso de las opciones que

entrega HYSYS Browser, eventualmente se lograr�a trabajar con HYSYS manejando cualquier

aspecto en el ambiente gr�fico de Microsoft Excel.

Se ha desarrollado un ejemplo que muestra todas las posibilidades que ofrece HYSYS

Browser, basado en un caso ficticio de un compresor de dos etapas.

Todas estas simulaciones se pueden recrear por completo al desarrollar el �Manual

para simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYS�, que se anexa a este trabajo.

43

3.3 CONSIDERACIONES ESPEC�FICAS DE CADA SIMULACI�N

Es importante recordar que una simulaci�n de HYSYS no representa el cien por ciento

de los equipos, conexiones o corrientes que en planta se pueden observar. Debido a esto, se

deben realizar ciertas simplificaciones, que conllevan a trabajar con un flowsheet aproximado al

esquema real, pero que dependiendo del criterio de quien dise�e las simulaciones podr� ser tan

exacto como se desee.

Para identificar la informaci�n disponible relativa al caso estudiado, y poder juzgar

adecuadamente el modelo dise�ado, se presenta a continuaci�n una breve descripci�n de las

simulaciones, las limitaciones intr�nsecas al trabajo de modelar un proceso y los datos que se

han considerado para la posterior validaci�n:

3.3.1 COMPRESOR HRA-5 DE PLANTA CULLEN

El compresor HRA-5 est� instalado en la sala de compresores de Planta Cullen. Es un

compresor rec�proco con 4 cilindros compresores, todos de igual di�metro de pist�n y v�stago.

La simulaci�n se ha realizado ingresando los par�metros f�sicos entregados por el

Informe de Mantenimiento Predictivo. S�lo se han especificado las variables necesarias para

resolver el sistema, y los resultados han sido contrastados con el resto de informaci�n

proveniente del Informe de Mantenimiento.

Se ha considerado que es necesario esquematizar el separador de l�quido y vapor a la

entrada del compresor, pues aunque al ingresar las propiedades de la corriente de entrada se

ha observado que dicho flujo no presenta l�quidos (fracci�n de vapor igual a 1), a�adir el

separador es un proceso r�pido, y da mayor amplitud de estudio al sistema, preparando la

simulaci�n para un eventual caso en que la corriente de entrada contenga l�quidos.

Se han ingresado adem�s los par�metros f�sicos de cada cilindro (di�metro de pistones,

carrera, clearances, etc.), lo cual da mayor similitud al modelo.

44

3.3.2 COMPRESOR HRA-2 DE ESTACI�N COMPRESORA CALAFATE

Este compresor es similar al HRA-5 ya mencionado, con la �nica salvedad que presenta

diferentes caracter�sticas para los cuatro cilindros compresores, y dichas diferencias se deben

representar en la simulaci�n como dos compresores individuales, cada cual con caracter�sticas

definidas.

Para simular este sistema se debe agregar un divisor, y HYSYS calcular�

autom�ticamente los porcentajes de divisi�n debido a que el flujo que pasa por cada compresor

es funci�n de la velocidad de rotaci�n del motor asociado al compresor, y dicha variable es una

especificaci�n.

Posteriormente las dos corrientes se juntan mediante un mixer, para conformar la

corriente de salida.

Los datos y resultados se han contrastado con el Informe de Mantenimiento Predictivo

correspondiente.

3.3.3 COMPRESOR TLA-3 DE PLANTA POSESI�N

Este compresor ha sido configurado para trabajar en dos etapas de compresi�n, y la

forma de simular esta situaci�n en HYSYS corresponde a definir cada etapa como un compresor

independiente, en el cual la salida de la primera etapa se enfr�a y pasa a la entrada de la

segunda etapa.

Sin embargo hay que considerar un factor bastante importante, el hecho que cada

compresor calcula el flujo de acuerdo a las condiciones de entrada y salida de manera

independiente para cada etapa, y puede suceder que los flujos requeridos por cada compresor

sean diferentes. Considerando la alternativa inicialmente esbozada (una sola l�nea de

corrientes), de un simple balance de masa se obtiene que el flujo es constante a lo largo de las

dos etapas del compresor, y este esquema conllevar�a a un error de especificaciones por parte

45

de HYSYS. Para subsanar este efecto se debe dividir la corriente que sale de la primera etapa en

dos flujos diferentes; una corriente que contin�e hacia la segunda etapa y otra corriente

denominada �antorcha�, que se agrega para asumir el exceso o falta de flujo que requiere la

segunda etapa, y as� cumplir con el balance de masas.

Este cambio en el modelo se puede observar en las siguientes ilustraciones:

Ilustraci�n 16.- Modelo inicial para el compresor de dos etapas

Ilustraci�n 17.- Modelo ajustado para cumplir el balance de masa

Y en una posterior etapa se puede buscar la presi�n �ptima de descarga de la primera

etapa, que minimiza el flujo de la corriente �Antorcha� evitando p�rdidas o recirculaciones.

Los datos, nuevamente, se han obtenido del Informe de Mantenimiento Predictivo

respectivo.

46

3.3.4 COMPRESOR TC-10 DE PLANTA CULLEN

Este compresor es centr�fugo, y trabaja en dos etapas de compresi�n, por lo cual el

esquema a modelar es exactamente el mismo al desarrolllado para el compresor TLA-3. La

diferencia m�s importante radica en el uso de curvas de dise�o para especificar el compresor.

Se debe aclarar que, durante el desarrollo del presente trabajo de titulaci�n, el equipo

en cuesti�n estaba en proceso de instalaci�n en Planta Cullen, raz�n por la cual no se tienen

datos reales de funcionamiento del compresor TC-10.

Como en el proceso de adquisici�n de dicho compresor ENAP Magallanes envi� al

fabricante las especificaciones del gas a comprimir (cromatograf�a promedio, variables de

proceso, etc.) y los requerimientos de salida, y el fabricante entreg� una hoja con resultados, se

ha optado por contrastar dichos valores con los que garantiza el fabricante.

Por estas razones, los datos para la simulaci�n corresponden a las especificaciones

enviadas por ENAP Magallanes y los resultados entregados por el fabricante.

3.3.5 TURBINA DEL TREN SULZER

HYSYS no posee un m�dulo espec�fico para definir turbinas, pero se pueden estimar las

propiedades globales de funcionamiento de la turbina utilizando un expansor.

En la p�gina web del programa se recomienda un modelo para simular el proceso de

combusti�n del gas residual con que se alimenta a la turbina, y se ha utilizado dicho modelo

conceptual para simular la turbina del tren SULZER de Planta Posesi�n.

Se ha investigado adem�s las diferencias para los siguientes esquemas de modelaci�n

del proceso de combusti�n:

47

�Definiendo las reacciones de combusti�n del gas natural [Ec. 15] y utilizando un

reactor del tipo Conversion.

�Omitiendo las reacciones de combusti�n y utilizando un reactor de tipo Gibbs.

Se a�ade adem�s el c�lculo de ciertos par�metros que son de inter�s a la hora de

evaluar el correcto funcionamiento del sistema:

� Potencia disponible total: Considerando que la energ�a involucrada en la

compresi�n del aire se obtiene de la misma turbina, la potencia disponible para

comprimir el gas residual y para alimentar al generador se puede obtener de

acuerdo a:

TOTAL Aire DisponibleHP HP HP� � [Ec. 25]

� Uso de la potencia disponible total: Se puede calcular qu� porcentaje se ocupa

tanto en el generador como en el compresor C-3, asumiendo que la potencia

consumida en el generador (HPGenerador) es de 3,200 HP.

% Generador

Disponible

HPGeneradorHP

�[Ec. 26]

% 3 Disponible Generador

Disponible

HP HPC

HP�

� �[Ec. 27]

� Eficiencia de uso de gas combustible: De la energ�a total que tiene el gas de

entrada a turbina, se calcula el porcentaje que entrega la turbina.

% TOTAL TurbinaGC

HPEf

He�

[Ec. 28]

48

� Eficiencia de la turbina: Se compara la energ�a de salida de los gases con el valor

te�rico calculado si los gases salieran a 0 �C. Si se denota He como la entalp�a

del gas de entrada y Hs entalp�a del gas de salida, se obtiene:

� �Real ÜT ActualH Hs He� �

� �0ÜIdeal CH Hs He� �

RealTurbina

Ideal

HEfH

�[Ec. 29]

3.3.6 ESQUEMA DE PRODUCCI�N DE PLANTAS POSESI�N Y CABO NEGRO

En esta simulaci�n el objetivo es realizar un modelo r�pido e intuitivo del proceso de

fraccionamiento del gas que proviene de los yacimientos y que ingresa a Planta Posesi�n para

generar Gas Residual y Raw Product. En Cabo Negro el Raw Product se separa en sus

componentes comerciales propano, butano y gasolinas.

Este esquema de separaci�n, cuando no se requiere el grado de exactitud entregado

por la simulaci�n espec�fica de Planta Posesi�n, se desarrolla utilizando la herramienta Splitter

de HYSYS, que permite separar una corriente de acuerdo a porcentajes de separaci�n.

El �nfasis se hace en poder obtener una estimaci�n de las ganancias econ�micas

generadas por la separaci�n del Raw Product del Gas Rico, y una vez obtenida la simulaci�n se

puede compara esta situaci�n con la eventualidad de no realizar procesos de separaci�n y

vender todo el flujo de Gas Rico a precio de Gas Residual.

Tambi�n se puede investigar qu� sucede al variar la especificaci�n de calidad del Raw

Product (permitiendo m�s o menos etano) o los efectos que un alza en el precio de venta del

gas residual tiene en las ganancias econ�micas.

49

3.3.7 ELEMPLO DE CARACTERIZACI�N DE PETR�LEOS EN HYSYS

Para esta simulaci�n se ha considerado un An�lisis de Laboratorio efectuado a la

Gasolina Natural en el Terminal Gregorio, y se muestra el procedimiento necesario para

representar la informaci�n de dicho An�lisis en una simulaci�n de HYSYS.

Este caso no corresponde a ninguna instalaci�n o equipo de terreno, y se agrega s�lo

para demostrar el procedimiento correcto de especificaci�n.

3.3.8 EJEMPLO DE LOOP DE GASODUCTOS

De igual forma que para la caracterizaci�n de petr�leos, esta simulaci�n ejemplifica un

loop de gasoductos gen�rico; no tiene s�mil con situaciones reales de terreno.

Representa la simulaci�n de un caso en que se tienen dos gasoductos por los cuales se

ha de transportar una corriente determinada. HYSYS entrega informaci�n valiosa a la hora de

decidir cu�nto porcentaje debe ir en cada gasoducto, de manera que en el punto de uni�n de

ambos gasoductos se obtenga igual presi�n de llegada.

Se a�ade adem�s en el punto de recepci�n la corriente de descarga de un compresor

gen�rico, y se muestra una aplicaci�n de las herramientas Adjust y Set que es fundamental para

resolver la presi�n de salida del gasoducto y de descarga del compresor.

3.3.9 PLANTA CULLEN

El proceso efectuado actualmente en Planta Cullen consiste en deshidratar el gas,

acondicion�ndolo para su transporte hacia continente, y separar las gasolinas mediante

enfriamiento.

La simulaci�n que modelar� esta planta contempla las siguientes etapas de desarrollo:

50

� Circuito de refrigeraci�n por propano

Corresponde a un circuito cerrado de compresi�n, condensaci�n, expansi�n y

calentamiento; la etapa de calentamiento se logra en un intercambiador de tubo y

carcasa en que el propano se evapora y por los tubos circula el fluido de proceso que se

desea enfriar. El compresor es centr�fugo, la condensaci�n se logra mediante una serie

de aeroenfriadores y la expansi�n mediante una v�lvula de Joule-Thompson.

� Tren de enfriamiento del gas de entrada a planta

El gas de proceso se preenfr�a en un intercambiador de tubo y carcasa por interacci�n

con el gas proveniente de un separador de tres fases, para posteriormente, gracias a un

circuito de propano, enfriar a�n m�s la corriente de proceso. Este esquema se simula

mediante dos intercambiadores de calor de tubo y carcasa.

� Flasheo de gasolinas

Las gasolinas generadas por el enfriamiento del gas de proceso pasan por dos etapas

de flasheo que logran disminuir la presi�n de la corriente hasta 15 kg/cm2

aproximadamente. Esto se realiza en HYSYS mediante una serie de separadores y

v�lvulas

� Unidad regeneradora de glicol

A la corriente de entrada a planta se le a�ade una mezcla de etilenglicol y agua. En el

proceso de enfriamiento se logra separar cierta cantidad de agua, que es atrapada por

el etilenglicol. El resultado (una mezcla de etilenglicol y agua con mayor contenido de

agua) se debe purificar para poder recircularlo al punto de entrada a planta. Para esto

se dispone de una serie de intercambiadores de calor que evaporan cierta cantidad de

agua hasta obtener una pureza de glicol suficiente para ser recirculada. Este esquema

se ha simulado en HYSYS con la mayor similitud posible, pues para muchas variables

51

que eran necesarias para la simulaci�n (principalmente temperaturas) no hay

medidores instalados. Sin embargo, como se ver� con posterioridad, los resultados

obtenidos en HYSYS al simular la mezcla glicol agua no resultan satisfactorios debido a

errores internos del programa.

El esquema de los equipos que conforman la unidad regeneradora de glicol se presenta

a continuaci�n.

Ilustraci�n 18.- Esquema de la Unidad Regeneradora de Glicol de Planta Cullen

Se puede notar que, por lo menos en aspecto gr�fico, presenta similitudes bastante

razonables con la simulaci�n desarrollada, que se presenta a continuaci�n:

52

Ilustraci�n 19.- Aspecto de la Unidad Regeneradora de Glicol simulada en HYSYS

Los datos que se han utilizado para realizar y validar la simulaci�n provienen de

diversas fuentes; Informes de Rutina de Laboratorio, datos obtenidos en las Hojas de Estado

Diario medidas por el operador de procesos, datos entregados por los fabricantes de los equipos

simulados y principalmente, por medici�n directa de quien redacta este trabajo durante el

tiempo de estad�a en planta.

3.3.10 PLANTA POSESI�N

El principal objetivo de Planta Posesi�n es separar el gas de entrada a planta en dos

corrientes; Raw Product, constituido de propano, componentes m�s pesados y trazas de etano,

y una corriente denominada Gas Residual, que es b�sicamente metano, etano y una peque�a

cantidad de propano.

53

Para efectuar este proceso de separaci�n se llevan a cabo etapas sucesivas de

enfriamiento al gas que entra a planta, llegando a trabajar temperaturas de hasta -90 �C.

En una primera etapa se efect�a integraci�n de calor con corrientes fr�as de otros

puntos de la planta, logrando disminuir la temperatura de la corriente de entrada hasta

temperaturas cercanas a -45 �C. Producto de esta ca�da de temperatura se obtiene

condensaci�n, y se separa el l�quido y el vapor en un separador.

El enfriamiento se ve favorecido por dos expansiones sucesivas del gas de entrada, que

aproximadamente ingresa a planta a 70 kg/cm2. En el primer expansor se baja la presi�n del gas

a 42 kg/cm2, y como resultado se obtiene condensaci�n de algunos componentes pesados, que

pasan por un separador. En una segunda etapa se baja la presi�n a 26 kg/cm2, nuevamente hay

condensaci�n y se separan los constituyentes. Todas las corrientes de l�quido que se han

generado hasta el momento se unen e ingresan a una columna de destilaci�n, denominada V-5.

Esta columna de destilaci�n posee un condensador total. Los vapores generados en

este condensador constituyen el gas residual, que se precalienta por intercambio con otras

corrientes de proceso hasta llegar a dos compresores centr�fugos acoplados a los dos

expansores ya mencionados. Por el fondo de la columna V-5 el rehervidor presenta una

configuraci�n de termosif�n, recirculando completamente el fluido que pasa por �ste.

Ilustraci�n 20.- Esquema de un rehervidor tipo termosif�n

54

Considere que el rehervidor real corresponde a un horno alimentado por gas residual.

Mediante una extracci�n lateral de l�quido ubicada en el plato n� 1 (la nomenclatura

utilizada enumera los platos desde abajo hacia arriba) se obtiene la corriente de Raw Product,

que es el principal producto de Planta Posesi�n.

La columna V-5 posee 30 platos, y trabaja a una presi�n de dise�o de 30 kg/cm2 en un

amplio rango de temperaturas, desde -50 �C en el tope hasta 115 �C en el fondo. Las

caracter�sticas propias de este sistema, en particular el rango de temperaturas de la columna,

hacen que simular este equipo en HYSYS sea un procedimiento delicado y se debe efectuar una

buena elecci�n de las variables a especificar.

Considerando la columna est�ndar que ofrece HYSYS, se han realizado las

modificaciones necesarias para modelar de forma m�s acertada el entorno de la columna V-5,

utilizando la opci�n de resoluci�n de columnas Modified HYSIM Inside-Out.

La columna final posee 3 grados de libertad, y el proceso de convergencia necesario

para resolver la columna considera por lo tanto la especificaci�n de 3 variables.

Se han escogido las siguientes especificaciones:

� Reflujo Tope: Corresponde al flujo volum�trico (Std Ideal Vol) de recirculaci�n de

tope.

� Etano en Raw Product: La fracci�n molar de etano en el plato 1_Main TS.

� ProducciÉn de Raw Product: El flujo volum�trico est�ndar de Raw Product que se

obtiene por la extracci�n en el plato 1_Main TS de la columna V-5.

� Flujo P-3: Corresponde al flujo volum�trico de producto de fondo que ingresa al

horno H-1 y recircula completamente hacia la torre V-5.

55

Se han definido cuatro variables, debido a que en el proceso de convergencia de la

columna se deben realizar sustituciones de especificaci�n escogiendo tres de �stas hasta

obtener valores normales de operaci�n.

Entre las limitaciones del modelo realizado se debe comentar la ausencia de las curvas

de dise�o correspondientes a los expansores y compresores de Planta Posesi�n. Debido a la

antig�edad de estos equipos no se tiene registro de esta informaci�n.

Se puede comentar que, de todas las simulaciones desarrolladas, la de Planta Posesi�n

es la que considera la mayor cantidad de equipos e interacci�n entre corrientes. Es necesario

agregar 3 m�dulos de reciclo para lograr una adecuada simulaci�n.

Los datos se han obtenido de informaci�n t�cnica obtenida en planta, las variables de

proceso y valores de cromatograf�a han sido recopilados de las Hojas de Estado Diario obtenidas

por el operador de procesos, de Informes de Rutina de Laboratorio y por medici�n directa de las

variables de inter�s por parte de quien redacta el trabajo. Los resultados han sido validados en

base a las mismas fuentes.

56

3.4 DATOS Y RESULTADOS

En la presente secci�n se detallan los datos y resultados que se han especificado para

las simulaciones realizadas para ENAP Magallanes, y se presenta el valor real medido en planta

u obtenido de las diversas fuentes de informaci�n ya nombradas. Adem�s se calcula la

diferencia porcentual entre el valor obtenido por HYSYS y el valor real.

En el anexo se presentan las capturas de pantalla para cada simulaci�n realizada, en

donde se puede comprobar el esquema utilizado. El �Manual para simular procesos productivos

de ENAP Magallanes en HYSYS� contiene un disco compacto con los archivos de las simulaciones

respectivas.

Una forma r�pida de obtener la diferencia entre el modelo y el sistema real es definir el

error relativo (ER) entre ambas medidas; de la siguiente forma:

� �HYSYS Real

Real

Ä100%R

Valor ValorE Abs

Valor� ��

� � ��

[Ec. 30]

Para analizar la similitud en los valores obtenidos de composici�n para determinadas

corrientes, como se trabaja con magnitudes en un rango muy amplio (por ejemplo se contrastan

valores de metano a 92% y valores de CO2 a 0.2%), se ha calculado el error individual para cada

medici�n, pero adem�s se obtiene un error global, denominado EG, que considera la relevancia

de cada compuesto en la cromatograf�a total, de la siguiente forma:

,Re ,ÄG i al R iE x E�� [Ec. 31]

Donde ,RealiX corresponde a la fracci�n reportada por laboratorio para cada

componente i, y el error relativo para la medida de dicho componente es ,R iE .

57

Con esto se logra quitar relevancia al 50% de error relativo que se obtendr�a si, por

ejemplificar, el valor real de la fracci�n de nitr�geno es 0.02 y HYSYS entrega 0.03.

A continuaci�n se muestra en tablas los valores de composici�n que se ha ingresado en

cada simulaci�n presentada en este cap�tulo.

Componente(%mol)

HRA-5 Cullen HRA-2 Calafate TLA-3 Posesi�n TC-10 Cullen

Metano 92.12 92.12 91.50 92.15Etano 3.83 3.83 3.92 3.83Propano 1.20 1.20 1.53 1.22i-Butano 0.25 0.25 0.41 0.25n-Butano 0.30 0.30 0.47 0.35i-Pentano 0.09 0.09 0.15 0.14n-Pentano 0.06 0.06 0.12 0.10n-Hexano 0.01 0.01 0.12 0.15n-Heptano 0.00 0.00 0.02 0.13Nitr�geno 2.04 2.04 1.69 1.48Di�xido de carbono 0.10 0.10 0.06 0.20Agua 0.00 0.00 0.01 0.00Tabla 2.- Composiciones ingresadas para las simulaciones de compresores

Componente(%mol)

Turbina SULZER Planta Cullen Planta Posesi�n

Metano 92.35 91.16 91.04Etano 5.18 4.47 5.37Propano 1.05 1.48 1.12i-Butano 0.00 0.30 0.26n-Butano 0.00 0.42 0.34i-Pentano 0.00 0.14 0.13n-Pentano 0.00 0.12 0.09n-Hexano 0.00 0.17 0.21Nitr�geno 1.04 1.58 1.24Di�xido de carbono 0.38 0.16 0.20Agua 0.00 0.00 0.00Tabla 3.- Composiciones ingresadas a las simulaciones de Tren SULZER, Cullen y Posesi�n

Para el caso de Planta Posesi�n y Planta Cullen se desglosan los resultados obtenidos

de la simulaci�n desarrollada ingresando los valores normales promedio de operaci�n, para

posteriormente validar el modelo al ingresar valores de informes de laboratorio

correspondientes a diferentes d�as de producci�n.

58

3.4.1 COMPRESOR HRA-5 DE PLANTA CULLEN

Datos ingresados a la simulaci�n:

Corriente Variable Valor especificado

Pozos de baja(Entrada al separador)

Temperatura [�F] 75Presi�n [psig] 700Composici�n Ver Tabla 2

Descarga(Descarga del compresor)

Presi�n [psig] 1,123

Tabla 4.- Definiciones de corrientes en la simulaci�n del compresor HRA-5

Equipo Variable Valor especificado

Compresor HRA-5

Number of cylinders 4Cyl. Type Double Acting, No-Tail Rod TypeBore [in] 8.5Stroke [in] 14Piston Rod Diameter [in] 2.5Speed [RPM] 270Adiabatic Efficiency [%] 85Vol. Clearances [in3] Ver Manual

Tabla 5.- Datos del compresor HRA-5

Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]Compresor HRA-5 Potencia [HP] 1,053 1,045 0.8


Temperatura [�F] 145.8 143 2.0Flujo comprimido[MMMCSD]

1,217 1,269 4.1

Tabla 6.- Resultados obtenidos HRA-5

59

3.4.2 COMPRESOR HRA-5 DE ESTACI�N COMPRESORA CALAFATE

Datos ingresados y resultados obtenidos en la simulaci�n:


Calafate(Entrada al separador)




Tabla 7.- Definiciones de corrientes en la simulaci�n del compresor HRA-2


Cil. 1y2

Number of cylinders 2Cyl. Type Double Acting, No-Tail Rod TypeBore [in] 5.5Stroke [in] 14Piston Rod Diameter [in] 3Speed [RPM] 329Adiabatic Efficiency [%] 85Vol. Clearances [in3] Ver Manual

Cil. 3y4

Number of cylinders 2Cyl. Type Double Acting, No-Tail Rod TypeBore [in] 7.25Stroke [in] 14Piston Rod Diameter [in] 3Adiabatic Efficiency [%] 85Vol. Clearances [in3] Ver Manual

Tabla 8.- Datos del compresor HRA-2 dividido en dos compresores te�ricos

Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]

Compresor HRA-2 Potencia [HP] 881 891 1.1

Descarga1(del compresor Cyl. 1y2)

Temperatura [�F] 123.4 133.4 7.5Flujo comprimido[MMMCSD]

0.618 0.594 4.0

Descarga1(Descarga del compresor

Cyl. 1y2)


1.16 1.12 3.6

Descarga total(Suma descargas de ambos

compresores)


1.78 1.68 6.0

Tabla 9.- Resultados obtenidos para el compresor HRA-2

60

3.4.3 COMPRESOR TLA-3 DE PLANTA POSESI�N

Datos ingresados a la simulaci�n:


Entrada(Entrada al separador)


Entrada2(Entrada a la segunda etapa)

Temperatura [�F] 91



Tabla 10.- Definiciones de corrientes en la simulaci�n del compresor TLA-3


Compresor Etapa1

Number of cylinders 2Cyl. Type Double Acting, No-Tail Rod TypeBore [in] 9.75Stroke [in] 19Piston Rod Diameter [in] 4Speed [RPM] 263Adiabatic Efficiency [%] 95Vol. Clearances [in3] Ver Manual

Compresor Etapa2

Number of cylinders 2Cyl. Type Double Acting, No-Tail Rod TypeBore [in] 5.625Stroke [in] 19Piston Rod Diameter [in] 4Adiabatic Efficiency [%] 90Vol. Clearances [in3] Ver Manual

Tabla 11.- Datos del compresor TLA-3 dividido en dos etapas.

Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]Compresor Etapa1 Potencia [HP] 1,242 1,238 0.3Compresor Etapa2 Potencia [HP] 481 496.8 3.2

Descarga Etapa1Temperatura [�F] 196.4 200.5 2.0Flujo comprimido[MMMCSD]

0.780 0.720 8.3

Descarga Etapa2Temperatura [�F] 155.5 148 5.1Flujo comprimido[MMMCSD]

0.657 0.650 1.1

Tabla 12.- Resultados obtenidos TLA-3 para presi�n interetapa de 1,100 psig.

61

3.4.4 COMPRESOR TC-10 DE PLANTA CULLEN

Adem�s de ingresar las curvas de dise�o para ambas etapas del compresor centr�fugo,

que se presentan en el manual anexo, se han realizado las siguientes especificaciones en la

simulaci�n:

Corriente o equipo Variable Valor especificado

Entrada(Entrada al separador)

Temperatura [�C] 20Presi�n [kg/cm2] 6Composici�n Ver Tabla 2

Descarga Etapa1 Presi�n [kg/cm2] 23.28Succi�n2

(Entrada Etapa2)Temperatura [�C] 30

Solar Etapa1 Speed [RPM] 21,216Solar Etapa2 Speed [RPM] 21,216

Tabla 13.- Especificaciones realizadas al compresor TC-10

Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]

Etapa1Potencia [HP] 2,548 2,585 1.4Eficiencia [%] 69 69.3 0.4Head [ft�lbm/lbf] 71,000 70,945 0.1

Etapa2Potencia [HP] 1,833 1,833 0.0Eficiencia [%] 70 70.6 0.8Head [ft�lbm/lbf] 51,797 51,265 1.0

Descarga Etapa1

Temperatura [�C] 155.1 154.6 0.3Flujo a condiciones actuales[Actual ft3/min]

3,020 3,017 0.1

Flujo comprimido[Nm3/d]

677 675 0.3

Descarga Etapa2Temperatura [�C] 132.5 130.0 1.9Flujo a condiciones actuales[Actual ft3/min]

801.9 813.6 1.4

Tabla 14.- Resultados obtenidos al simular el compresor TC-10

Se debe notar que se ha agregado a las curvas de dise�o el punto de operaci�n real, a

21,216 RPM, pues como el rango de eficiencias que presentan las curvas es estrecho, se

observaban errores en la simulaci�n, y los resultados no eran satisfactorios.

62

3.4.5 TURBINA DEL TREN SULZER

Los datos especificados, y resultados obtenidos de la simulaci�n del proceso de

combusti�n y turbina del tren SULZER son los siguientes:


Gas CombustibleTemperatura [�C] 12Presi�n [psia] 100Composici�n Ver Tabla 3

Aire a compresi�nTemperatura [�C] 12Presi�n [psia] 14

Gases de entrada a la turbina

Temperatura [�C] 750

Compresor de aire Eficiencia [%] 90Turbina Eficiencia 75

Tabla 15.- Datos ingresados a la simulaci�n de la turbina del tren SULZER

Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]Compresor de aire Potencia [HP] 35,093 35,000 0.3

Turbina

Potencia [HP] 49,870 50,000 0.3Temperatura de salida de gases [�C]

459.3 450 2.1

Eficiencia de uso de gas combustible [%]

51.93 No disponible -

Potencia disponible total [HP]

14,778 15,000 1.5

Porcentaje utilizado por generador [%]

21.65 No disponible -

Eficiencia de combusti�n [%]

38 No disponible -

Tabla 16.- Resultados obtenidos para el tren SULZER

Composici�n obtenida Componente(%mol)

Reacciones de combusti�n

Reactor de Gibbs

Diferencia [%]

Gases a turbinaOx�geno 16.41 16.41 0Nitr�geno 77.38 77.38 0Agua 04.09 04.09 0Di�xido de carbono 02.12 02.12 0

Tabla 17.- Composiciones del gas de entrada a turbina mediante los dos m�todos

63

3.4.6 PLANTA CULLEN

Datos ingresados y resultados obtenidos:


Gas de entrada

Temperatura [�C] 30Presi�n [kg/cm2] 55Flujo est�ndar de gas [MMMCSD] 2.0Composici�n Ver Tabla 3Water Dew Point [�C] -14

Glicol de recirculaci�nFlujo [USGPM] 1.575Composici�n EGlicol [%masa] 73.1

Propano de enfriamiento Flujo volum�trico [MCSD] 149,300Tabla 18.- Datos ingresados para la simulaci�n de Planta Cullen

Composici�n de gas residual obtenida

Componente(%mol)

Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]

Gas a compresores

Metano 91.42 91.55 0.1Etano 4.45 4.44 0.2Propano 1.44 1.43 0.7i-Butano 0.28 0.28 0.0n-Butano 0.38 0.36 5.6i-Pentano 0.11 0.10 10n-Pentano 0.09 0.07 28n-Hexano 0.08 0.02 300Nitr�geno 1.59 1.61 1.2Di�xido de carbono 0.16 0.16 0.0

ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 0.28Tabla 19.- Cromatograf�a del gas residual obtenida en la simulaci�n

Corriente o equipo Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]

Glicol de separadorComposici�n EGlicol [%masa]

72.7 70.7 2.8

Unidad de regeneraci�n de glicol

Temperatura de regeneraci�n [�F]

241.1 242 0.4

Gas a compresores Water Dew Point [�C] -25.3 -24 5.4

GasolinasFlujo volum�trico est�ndar [m3/d]

36 35 � 45 Valor Aceptable

Separador de gasolinas

Temperatura [�C] -19.3 -17 13

Tabla 20.- Resultados de la simulaci�n de Planta Cullen

64

3.4.7 PLANTA POSESI�N

Datos ingresados y resultados obtenidos:


Gas de entrada

Temperatura [�C] 23Presi�n [kg/cm2] 72Flujo est�ndar de gas [MMMCSD] 7.5Composici�n Ver Tabla 3

Expansor 1Presi�n de descarga [kg/cm2] 42Flujo que pasa por v�lvula JT [%] 10

Expansor 2Presi�n de descarga [kg/cm2] 27Flujo que pasa por v�lvula JT [%] 1

Separador V-21 Temperatura [�C] -74

Intercambiador E-6Temperatura de corriente de salida por los tubos [�C]

-66

Columna V-5Reflujo de tope [m3/d] 1,000Etano en Raw Product [fracci�n molar] 0.016Flujo P-3 (A horno) [m3/d] 1,280

Tabla 21.- Listado de especificaciones utilizadas para simular Planta Posesi�n

Con respecto a los resultados relacionados con la columna de destilaci�n V-5 y los

equipos asociados, los resultados obtenidos son:

Corriente o equipo Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]Separador V-1 Presi�n [kg/cm2] 65.88 69.5 5.2

Separador V-21 Presi�n [kg/cm2] 42 41.1 2.2

Expansor Ex-1

Presi�n Entrada Ex-1 [kg/cm2]

65.88 63.1 4.4

Presi�n Entrada Gas en C-2 [kg/cm2]

30.6 27.0 13.3

Presi�n Salida Gas en C-2 [kg/cm2]

37.6 30.7 22.5

Expansor Ex-2

Presi�n Entrada Ex-2 [kg/cm2]

42 40 5.0

Presi�n Entrada Gas en C-1 [kg/cm2]

26.5 23 15.2

Presi�n Salida Gas en C-1 [kg/cm2]

30 26 15.4

Tabla 22.-Temperaturas y presiones obtenidas de la simulaci�n de Planta Posesi�n

65

La simulaci�n entrega los siguientes valores para la cromatograf�a de los gases

reportados en el Informe de Laboratorio:

Composici�n Componente(%mol)


Gases de V-4

Metano 78.07 81.69 4.4Etano 21.56 17.35 24.3Propano 0.01 0.01 0.0Nitr�geno 0.32 0.27 18.5Di�xido de carbono 0.05 0.69 92.8

ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 8.5

Gases de V-3



Raw Product

Etano 1.60 1.35 18.5Propano 50.52 50.10 0.8i-Butano 12.07 12.62 4.4n-Butano 15.81 16.94 6.7i-Pentano 6.05 5.74 5.4n-Pentano 4.19 4.15 1.0n-Hexano 9.77 9.11 7.2


Gas Residual


ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 1.0Tabla 24.- Composici�n de las corrientes obtenidas en la simulaci�n

Columna V-5 Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]

Corriente de entradaTemperatura [�C] -45 -47 4.3Presi�n [kg/cm2] 32 30 6.7

Fondo de la torre Temperatura [�C] 106.7 110 3.0Reflujo de fondo Temperatura [�C] 111 120 7.5Vapores de tope Temperatura [�C] -40 -38 5.3Reflujo de tope Temperatura [�C] -50 -47 6.4

Gas residual Flujo [MMMCSD] 1.28 1.15 11.3Raw Product Flujo [m3/d] 668.5 750 10

Tabla 23.- Resultados obtenidos al simular la columna V-5

66

3.5 VALIDACI�N DE LAS SIMULACIONES OBTENIDAS

Considerando que las simulaciones m�s importantes corresponden a las de Planta

Posesi�n y Planta Cullen, se ha investigado el comportamiento de los modelos propuestos en

HYSYS para estas plantas.

Se ha contrastado el resultado entregado por las simulaciones creadas en HYSYS con

valores reales obtenidos durante cinco d�as de operaci�n de planta (para el caso de Planta

Posesi�n se han considerado cuatro d�as, debido a la estabilidad de los valores observados),

ingresando la informaci�n correspondiente a los Informes de Rutina de Laboratorio y Hojas de

Estado Diario registradas por el operador de procesos de planta. Las fechas corresponden a:

� Planta Cullen: Entre el 24 y el 28 de Julio de 2007.

� Planta Posesi�n: Entre el 31 de Julio y el 5 de Agosto de 2007.

Las condiciones de presi�n, temperatura y flujo de entrada a planta se han considerado

estables para el lapso de tiempo estudiado, y corresponden a:

Condiciones de proceso

Variable Planta Cullen Planta Posesi�n

Entrada a Planta

Temperatura [�C] 30 23Presi�n [kg/cm2] 55 70Flujo volum�trico est�ndar [MMMCSD]

2.0 7.0

Tabla 25.- Valores normales de operaci�n Planta Cullen y Planta Posesi�n

67

3.5.1 VALIDACI�N DE PLANTA CULLEN

Las variables que se deben especificar, para obtener los resultados y analizar la

simulaci�n presentada de Planta Cullen son:

� Cromatograf�a realizada al gas de entrada a planta: Laboratorio realiza dos

medidas diarias de cromatograf�a al gas de entrada. Se ingresa a la simulaci�n el

valor promedio de dichos resultados.

� Porcentaje de pureza de etilenglicol de recirculaci�n; tambi�n reportado por

laboratorio.

� Punto de roc�o del gas de entrada: medido por laboratorio dos veces al d�a. Se

ingresa a la simulaci�n el promedio de dichos valores.

La variable que es fundamental a la hora de obtener un buen resultado es la

temperatura a la cual se lleva a cabo la separaci�n; que se regula mediante el flujo de propano

de enfriamiento. Esta variable presenta constantes variaciones, raz�n por la cual no se puede

dar un dato exacto, pero se ha observado que un valor razonable est� entre 140,000 y 160,000

MCSD. Se ajusta dicha variable en el modelo de HYSYS hasta obtener resultados satisfactorios.

Bajo las mismas consideraciones, se considera aceptable un flujo de gasolinas entre 35

y 45 m3/d�a.

Una vez realizadas estas modificaciones se pueden recopilar los resultados y

contrastarlos con el valor reportado por Laboratorio, principalmente cromatograf�a y punto de

roc�o del gas residual.

Los valores reportados por Laboratorio, para cromatograf�a y punto de roc�o del gas de

entrada son:

68

Fecha 24-jul 25-jul 26-jul 27-jul 28-julMetano 91.68 91.69 91.78 91.67 91.75Etano 4.33 4.36 4.29 4.24 4.27Propano 1.50 1.51 1.46 1.43 1.48i-Butano 0.34 0.34 0.33 0.34 0.34n-Butano 0.46 0.46 0.46 0.45 0.45i-Pentano 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16n-Pentano 0.13 0.13 0.13 0.28 0.13n-Hexano 0.28 0.25 0.25 0.23 0.28Nitr�geno 1.02 1.00 1.03 1.12 1.04CO2 0.12 0.12 0.12 0.11 0.12Agua 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Dew Point [�C] -11.00 -12.00 -12.00 -13.00 -11.00Tabla 26.- Composiciones del gas de entrada para las situaciones analizadas

A continuaci�n se presentan los resultados obtenidos. Se denomina URG a la Unidad

Regeneradora de Glicol. Se enlistan los datos de cromatograf�a y punto de roc�o del gas residual,

temperatura de regeneraci�n de glicol y porcentaje de pureza del glicol que ingresa al sistema

de regeneraci�n. Para el flujo de propano necesario y la producci�n de gasolina, se especifica si

el valor obtenido est� dentro del rango aceptable ya definido.

24/07/07 Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]Metano 92.11 92.00 0.1Etano 4.30 4.45 3.4Propano 1.44 1.43 0.7i-Butano 0.31 0.30 3.3n-Butano 0.40 0.39 2.6i-Pentano 0.12 0.11 9.1n-Pentano 0.09 0.08 12n-Hexano 0.11 0.07 57Nitr�geno 1.03 1.05 1.9CO2 0.10 0.13 23

ERROR GLOBAL [%] 0.4Dew Point Salida[�C] -21.24 -26.0 18.3Temperatura URG [�F] 237.6 242 1.8Glicol a URG[%] 69.7 68.4 1.9Gasolinas [m3/d] 43.27 AceptableFlujo de propano [MCSD] 148 AceptableTabla 27.- Simulaci�n de Planta Cullen del d�a 24/07/07

69

25/07/07 Valor HYSYS Valor realDiferencia [%]

Metano 92.12 91.98 0.2Etano 4.33 4.45 2.7Propano 1.45 1.44 0.7i-Butano 0.31 0.30 3.3n-Butano 0.40 0.40 0.0i-Pentano 0.12 0.12 0.0n-Pentano 0.09 0.09 0.0n-Hexano 0.10 0.07 43Nitr�geno 1.01 1.05 3.8CO2 0.10 0.13 23

ERROR GLOBAL [%] 0.38Dew Point Salida[�C] -23.1 -24.5 1.6Temperatura URG [�F] 241.0 242 0.4Glicol a URG[%] 72.5 68.8 4.4Gasolinas [m3/d] 41.12 AceptableFlujo de propano [MCSD] 149.3 AceptableTabla 28.- Simulaci�n de Planta Cullen del d�a 25/07/07


Metano 92.17 92.12 0Etano 4.26 4.39 2.9Propano 1.40 1.38 2.2i-Butano 0.30 0.29 4.4n-Butano 0.40 0.38 7.1i-Pentano 0.12 0.10 22n-Pentano 0.09 0.07 30n-Hexano 0.10 0.06 84Nitr�geno 1.04 1.09 5CO2 0.12 0.13 7.7

ERROR GLOBAL [%] 0.35Dew Point Salida[�C] -22.31 -23.50 5.1Temperatura URG [�F] 238.20 242 1.6Glicol a URG[%] 70.4 68.90 5Gasolinas [m3/d] 39.27 AceptableFlujo de propano [MCSD] 148 AceptableTabla 29.- Simulaci�n de Planta Cullen del d�a 26/07/07

70


Metano 92.10 92.03 0.1Etano 4.21 4.40 4.3Propano 1.37 1.36 0.7i-Butano 0.31 0.30 3.3n-Butano 0.39 0.38 2.6i-Pentano 0.12 0.11 9.1n-Pentano 0.18 0.08 125n-Hexano 0.09 0.11 18Nitr�geno 1.13 1.13 0.0CO2 0.11 0.12 8.3

ERROR GLOBAL [%] 0.4Dew Point Salida[�C] -20.89 -27.5 24Temperatura URG [�F] 239.7 242 1.0Glicol a URG[%] 71.66 68.80 4.2Gasolinas [m3/d] 45.27 AceptableFlujo de propano [MCSD] 146.7 AceptableTabla 30.- Simulaci�n de Planta Cullen del d�a 27/07/07


Metano 92.14 92.03 0.1Etano 4.24 4.40 3.6Propano 1.42 1.40 1.4i-Butano 0.31 0.30 3.3n-Butano 0.39 0.39 0.0i-Pentano 0.12 0.12 0.0n-Pentano 0.09 0.08 12n-Hexano 0.12 0.09 33Nitr�geno 1.05 1.09 3.7CO2 0.12 0.13 7.7

ERROR GLOBAL [%] 0.4Dew Point Salida[�C] -21.1 -26.0 18.8Temperatura URG [�F] 233.2 242 3.6Glicol a URG[%] 65.6 66.00 0.6Gasolinas [m3/d] 40.9 AceptableFlujo de propano [MCSD] 146.7 AceptableTabla 31.- Simulaci�n de Planta Cullen del d�a 28/07/07

71

3.5.2 VALIDACI�N DE PLANTA POSESI�N

Durante el proceso de recolecci�n de datos las condiciones operativas de planta se

mantuvieron sumamente estables, para las variables que interesan en la simulaci�n. Esto

significa que las siguientes variables, para todos los casos estudiados, se especificar�n al valor

que se presenta a continuaci�n:


Gas de entradaTemperatura [�C] 13Presi�n [kg/cm2] 70Flujo est�ndar de gas [MMMCSD] 7.0

Expansor 1Presi�n de descarga [kg/cm2] 41.5Flujo que pasa por v�lvula JT [%] 10

Expansor 2Presi�n de descarga [kg/cm2] 26.5Flujo que pasa por v�lvula JT [%] 1

Separador V-21 Temperatura [�C] -73

Columna V-5Reflujo de tope [m3/d] 1,000Flujo P-3 (A horno) [m3/d] 1,280

Tabla 32.- Valores estables de operaci�n de Planta Posesi�n

La �nica variable que se modificar� en cada validaci�n es la cromatograf�a del gas de

entrada a planta, y se ingresar� la fracci�n de etano en Raw Product reportada por Laboratorio

como especificaci�n para la columna V-5. Los valores reportados por Laboratorio son:

Fecha 31-ago 01-sep 04-sep 05-sepMetano 91.23 91.2 91.44 90.58Etano 5.33 5.24 5.04 6.00Propano 1.07 1.15 1.12 1.06i-Butano 0.24 0.26 0.24 0.25n-Butano 0.31 0.35 0.31 0.33i-Pentano 0.12 0.12 0.12 0.12n-Pentano 0.09 0.09 0.09 0.09n-Hexano 0.20 0.22 0.17 0.18Nitr�geno 1.21 1.16 1.25 1.20CO2 0.20 0.21 0.22 0.19Tabla 33.- Informaci�n de laboratorio para la simulaci�n de Planta Posesi�n

Y los resultados obtenidos son:

72



Gases de V-4

Metano 75.91 81.28 6.6Etano 23.30 17.82 30.8Nitr�geno 0.29 0.23 25.1Di�xido de carbono 0.50 0.68 27.2ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 11.1

Gases de V-3

Metano 96.14 96.40 0.3Etano 2.26 2.27 0.6Propano 0.05 0.08 39.8Nitr�geno 1.40 0.99 41.6Di�xido de carbono 0.15 0.28 45.4ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 0.8

Raw Product

Etano 1.42 1.42 0.0Propano 51.05 49.68 2.8i-Butano 11.86 12.48 5.0n-Butano 15.35 16.85 8.9i-Pentano 5.95 6.13 3.0n-Pentano 4.46 4.21 6.0n-Hexano 9.91 9.23 7.4ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 4.6

Gas Residual


Tabla 35.- Cromatograf�a obtenida para la simulaci�n de Planta Posesi�n d�a 31/07/07


Separador V-1 Presi�n [kg/cm2] 63.9 68.7 7.0

Expansor Ex-1Presi�n Entrada [kg/cm2] 63.9 62.5 2.2Presi�n Entrada C-2 [kg/cm2] 29.7 26.7 11.3Presi�n Salida C-2 [kg/cm2] 34.1 30.3 12.6

Expansor Ex-2Presi�n Entrada [kg/cm2] 41.5 40.0 3.8Presi�n Entrada C-1 [kg/cm2] 26.0 23.4 11.1

Entrada V-5 Temperatura [�C] -55.0 -55.0 0.0Fondo de la torre Temperatura [�C] 106.9 108.7 1.7Reflujo de fondo Temperatura [�C] 111.6 115.8 3.6Vapores de tope Temperatura [�C] -36.9 -42.0 12.1Reflujo de tope Temperatura [�C] -48.2 -52.3 7.9

Gas residual Flujo [MMMCSD] 1.0 1.0 0.0Raw Product Flujo [m3/d] 585.8 580.0 1.0

Tabla 34.- Simulaci�n de Planta Posesi�n d�a 31/07/07

73



Gases de V-4


Gases de V-3


Raw Product


Gas Residual








Gas residual Flujo [MMMCSD] 1.0 1.0 0Raw Product Flujo [m3/d] 631.4 573.0 10.2


74



Gases de V-4


Gases de V-3


Raw Product


Gas Residual










75



Gases de V-4

Metano 75.10 83.69 10.3Etano 24.16 15.43 56.5Nitr�geno 0.29 0.25 16.5Di�xido de carbono 0.45 0.65 31.0ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 17

Gases de V-3


Raw Product


Gas Residual










76

3.6 AN�LISIS Y DISCUSI�N DE RESULTADOS

Considerando los resultados expuestos en la secci�n anterior se pueden analizar los

resultados que entregan las diferentes simulaciones HYSYS realizadas para los procesos de ENAP

Magallanes.

Con respecto a las simulaciones referidas a los compresores rec�procos HRA-2, HRA-5 y

TLA-3 se puede comprobar que los resultados entregados por las simulaciones resultan

satisfactorios para la precisi�n que se requiere de una estimaci�n computacional, las diferencias

en la mayor�a de las variables estudiadas no superan el 5% del valor real, lo cual se considera

aceptable.

Para la simulaci�n del compresor centr�fugo TC-10, se han ingresado las curvas de

dise�o y para la primera etapa de compresi�n se ha a�adido el punto de operaci�n definido por

las condiciones que garantiza el fabricante, debido a que durante el proceso de creaci�n de la

simulaci�n se observaban oscilaciones apreciables y no se observaban los mismos resultados al

variar las condiciones de entrada y volver al caso inicial, lo cual se debe al poco rango de

eficiencias en que se presentan las curvas. Sin embargo la segunda etapa de compresi�n s�lo

considera las curvas de dise�o, y representa eficazmente la eficiencia de operaci�n que

garantiza el fabricante. Este factor, sumado a que el resto de variables consideradas no difieren

del valor real en m�s de un 2%, hace concluir que la simulaci�n representa perfectamente la

situaci�n garantizada, y que de instalarse dicho equipo e ingresar datos reales a la simulaci�n, se

obtendr�n similitudes satisfactorias.

Para la simulaci�n de Planta Cullen, considerando el proceso de validaci�n realizado

para cinco d�as de operaci�n de planta, se puede concluir que el valor obtenido para las

gasolinas producidas y el flujo de propano necesario para cumplir los requerimientos se

encuentran dentro de los valores esperados, si bien es necesario un flujo de propano

relativamente m�s bajo que el valor real.

77

El valor para el punto de roc�o es m�s alto que el reportado por laboratorio. Esto

sucede debido a la imposibilidad de simular la interacci�n de glicol y agua con las

termodin�micas disponibles en el software.

Con respecto a la cromatograf�a del gas de salida, el error global no supera el 1%, y

considerando la variabilidad de los valores reales se puede concluir que los resultados son

representativos dentro del rango de precisi�n necesario. Por otra parte s�lo se realizan dos

muestreos diarios, y las variaciones entre dichas medidas se equiparan a la variaci�n entre el

dato real y la estimaci�n que entrega HYSYS. De haber alg�n sistema de cromatograf�a en l�nea

se podr�a haber depurado m�s los resultados obtenidos en este punto, pero los valores

referenciales ya presentan discrepancias y por lo tanto se considera cumplido el objetivo.

Para la secci�n de regeneraci�n de etilenglicol es donde se observan las mayores

discrepancias. Interfiere directamente en la predicci�n del punto de roc�o de salida, entregando

un valor m�s alto del real. Esto sucede fundamentalmente ya que se utiliz� el paquete

termodin�mico de Peng-Robinson, y ser�a preferible un modelo de actividad para simular la

interacci�n entre el glicol y el agua. Sin embargo la importancia de simular la condensaci�n de

los hidrocarburos impide cambiar de termodin�mica, pues se ha podido comprobar que Peng-

Robinson entrega muy buenos resultados para simular gas natural. Los fabricantes de HYSYS

est�n en conocimiento de las falencias de simular glicol, agua y gas natural, y han presentado un

paquete de actualizaci�n espec�fico para simular dichas situaciones. Lamentablemente dicha

actualizaci�n se puede implementar en versiones HYSYS 2004 o superiores, y ya se ha dicho que

ENAP posee licencia s�lo para la versi�n 3.2 en estado estacionario, que es anterior a la versi�n

2004. En la imposibilidad de mejorar este aspecto de la simulaci�n, se debe considerar esta

falencia como un error propio del programa y no del modelo propuesto.

Para la simulaci�n de Planta Posesi�n los resultados obtenidos en la simulaci�n son

aceptables. Las discrepancias se encuentran b�sicamente en las presiones de los compresores

C-1 y C-2, pero debido a que no se posee informaci�n de dise�o referente a estos compresores

(son necesarias las curvas, principalmente), el �nico par�metro disponible de modificar es la

eficiencia adiab�tica, pero esta variable en un compresor gen�rico s�lo act�a sobre la

78

temperatura de descarga, y por lo tanto no se pueden ajustar m�s los valores de presi�n

obtenidos.

Si bien el error global al simular la corriente de tope de la columna (Gases de V-4, en las

tablas) es aproximadamente un 10%, la relevancia de dicha corriente no es fundamental a la

hora de juzgar el comportamiento de la simulaci�n, pues interact�a con pocos equipos. Con

respecto a flujos y temperatura, en general el comportamiento es satisfactorio. Considerando

que se han simulado casos en que la composici�n de etano de la corriente de Raw Product var�a

entre 0.4% y 1.8%, y no se ha debido modificar las especificaciones de la columna ni la

estructura del modelo para obtener resultados adecuados, se concluye que la simulaci�n de la

columna V-5 y equipos asociados resulta satisfactoria.

La simulaci�n general de Planta Posesi�n es coherente con lo observado en terreno, y

resulta satisfactoria dentro del rango de precisi�n esperado.

En resumen, las simulaciones de los procesos de ENAP Magallanes en HYSYS que se han

desarrollado en el presente trabajo de titulaci�n cumplen el objetivo de dar una buena

aproximaci�n a la situaci�n real, y permitir�n al operador obtener una estimaci�n del efecto que

producir�a realizar alg�n cambio en las condiciones de proceso.

CAP�TULO IVCONCLUSIONES

80

IV - CONCLUSIONES

Considerando lo expuesto en el presente trabajo se pueden concluir las siguientes

situaciones:

Se ha logrado implementar simulaciones HYSYS de los procesos productivos diarios de

ENAP Magallanes. Los resultados que entregan estas simulaciones se han contrastado con los

valores reales de operaci�n y se ha concluido que dichas simulaciones son efectivamente

representativas de las situaciones que se desea modelar, y por lo tanto servir�n para obtener

una estimaci�n inicial bastante certera de los efectos que suceder�an si se modifica alg�n set

point o cambian las condiciones de operaci�n de planta.

En lo referido a las simulaciones de los compresores, se concluye que HYSYS provee

muy buenos resultados para las variables m�s importantes en estos equipos (flujos

comprimidos, velocidades de rotaci�n, temperaturas de descarga, etc.) y se puede adaptar a

diversas configuraciones de compresi�n (de una o m�s etapas, rec�procos, centr�fugos, etc.), lo

que permite simular diferentes situaciones mediante una misma metodolog�a.

Para la simulaci�n de Planta Cullen se obtienen resultados coherentes y precisos para

el proceso desarrollado. La predicci�n de cromatograf�a del gas residual es adecuada para

obtener estimaciones r�pidas de la situaci�n actual.

Con respecto a la imposibilidad de representar de manera m�s fiel el proceso de

regeneraci�n de etilenglicol, se plantea la opci�n de actualizar el software a la versi�n HYSYS

2004, que presenta una actualizaci�n espec�fica para dichas situaciones. De todas formas, dicha

parte del proceso global de Planta Cullen es sumamente estable en planta, no presenta mayores

complejidades de operaci�n y se deber�a evaluar apropiadamente qu� beneficios reportar�a el

poder simular adecuadamente dicho sistema.

Para Planta Posesi�n se presenta una simulaci�n que entrega resultados confiables, y

las especificaciones elegidas para la columna V-5 generan que sea estable frente a cambios en

81

las condiciones de entrada a planta. De todas formas las temperaturas que entrega la

simulaci�n presentan ciertas diferencias, esto debido a que el rango de trabajo de la columna V-

5 es bastante amplio (entre -50 y 120 �C) y te�ricamente dif�cil de simular.

Los compresores y expansores de Planta Posesi�n, debido a la ausencia de curvas de

dise�o, se han simulado como equipos gen�ricos, y esto provoca una diferencia en las presiones

que entrega HYSYS de hasta un 10% comparado con el valor real. Sin embargo para los efectos

que se requiere analizar (se hace �nfasis en la predicci�n de la corriente de Raw Product), la

presi�n del gas en los compresores no es un factor relevante. Una mejor precisi�n (asociada a

ingresar las curvas de operaci�n) no afectar� mayormente la simulaci�n global. En caso de

querer investigar espec�ficamente la secci�n de expansores y compresores de Planta Posesi�n s�

es fundamental el ingreso de las curvas de operaci�n y, como se ha visto por la simulaci�n del

compresor centr�fugo TC-10, los resultados son adecuados y sumamente certeros.

En el proceso de desarrollo de este trabajo se ha confeccionado el �Manual para

simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYS�, documento que entrega la

informaci�n completa y detallada del proceso de creaci�n de las simulaciones que se han

analizado en el presente informe y otras. Adem�s, de una forma clara y metodol�gica, el manual

entrega los conocimientos necesarios para que el usuario pueda recrear estas simulaciones y

analizar los resultados, o generar el caso espec�fico que sea de su inter�s.

Este manual permitir� difundir el uso de HYSYS entre los profesionales de ENAP

Magallanes, y servir� tambi�n de material de estudio para los cursos relacionados con

simulaciones del Departamento de Qu�mica de la UMAG.

Se puede concluir que se han cumplido a cabalidad los objetivos planteados en el

trabajo de titulaci�n.

CAP�TULO VBIBLIOGRAF�A

83

V - BIBLIOGRAF�A

5.1 FUENTES CONSULTADAS

[1.] N. Clement, P. Smith, �HYSYS 3.2 USER GUIDE�, Hyprotech, a subsidiary of

Aspen Technology Inc., 2003.

[2.] R. Russell, �A FLEXIBLE AND RELIABLE METHOD SOLVES SINGLE-TOWER AND

CRUDE-DISTILLATION-COLUMN PROBLEMS�, CHEMICAL ENGINEERING, Octubre

1983, p. 53-59.

[3.] E. Tarifa, �SIMULACI�N DE SISTEMAS QU�MICOS�, Versi�n en PDF obtenido

desde el sitio web http://www.modeladoeningenieria.edu.ar.

[4.] R. Treyball, OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA, 2� Ed., Editorial Mc-

Graw Hill, Mexico, 1980.

5.2 INTERNET � SITIOS CONSULTADOS

[1.] http://support.aspentech.com

[2.] http://www.hyprotech.com

[3.] http://www.enap.cl

[4.] http://www.modeladoeningenieria.edu.ar/index.htm

ANEXOS

85

ASPECTO GR�FICO DE LAS SIMULACIONES

En las siguientes p�ginas se presentan las capturas de pantalla de las simulaciones

analizadas en el presente trabajo.

Corresponden a:

� Simulaci�n Compresor rec�proco HRA-5.

� Simulaci�n Compresor rec�proco HRA-2.

� Simulaci�n Compresor rec�proco TLA-3.

� Simulaci�n Compresor centr�fugo TC-10.

� Simulaci�n Turbina del tren SULZER.

� Simulaci�n de Planta Cullen.

� Simulaci�n de Planta Posesi�n.

86

SimulaciÉn Compresor recáproco HRA-5

87

SimulaciÉn Compresor recáproco HRA-2

88

SimulaciÉn Compresor recáproco TLA-3

89

SimulaciÉn Compresor centráfugo TC-10

90

SimulaciÉn Turbina Tren Sulzer

91

SimulaciÉn Planta Cullen

92

SimulaciÉn Planta PosesiÉn

93

INFORMACI�N DE COMPRESORES

Se presentan los informes de mantenimiento predictivo para los compresores

rec�procos analizados, y las curvas de dise�o del compresor TC-10.

Compresor HRA-2

94

Compresor HRA-5

95

Compresor TLA-3

96

Curvas compresor TC-10 - Etapa 1

97

Curvas compresor TC-10 - Etapa 2

98

Curvas compresor TC-10 - Potencia

†simulaci‡n en hysys de los procesos productivos de...

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