· Web viewuniversidad nacional experimental “rafael maria baralt” vicerrectorado academico subprograma extension universitaria programa: ingenieria y tecnologia

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

“RAFAEL MARIA BARALT”

VICERRECTORADO ACADEMICO SUBPROGRAMA EXTENSION

UNIVERSITARIA PROGRAMA: INGENIERIA Y TECNOLOGIA

DIPLOMADO FUNDAMENTOS DEL GAS NATURAL EN LOS PROCESOS DE

LA INDUSTRIA PETROLERA

PROCESO DE REFRIGERACIÓN

MECÁNICA

Profesor:

MSC. González, Deny

Autores:

ING. Alejandra Reyes

ING. Amira Alarbis

Los Puertos de Altagracia; junio de 2012

EJERCICIO

Utilizando el sistema de refrigeración mostrado en la figura, determine las condiciones

de presión, temperatura, potencia total y la tasa de circulación del refrigerante (propano),

para manejar 60 MMPCND de gas natural de composición conocida de 500 LPCA y

80°F la cual será enfriado a –35°F, considerando una eficiencia de compresión de 0,70

1. Composición del gas

Comp. C1 C2 C3 nC4 nC5 nC6% Zi 69,00 11,00 6,00 4,00 3,00 1,00

2. Propiedades de los componentes del gas natural

Compuesto

Comp. % Zi

Normalizar Peso Molecu

lar, lb/lbmol

Temperatura Crítica, (°R)

Presión Crítica,

lpca

Factor acéntrico

, w

C1 69,000 0,734 16,043 343,340 667,000 0,0108C2 11,000 0,117 30,070 550,070 707,800 0,0972C3 6,000 0,064 44,097 665,930 615,000 0,1515

n-C4 4,000 0,043 58,123 765,520 548,800 0,1981n-C5 3,000 0,032 72,150 845,700 488,100 0,2510n-C6 1,000 0,011 86,177 913,800 436,900 0,2990

94.00 1,000

3. Cálculo de Fases en la Corriente de Entrada del Gas Natural @ T = 80 °F y P

= 500 psia

Para lo cual se calculan las constantes de equilibrio, por la correlación de Wilson (1968),

quien formuló una expresión termodinámica para estimar estas constantes. Esta expresión

propuesta genera valores razonables de relaciones de equilibrio a bajas presiones (<1000

psia) y tiene la siguiente forma:

Ki=PciP

⋅EXP[5 .37⋅(1+wi )⋅(1−TciT )]

Donde:

Pci = Presión Crítica del Componente i, psia.

P = Presión del Sistema, psia.

Tci = temperatura Crítica del Componente i, °R.

T = Temperatura del Sistema, °R.

wi = Factor acéntrico del componente i.

Se muestra en la siguiente tabla los valores de los Ki para todos los componentes:

El cálculo de fases se realiza con el desarrollo de la siguiente expresión:

¿ n=6¿En la siguiente tabla se muestran los valores obtenidos en el proceso iterativo, para el cual

se asume como valor inicial para la iteración V = 0.5.

Iteración N° Valor V asumido Resultado Iteración

1 0,5 0,9941

2 0,75 0,4899

3 0,875 0,1429

4 0,9375 -0,2397

5 0,9063 -0,0080

6 0,8906 0,0743

7 0,8984 0,0353

8 0,9023 0,0145

9 0,9043 0,0034

10 0,9054 -0,0027

Componente Ki

C1 9,631C2 1,268C3 0,291

n-C4 0,075n-C5 0,022n-C6 0,007

Luego de realizado el proceso iterativo se determino que el valor V=0,9054 entonces: L=1-

V = 0,0946.

Posteriormente se realiza el cálculo de las composiciones de las fases de líquido y de vapor

con las siguientes expresiones:

xi= ZiV⋅(Ki−1 )+1 yi=xi⋅Ki

Mostrándose los resultados obtenidos en la siguiente tabla:

Componente

xi xi (normalizada

)

yi yi (normalizada

)C1 0,08327961

40,083074617 0,80008412

20,802265349

C2 0,094150767

0,09391901 0,119117698

0,119442442

C3 0,178326718

0,177887756 0,051735231

0,051876274

n-C4 0,26220582 0,261560385 0,01954749 0,019600781n-C5 0,27912658

30,278439496 0,00606207

50,006078602

n-C6 0,105378132

0,105118737 0,000734548

0,000736551

Sumatoria 1,002467634

1 0,997281165

1

4. Cálculo de las propiedades pseudo críticas de la fase líquida y de la fase vapor de

la corriente de entrada del gas natural

FASE LIQUIDA

Componente

xi (normalizada

)

Temperatura Crítica,

(°R)

xi*Tci Presión Crítica,

lpca

xi*Pci Factor acéntric

o w

xi*wi

C1 0,083074617 343,340 28,52283884 667,000 55,41076923 0,011 0,000897206C2 0,09391901 550,070 51,66202961 707,800 66,475875 0,097 0,009128928C3 0,177887756 665,930 118,4607933 615,000 109,4009699 0,152 0,026949995

n-C4 0,261560385 765,520 200,2297057 548,800 143,5443391 0,198 0,051815112n-C5 0,278439496 845,700 235,4762819 488,100 135,9063181 0,251 0,069888314n-C6 0,105118737 913,800 96,05750189 436,900 45,9263762 0,299 0,031430502

Sumatoria 1 730,4091513 556,6646476 0,190110057

FASE VAPOR

Componente

yi (normalizada

)


(°R)

yi*Tci Presión Crítica,

lpca

yi*Pci Factor acéntrico

, w

yi*wi

C1 0,802265349 343,340 275,449785 667,000 535,1109879 0,011 0,008664466C2 0,119442442 550,070 65,70170424 707,800 84,54136067 0,097 0,011609805C3 0,051876274 665,930 34,54596747 615,000 31,90390881 0,152 0,007859256

n-C4 0,019600781 765,520 15,00479015 548,800 10,75690882 0,198 0,003882915n-C5 0,006078602 845,700 5,140673425 488,100 2,966965471 0,251 0,001525729n-C6 0,000736551 913,800 0,673060314 436,900 0,321799137 0,299 0,000220229

Sumatoria

1 396,5159806 665,6019308 0,033762399

5. Se calcula la entalpía másica ideal (global) de cada componente del sistema de las Figuras 24-3 y 24-5 del GPSA @ T = 80°F (corriente de entrada de gas) y luego estas se multiplican por el peso molecular de cada componente para expresar las entalpías en unidades molares.

Componente Peso Molecular, lb/lbmol

Entalpía másica , H

Entalpía molar, H*PMi

C1 16,043 260 4171,18C2 30,070 175 5262,25C3 44,097 150 6614,55

n-C4 58,123 150 8718,45n-C5 72,150 145 10461,75n-C6 86,177 115 9910,355

6. Cálculo de la entalpía de cada fase para cada componente.

Componente

xi Yi Entalpía molar, H*PMi

Entalpía de la Fase

Líquida, hl

(Btu/lbmol)

Entalpía de la Fase Gaseosa, hg (Btu/lbmol)

C1 0,083074617

0,802265349 4171,18 346,519179 3346,393179

C2 0,09391901 0,119442442 5262,25 494,225308 628,535992

3C3 0,17788775

60,051876274 6614,55 1176,64745

6343,1382114

n-C4 0,261560385

0,019600781 8718,45 2280,401136

170,8884323

n-C5 0,278439496

0,006078602 10461,75 2912,964399

63,59281093

n-C6 0,105118737

0,000736551 9910,355 1041,764001

7,299481993

Sumatoria 8252,52148 4559,848108

7. Corrección de las entalpías ideales de cada fase, por presión y temperatura

a. Fase liquida.

Se determina la temperatura y presión pseudoreducidas:

Psr=PPsc

=500 psia556,6646476 psia

=0 ,8982068507

T sr=TT sc

=540 ° R730,4091513 ° R

=0 .7393116571

Cálculo del término [ (H °−H ) /R⋅T sc ] ° por la Figura 24-6 del GPSA, se entra con Par y se

corta la curva de Tsr, luego se lee el valor de la expresión a la izquierda de la Figura.

[ (H °−H )/R⋅T sc ] °= 4.7

Cálculo del término [ (H °−H )/R⋅T sc ] por la Figura 24-7 del GPSA, se entra con Psr y se


[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = 6,5

Cálculo del término [ (H °−H ) /R⋅T sc ] por la expresión que sigue:

[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = [ (H °−H ) /R⋅T sc ] °+ (wm * [ (H °−H ) /R⋅T sc ] )[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = 5,935715369

Cálculo del término (H °−H ) por la fórmula que sigue:

(H °−H ) = [ (H °−H )/R⋅T sc ] *R*Tsc= 8610,304638

Cálculo de la entalpía real de la fase líquida en la etapa intermedia.

Hl1=hl−(H °−H )=-357,7831584 Btulbmol

Fase vapor.

Se procede de forma similar a la fase liquida quedando:

Pr= 0,751199744Tr= 1,361861883

[ (H °−H ) /R⋅T sc ] =0.42

Entonces calculamos la entalpía real de la fase gaseosa en la corriente de entrada.

Hg1=hg−(H°−H )=4559,425069 Btulbmol

8. Entalpía total de la corriente de entrada de gas natural

H 1=Hl1⋅L+Hg1⋅V=4094,124406 Btulbmol

1. Cálculo de fases en el punto intermedio para el gas natural a Tintermedia= 22.5 °

F y P = 500 psia. , para lo cual se calcula la temperatura en el punto intermedio como un

promedio aritmético entre la temperatura de entrada del gas y la temperatura a la cual

lo quiero enfriar, este criterio se basa en que en la primera etapa de enfriamiento se

aspira garantizar que el gas será enfriado a la mitad de la temperatura requerida.

Tintermedia = (Tent gas- Tsalid gas) = (80+ (-35))/2 =22.5°F=482,5°R

[ (H °−H )/R⋅T sc ]=0 ,09

[ (H °−H ) /R⋅T sc=0,423038616 ]

posteriormente se calculan las constantes de equilibrio por la correlación de Wilson (1968),

a bajas presiones (<1000 psia):

Ki=PciP

⋅EXP[5 .37⋅(1+wi )⋅(1−TciT )]

Obteniendo:

El cálculo de las dos fases se realiza con el desarrollo de la siguiente expresión:

¿ n=6¿Para lo cual al sustituir e iterar para determinar V tenemos:


1 0,5 0,7495

2 0,75 0,2345

3 0,875 -0,2314

4 0,8125 0,0514

5 0,8438 0,1560

6 0,8595 -0,1453

7 0,8556 -0,1258

8 0,8536 -0,1161

9 0,8526 -5,4524

Componente

Ki Zi

C1 6,383 0,734C2 0,620 0,117C3 0,117 0,064

n-C4 0,025 0,043n-C5 0,006 0,032n-C6 0,002 0,011

10 0,8521 -0,1089

Entonces si V=0,8521 conocemos que L=1-V = 0,1479, determinando ahora la

composición de mi gas intermedio empleando las siguientes ecuaciones y mostrado en la

siguiente tabla los resultados obtenidos:


Componente xi

xi (normalizad

a)

yi yi (normalizad

a)C1 0,13138022

10,120226513 0,83864736

40,852372801

C2 0,172993136

0,158306641 0,107306175

0,109062365

C3 0,257609558

0,235739434 0,030195204

0,030689384

n-C4 0,251234375

0,229905481 0,006332153

0,006435786

n-C5 0,208328541

0,190642197 0,001294569

0,001315756

n-C6 0,071226617

0,065179733 0,000121912

0,000123907


1 0,983897377

1

9. Cálculo de la composición Zi en la fase intermedia

Se realiza el cálculo empleando la siguiente ecuación:

Zi= yi∗V +xi∗LF Donde F=1

Aplicando la ecuación tenemos que:

Componente ZiC1 0,74408837C2 0,11634559C3 0,06101629

n-C4 0,03948695

n-C5 0,00110346n-C6 0,00974566

Componente

xi (normalizada)


(°R)


lpca

xi*Pci Factor acéntrico,

w

xi*wi

C1 0,120226513 343,340 41,27857107 667,000 80,19108435 0,0108 0,00129845C2 0,158306641 550,070 87,07973409 707,800 112,0494406 0,0972 0,01538741C3 0,235739434 665,930 156,9859612 615,000 144,9797518 0,1515 0,03571452

n-C4 0,229905481 765,520 175,9972439 548,800 126,172128 0,1981 0,04554428n-C5 0,190642197 845,700 161,2261063 488,100 93,05245655 0,2510 0,04785119n-C6 0,065179733 913,800 59,56124027 436,900 28,47702547 0,2990 0,01948874

Sumatoria 1 10. Calculo de las propiedades pseudo críticas de la fase líquida y de la fase vapor en

la etapa intermedia del gas natural

FASE LIQUIDA

FASE VAPOR

Componente yi Temperatura Crítica,

(°R)


lpca

yi*Pci Factor acéntrico,

w

yi*wi

C1 0,852372801 343,340 292,6536776 667,000 568,5326585 0,0108 0,00920563C2 0,109062365 550,070 59,99193527 707,800 77,19434214 0,0972 0,01060086C3 0,030689384 665,930 20,43698142 615,000 18,8739711 0,1515 0,00464944

n-C4 0,006435786 765,520 4,926722774 548,800 3,531959268 0,1981 0,00127493n-C5 0,001315756 845,700 1,112735179 488,100 0,642220694 0,2510 0,00033025n-C6 0,000123907 913,800 0,11322649 436,900 0,054135099 0,2990 3,7048E-05

Sumatoria 1

11. Cálculo la entalpía másica ideal (global) de cada componente del sistema de las

Figuras 24-3 y 24-5 del GPSA @ Tint = 22.5° F

12.

C

á

l

c

u

lo de la entalpía de cada fase en la corriente intermedia

Componente



Líquida, hl

(Btu/lbmol)


C1 0,120226513

0,852372801 3978,664 478,3409002

3391,304979

C2 0,158306641

0,109062365 4510,5 714,0421048

491,9257986

C3 0,235739434

0,030689384 5512,125 1299,425227

169,1637202

n-C4 0,229905481

0,006435786 7265,375 1670,349534

46,75839753

n-C5 0,190642197

0,001315756 8874,45 1691,844649

11,6766143

n-C6 0,065179733

0,000123907 8186,815 533,6144181

1,014406139


13. Corrección de las entalpías ideales de cada fase , por presión y temperatura

Componente Peso Molecular, lb/lbmol Entalpía másica , H


C1 16,043 248 3978,664C2 30,070 150 4510,5C3 44,097 125 5512,125

n-C4 58,123 125 7265,375n-C5 72,150 123 8874,45n-C6 86,177 95 8186,815

FASE LIQUIDA:

Cálculo de la Presión y Temperatura Pseudo reducida.

Psr=PPsc

=0,854814995

T sr=TT sc

=0,70734436

Cálculo del término [ (H °−H ) /R⋅T sc ] ° por la Figura 24-6 del GPSA, se entra con Psr y se


[ (H °−H )/R⋅T sc ] °= 4,75



[ (H °−H )/R⋅T sc ] = 6,7


[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = [ (H °−H ) /R⋅T sc ] °+ (wm * [ (H °−H ) /R⋅T sc ] )

[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = 4,924857686


(H °−H ) = [ (H °−H )/R⋅T sc ] *R*Tsc

(H °−H )=6671,743661 Btulbmol


Hli=hl−(H°−H )=-284,1268283 Btulbmol

FASE GASEOSA


Psr=PPsc

=0,747574919

T sr=TT sc

=1,272297244



[ (H °−H )/R⋅T sc ] °= 0.41



[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = 0.1


[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = [ (H °−H ) /R⋅T sc ] °+ (wm * [ (H °−H ) /R⋅T sc ] )

[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = 0,426528458


(H °−H ) = [ (H °−H )/R⋅T sc ] *R*Tsc

(H °−H )=321,2447126 Btulbmol

Cálculo de la entalpía real de la fase gaseosa en la etapa intermedia.

Hgi=hg−(H°−H )=3790,599203 Btulbmol

14. Entalpía total de la etapa intermedia del gas natural

Hin=Hli⋅L+Hgi⋅V

Hin=3187,947223 Btulbmol

15. Cálculo de fases en la corriente de salida del gas natural(punto 2) @ T= -35°F y P

= 500 psia. . Para el cual se calculan las constantes de equilibrio por la correlación de

Wilson (1968), a bajas presiones (<1000 psia) :

Ki=PciP

⋅EXP[5 .37⋅(1+wi )⋅(1−TciT )]

Luego de desarrollar para cada componente tenemos que:

Componente Ki ZiC1 3,785 0,734C2 0,250 0,117C3 0,037 0,064

n-C4 0,036 0,043n-C5 0,001 0,032n-C6 0,0003 0,011

El cálculo de las dos fases se realiza con el desarrollo de la siguiente expresión:

¿ n=6¿

Para lo cual al sustituir e iterar para determinar V tenemos:


1 0,5 0,4314

2 0,75 -0,0777

3 0,625 0,2100

4 0,6875 0,0809

5 0,7188 0,0824

6 0,7344 -0,0341

7 0,7266 -0,0135

8 0,7305 -0,0237

9 0,7325 -2,6357

10 0,7315 -0,0264

Teniendo que el valor final de V = 0.7315, por lo que L = 1-V = 1-0.7315= 0.2685.

Seguidamente se realiza el cálculo de las composiciones de las fases de líquido y de vapor

con las siguientes expresiones:


Los resultados obtenidos se presentan en la siguiente tabla:

Componente

xi xi (normalizada

)

yi yi (normalizada

)C1 0,24166468

60,275545493 0,91477181

80,955509896

C2 0,117021277

0,133427378 0,029253763

0,030556538

C3 0,215989196

0,246270361 0,007979068

0,008334404

n-C4 0,144319538

0,16455279 0,005199447

0,005430997

n-C5 0,118455954

0,135063194 0,000149651

0,000156316

n-C6 0,039590317

0,045140784 1,13435E-05

1,18486E-05


1 0,957365091

1

16. Cálculo de las propiedades pseudo críticas de la fase líquida y de la fase vapor de

la corriente de salida del gas natural

FASE LIQUIDA

Componente

xi (normalizada

)


(°R)


lpca

xi*Pci Factor acéntrico,

w

xi*wi

C1 0,275545493 343,340 94,60578962 667,000 183,7888439 0,0108 0,00297589C2 0,133427378 550,070 73,39439773 707,800 94,43989803 0,0972 0,01296914C3 0,246270361 665,930 163,9988215 615,000 151,456272 0,1515 0,03730996

n-C4 0,16455279 765,520 125,9684518 548,800 90,30657114 0,1981 0,03259791n-C5 0,135063194 845,700 114,222943 488,100 65,92434491 0,2510 0,03390086n-C6 0,045140784 913,800 41,24964861 436,900 19,72200862 0,2990 0,01349709

Sumatoria 1

FASE GASEOSA

Componente

Yi Temperatura Crítica,

(°R)


lpca

yi*Pci Factor acéntrico

w

yi*wi

C1 0,955509896 343,340 328,0647677 667,000 637,3251006 0,0108 0,01031951C2 0,030556538 550,070 16,8082349 707,800 21,62791765 0,0972 0,0029701C3 0,008334404 665,930 5,550129977 615,000 5,125658757 0,1515 0,00126266

n-C4 0,005430997 765,520 4,157536882 548,800 2,980531196 0,1981 0,00107588n-C5 0,000156316 845,700 0,132196254 488,100 0,076297732 0,2510 3,9235E-05n-C6 1,18486E-05 913,800 0,010827269 436,900 0,005176662 0,2990 3,5427E-06

Sumatoria 1

17. Cálculo la entalpía másica ideal (global) de cada componente del sistema de las

Figuras 24-3 y 24-5 del GPSA @ T = -35 ° F GPSA y luego estas se multiplican por el

peso molecular de cada componente para expresar las entalpías en unidades molares

Componente Peso Molecular, lb/lbmol

Entalpía másica , H


C1 16,043 210 3369,03C2 30,070 125 3758,75C3 44,097 102 4497,894

n-C4 58,123 102 5928,546n-C5 72,150 100 7215n-C6 86,177 80 6894,16

18. Cálculo de la entalpía de cada fase

Componente



Líquida, hl

(Btu/lbmol)


C1 0,275545493

0,955509896 3369,03 928,3210328

3219,141505

C2 0,133427378

0,030556538 3758,75 501,5201564

114,8543875

C3 0,246270361

0,008334404 4497,894 1107,697979

37,48726792

n-C4 0,16455279 0,005430997 5928,546 975,558784 32,197916

8n-C5 0,13506319

40,000156316 7215 974,480943

51,127818343

n-C6 0,045140784

1,18486E-05 6894,16 311,2077889

0,081686281

Sumatoria 1 1 3404,890581

19. Corrección de las entalpías ideales de cada fase por presión y temperatura

FASE LIQUIDA


Psr=PPsc

=0,825575758

T sr=TT sc

=0,692814234


corta la curva de Tsr, luego se lee el valor de la expresión a la izquierda de la Figura .

[ (H °−H )/R⋅T sc ] °= 4.2



[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = 6.3




(H °−H ) = [ (H °−H )/R⋅T sc ] *R*Tsc

(H °−H )=6136,466944 Btulbmol⋅¿

¿


Hl2=hl−(H °−H )=-1337,680259 Btulbmol

Fase Gaseosa:


Psr=PPsc

=0,749467111

T sr=TT sc

=1,198115628



[ (H °−H )/R⋅T sc ] °= 0.40



[ (H °−H ) /R⋅T sc ] = 0.091




(H °−H ) = [ (H °−H )/R⋅T sc ] *R*Tsc

(H °−H )=282,79713 Btulbmol

Cálculo de la entalpía real de la fase gaseosa en la etapa intermedia.

Hg2=hg−(H°−H )=3122,093451 Btulbmol

20. Entalpía total de la corriente de salida del gas natural

H 2=Hl2⋅L+Hg 2⋅V=1924,64421 Btulbmol

21. Cálculo del calor que se necesita remover del gas natural

Calor a remover entre la corriente de entrada del gas natural (punto 1) y el punto intermedio

q1=mg⋅(H 1−Hin )

donde:

H1 = Entalpía en la corriente de entrada del gas natural (punto 1), Btu/lbmol.

Hin = Entalpía en la corriente intermedia, Btu/lbmol.

mg = masa del gas natural, lbmol/h y está dada por la expresión:

mg= Q379 . 4⋅24

donde:

Q = Caudal de gas natural, PCND; en el sistema Q= 60 MMPCND

mg=60⋅106 PCN

día

397 . 4 PCNlbmol

⋅24h1día

=6589 .351608 lbmolh

q1=6589. 351608 lbmolh

⋅( 4094,124406−3187,947223 ) Btulbmol

=5971120,078 Btuh

22. Calor a remover entre el punto intermedio y la corriente de salida del gas natural

(punto 2)

q2=mg⋅(Hin−H 2 )

donde:

Hin = Entalpía en la corriente intermedia, Btu/lbmol.

H2 = Entalpía en la corriente de salida del gas natural (punto 2), Btu/lbmol.

mg = masa del gas natural, lbmol/h y está dada por la misma expresión anterior,

por lo tanto es la misma

mg=6589.351608 lbmolh

q2=6589.351608 lbmolh

⋅(3187,947223−1924,64421) Btulbmol

=8324347,742 Btuh

El calor total a remover del gas natural en el sistema es:

qt=q1+q2=14295467,82 Btuh

23. Cálculo de las entalpías del refrigerante en las diferentes corrientes

Corriente 7: Por esta corriente circula agua y se asume que entra a una

temperatura aproximadamente igual a la temperatura ambiental, es decir, que

T 7=Tambiental=90 ° F .

Corriente 8: Esta es la corriente de salida del agua y se asume que esta

corriente tiene una temperatura 30°F por encima de la Temperatura de la corriente 7, por lo

que T 8=T 7+30° F=90° F+30 ° F=120 ° F .

Corriente 9: Por esta corriente circula propano y se asume que la temperatura

de esta corriente es igual a la temperatura de la corriente 8 , esto es con el fin de evitar un

crossover. Con la T 9=120 ° F y con el estado de líquido saturado (porque sale del

condensador ) se calcula la entalpía en esa corriente con el diagrama de Presión-Entalpía

para el propano H 9=325 Btu

lb y la presión P9=250 psia .

Corriente 9 y 9”: Estas corrientes resultan de la bifurcación del corriente 9,

por lo que estas dos corrientes tienen las mismas condiciones de temperatura, presión ,

entalpía y estado de la corriente 9, es decir;

T 9=T 9=T 9= 120 °F} {} # size 12{P9=P9=P9=250 psiaH 9=H 9=H 9=325 { { ital Btu} over { ital lb } } } {} } } {¿¿

¿

Corriente 3: Para encontrar la entalpía de esta corriente, se toma el criterio de

que como el fluido pasa a través de la válvula de expansión #1 , la cual opera a entalpía

constante (H = 0), entonces la entalpía de la corriente 9” es igual a entalpía de la corriente

3 ;H 3=325 Btu

lb . Se asume además que esta corriente tiene un T de 10°F por debajo de

la temperatura de corriente intermedia del gas natural, entonces:

T 3=Tin−ΔT= (22,5−10 )° F=12 ,5 ° F Luego conocida la entalpía y la temperatura de la corriente se consigue con el diagrama

Presión-Entalpía del propano la presión de la corriente P3=48 psia .

Corriente 4 : Esta es la corriente de salida del evaporador #1, y en vista que

esta equipo opera a presión constante la presión de esta corriente es la misma que la presión

de la corriente 3(P4=P3=48 psia ) y como esta corriente 4 sale del evaporador como

vapor saturado con esas dos condiciones se encuentra en el diagrama Presión-Entalpía del

propano la entalpía de la corriente H 4=410 Btu

lbl .

Corriente 10: En vista que esta corriente sale de la válvula #2 la cual opera

isoentálpicamente (H = 0), entonces la entalpía de esta corriente es la misma entalpía que

tiene la corriente 9 y la presión resulta ser la misma de la corriente 3.

H 10=325 Btulb

P 10=48 psia

Corriente 11: Esta es la corriente de tope del separador y sale como vapor

saturado a la misma presión de la corriente de entrada, con estas dos condiciones se puede

hallar en el diagrama de Presión-Entalpía del propano la entalpía de la corriente

H 11=410 Btulb ,P11=48 psia .

Corriente 12: Esta es la corriente de fondo del separador y sale como líquido

saturado a la misma presión de la corriente de entrada, con estas dos condiciones se puede

hallar en el diagrama de Presión-Entalpía del propano la entalpía de la corriente

H 12=150 Btulb ,P12=48 psia .

Corriente 13: En vista que esta corriente sale de la válvula #3 la cual opera

isoentálpicamente (H=0), entonces la entalpía de esta corriente es la misma entalpía que

tiene la corriente 12 y la presión es la atmosférica y la temperatura es la crítica del propano.

H 13=H 12=150 Btulb ; P13=14 .73 psia ; T 13=−43 ° F .

Corriente 14: Esta es la corriente de salida del evaporador #2, y en vista que

esta equipo opera a presión constante la presión de esta corriente es la misma que la presión

de la corriente 13 (P14=P13=14 .73 psia ). Como esta corriente 14 sale del evaporador

como vapor saturado con esas dos condiciones se encuentra en el diagrama del propano la

entalpía de la corriente H 14=408 Btu

lbl , y la entropía S14=0 . 93 Btu

lb⋅° F .

Corriente 15: Esta corriente sale del compresor #2, para mezclarse con la

corriente 11 que proviene del tope del separador con una presión de 48 psia, como las dos

corrientes se mezclan en el punto de mezcla #1 ambas corrientes tienen la misma presión,

más no la misma entalpía, P15=48 psia . Asumiendo que el compresor trabaja

isentrópicamente (ideal), entonces S14=S15=0 . 93 Btu

lb⋅° F y la presión de 48 psia se

puede conseguir la entalpía de la corriente 15 en el diagrama Presión- Entalpía del propano,

H 15ideal=412 Btulb .

Evaluación del Compresor #2:

Potencia Ideal= (mC3)13,14*(H15 ideal - H14)

Donde:

(mC3) 13,14 = masa del propano que entre por la corriente 13 y la corriente 14, lb/h y viene

dada por la expresión:

(mC3 )13,14= q2(H 14−H 13 )

(mC3 )13,14=8324347 ,742 Btu

h

(408−150) Btulb

=32264 ,91373 lbh

Potencia Ideal=32264 ,91373 lb

h *(412-408)

Btulb *

1hp

2545 Btuh = 50,7110583 hp

Potencia Real=

PotenciaIdealη

Donde:

= Eficiencia del Compresor (0.80)

Potencia Real= 50 ,711hp

0 . 70=72, 44436901hp

Ahora con la Potencia real se recalcula la Entalpía en la corriente 15 real mediante la

siguiente expresión:

H 15 real= Potenciarealdelcompresor ¿2(mC 3 )13 ,14

+H 14=413 ,7142852Btu/ Lb¿

Corriente 16: Para conocer la Entalpía de esta corriente es necesario:

Primero: Realizar un Balance de Masa y Energía en el Separador.

Balance de Masa:

m10=m 11+m12

En vista que m12 es conocida pues es la misma masa

(mC3)13,14=m12= 32264 ,91375 lb

h , se despeja m12 y se sustituye para conseguir así la primera

ecuación:

m10−m 11=32264 ,91375 (1)

Balance de Energía:

m10⋅h10=m11⋅h11+m12⋅h12

En vista que m12 y h12 son conocidas pues es la misma masa se despeja el término m12 *H12

y se sustituye para conseguir así la primera ecuación:

m10⋅h10−m11∗h11=4839737 ,063 (2)

Resolviendo las ecuaciones (1) y (2) como un sistema de ecuaciones lineales de dos

ecuaciones con dos incógnitas se obtiene:

m10= 98692,67725

lbh

m11= 66427,76352

lbh

Segundo: Realizar un Balance de Energía en el punto de mezcla #1 para conseguir la

entalpía en la corriente 16.

m15⋅h15 real+m 11⋅h11=m16⋅h16

De esta ecuación son conocidos todos los términos a excepción de la entalpía 16 y ese es la

expresión se está buscando

h16=m 15⋅h15 real+m11⋅h11m16

=604 ,7045919Btu /Lb

Es importante destacar que :

m10 = m16 = 98692,67725

lbh

m15 = m12 = 32264 ,91375 lb

h

Corriente 5 : Para conocer la entalpía en la corriente 5 es necesario realizar un

balance de masa y energía en el punto de mezcla #2 como se aprecia a continuación:

(mC3 )3,4= q1(H 4−H 3 )

(mC3 )3,4=5971120 ,078 Btu

h

(410−325) Btulb

=70248 ,47151 lbh

Balance de Masa

m5 =m16+ m4=168941,1488Lb/h

Balance de Energía

m5* h5 =m16*h16 + m4*h4

Despejando h5 se obtiene:

h5 =m16*h16 + m4*h4m5

=98692 ,67725 lb

h⋅604 ,7 Btu

lb+70248 ,47151 lb

h⋅410 Btu

h

168941 ,,1488 lbh

=380 ,7466 Btulb

Corriente 6: Esta corriente sale del compresor #1, a un condensador que opera

a 48psia. Asumiendo que el compresor trabaja isentrópicamente (ideal), entonces

S5=S6=0 . 92 Btulb⋅° F y la presión de 48 psia se puede conseguir la entalpía de la corriente

6 en el diagrama Presión- Entalpía del propano, H 6 ideal=410 Btu

lb .

Evaluación del Compresor #1:

Potencia Ideal= (mC3)5,6*(H6 ideal – H5)

Donde:

(mC3) 5,6 = masa del propano que entre por la corriente 5 y la corriente 6, lb/h

(mC3 )5,6=168941 ,1488 lbh

Potencia Ideal= 168941 ,1488 lb

h *(410-380,7466)

Btulb *

1hp

2545 Btuh = 1941,887231hp

Potencia Real=

PotenciaIdealη

Donde:

= Eficiencia del Compresor (0.80)

Potencia Real= 1941 ,887231Hp

0 .70=2774 ,124616hp

Ahora con la Potencia real se recalcula la Entalpía en la corriente 6 real mediante la

siguiente expresión:

H 6 real=Potenciarealdelcompresor ¿1(mC 3 )5,6

+H 5=380 ,7630207Btu / Lb ¿ ¿¿

24. Cálculo de la Potencia Real Total del sistema.

Potencia total = Potencia real del compresor#1 + Potencia real del compresor#2

Potencia total =(2774,124616+72,44436901) hp = 2846,56898 hp.

25. Cuadro Resumen de las propiedades calculadas para cada corriente del sistema

Corriente Presión

(psia)

Temperatura

(°F)

Entalpía

(Btu/lb)

S(Btu/lb*°

F)

Estado

1 Gas N. 500 80 4093.099 -- Mezcla

Intermedia Gas N. 500 25 2719.84 -- Mezcla

2 Gas N. 500 -35 1503.84 -- Mezcla

3 Propano 48 12.5 325 0.86 Mezcla

4 Propano 48 12.5 410 0.90 Vapor Sat.

5 Propano 48 12.5 380.74 0.9 V.Sobrec.

6 Propano 48 200 410.0 0.95 V.Sobrec.

7 Agua 14.73 90 -- -- Líquido

8 Agua 14.73 120 -- -- Líquido

9 Propano 250 120 325 0.89 L. Saturado

9 Propano 250 120 325 0.89 L. Saturado

9” Propano 250 120 325 0.89 L. Saturado

10 Propano 62 25 325 0.69 Mezcla

11 Propano 48 22.5 410 0.90 Vapor Sat.

12 Propano 48 22.5 150 0.57 L. Saturado

13 Propano 14.73 -43 150 0.97 V.Sobrec.

14 Propano 14.73 -43 408 0.93 Vapor Sat.

15 Propano 48 200 412 0.93 V.Sobrec.

16 Propano 48 500 604.70 0.925 V.Sobrec.

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