ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

98
5/13/2018 ANALISISYSIMULACINDEPROCESOSDEREFINACINDEPETROLEO-slidepdf.com http://slidepdf.com/reader/full/analisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1/98 UNMSM E.A.P INVESTIGACION OPERATIVA ANALISIS Y SIMULACION EN LOS PROCESOS DE REFINACION DEL PETROLEO AUTOR : Ricardo Antonio Díaz Roque ESTUDIO DE CASOS EN INVESTIGACION OPERATIVA

Transcript of ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

Page 1: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 198

UNMSMEAP INVESTIGACION OPERATIVA

ANALISIS Y SIMULACION EN LOS PROCESOS DEREFINACION DEL PETROLEO

AUTOR

Ricardo Antonio Diacuteaz Roque

ESTUDIO DE CASOS EN INVESTIGACION OPERATIVA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 298

INVESTIGACION OPERATIVA

Saludos estimados amigosdel Peruacute

En esta oportunidad les

presento Simulacioacuten enlos Procesos deRefinacioacuten del Petroacuteleo

Ingenieriacutea Matemaacutetica

equivalente a Investigacioacuten Operativa

UNMSM

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 398

ANALISIS Y SIMULACION DE

PROCESOS DE REFINACION DEPETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 598Esquema de una torre de destilacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 898

este proceso inicia la refinacioacuten del petroacuteleo y su funcioacuten es separar los diferentescomponentes del crudo en una torre de destilacioacuten Los productos del proceso son gascombustible gasolina de destilacioacuten directa naftas ligera y pesada combustoacuteleos y

crudo reducido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 2: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 298

INVESTIGACION OPERATIVA

Saludos estimados amigosdel Peruacute

En esta oportunidad les

presento Simulacioacuten enlos Procesos deRefinacioacuten del Petroacuteleo

Ingenieriacutea Matemaacutetica

equivalente a Investigacioacuten Operativa

UNMSM

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 398

ANALISIS Y SIMULACION DE

PROCESOS DE REFINACION DEPETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 598Esquema de una torre de destilacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 898

este proceso inicia la refinacioacuten del petroacuteleo y su funcioacuten es separar los diferentescomponentes del crudo en una torre de destilacioacuten Los productos del proceso son gascombustible gasolina de destilacioacuten directa naftas ligera y pesada combustoacuteleos y

crudo reducido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 3: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 398

ANALISIS Y SIMULACION DE

PROCESOS DE REFINACION DEPETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 598Esquema de una torre de destilacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 898

este proceso inicia la refinacioacuten del petroacuteleo y su funcioacuten es separar los diferentescomponentes del crudo en una torre de destilacioacuten Los productos del proceso son gascombustible gasolina de destilacioacuten directa naftas ligera y pesada combustoacuteleos y

crudo reducido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 4: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 598Esquema de una torre de destilacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 898

este proceso inicia la refinacioacuten del petroacuteleo y su funcioacuten es separar los diferentescomponentes del crudo en una torre de destilacioacuten Los productos del proceso son gascombustible gasolina de destilacioacuten directa naftas ligera y pesada combustoacuteleos y

crudo reducido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 5: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 598Esquema de una torre de destilacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 898

este proceso inicia la refinacioacuten del petroacuteleo y su funcioacuten es separar los diferentescomponentes del crudo en una torre de destilacioacuten Los productos del proceso son gascombustible gasolina de destilacioacuten directa naftas ligera y pesada combustoacuteleos y

crudo reducido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 6: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 898

este proceso inicia la refinacioacuten del petroacuteleo y su funcioacuten es separar los diferentescomponentes del crudo en una torre de destilacioacuten Los productos del proceso son gascombustible gasolina de destilacioacuten directa naftas ligera y pesada combustoacuteleos y

crudo reducido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 7: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 898

este proceso inicia la refinacioacuten del petroacuteleo y su funcioacuten es separar los diferentescomponentes del crudo en una torre de destilacioacuten Los productos del proceso son gascombustible gasolina de destilacioacuten directa naftas ligera y pesada combustoacuteleos y

crudo reducido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 8: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 898

este proceso inicia la refinacioacuten del petroacuteleo y su funcioacuten es separar los diferentescomponentes del crudo en una torre de destilacioacuten Los productos del proceso son gascombustible gasolina de destilacioacuten directa naftas ligera y pesada combustoacuteleos y

crudo reducido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 9: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 998

su funcioacuten es la de separar auacuten maacutes esta fraccioacuten realizando una destilacioacuten al vaciacute o Losproductos obtenidos son los siguientes gasoacuteleos ligero y pesado aceites lubricantes asfalto ocombustoacuteleo pesado y la alimentacioacuten del coquizador

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 10: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1098

en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminaacutendole baacutesicamente los compuestosde azufre tambieacuten se eliminan nitroacutegeno oxiacutegeno y metales pesados Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refineriacutea Los

productos del proceso son gasolina desulfurizada naftas ligera y pesada desulfurizada o

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 11: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1198

la nafta desulfurizada se bombea a este proceso el cual cumple la funcioacuten de rearreglar loshidrocarburos por medio de desintegracioacuten en catalizadores de platino-aluminio y bimetaacutelico para

producir gasolina de alto octano Los productos de la unidad son gasolina reformada de alto

octano hidroacutegeno gas combustible y residuos ligeros como los propanos C 3primes y butanos C 4

primes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 12: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1298

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacioacuten primaria y desulfurizada por lahidrodesulurizacioacuten En este proceso tambieacuten son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina en

presencia de un catalizador de platino de cloruro de aluminio El producto es la gasolina de alto octano y gascombustible

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 13: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1398

el gasoacuteleo ligero producido en la destilacioacuten al vaciacute o sirve esencialmente de carga en este proceso el cualcumple la funcioacuten de romper los hidrocarburos del gasoacuteleo con ayuda de un catalizador que normalmentees de compuestos de siacute lice-aluminio Durante el proceso se forma coque (depoacutesitos de carboacuten) que sedeposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catal iacute tica El catalizador se regenera quemando

el coque con aire Los productos en este proceso son gasolina cataliacutetica destilados ligeros y gasolina que seemplean como combustoacuteleos destilados

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 14: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1498

los compuestos de cuatro aacutetomos de carbono butilenos y butanos y algunas veces los de tres aacutetomos decarbono propilenos que provienen de otros procesos en la refineriacute a se hacen reaccionar en esta unidad dealquilacioacuten para formar el alquilado ligero En esta unidad se utiliza como catalizador el aacutecido fluorhiacute drico oaacutecido sulf uacuterico Los productos del proceso son alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petroacuteleo oLP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 15: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1598

en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracioacuten cataliacute ticahacieacutendolos reaccionar entre siacute y en presencia de un catalizador con base en el aacutecido fosf oacuterico o de siacute liceEn este proceso se producen la gasolina de polimerizacioacuten de alto octano y gas licuado del petroacuteleo o LP

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 16: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1698

los residuos de la destilacioacuten al vaciacuteo son desintegrados teacutermicamente para convertirlos en combustiblesligeros y en coque Los productos en este proceso son gas combustible nafta gasoacuteleos ligeros pesados ycoque

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 17: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1798

en varios procesos de una refineriacutea se produce aacutecido sulfhiacutedrico (H2S) en la mayoriacutea de lashidrodesulfuradoras eacuteste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertidoen materiales maacutes comerciales que son el azufre y el aacutecido sulfuacuterico El producto de la unidad es azufre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 18: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 19: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 1998

en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas estas provienen de diferentesunidades Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados eacuteter metil ter-butiacutelico (MTBE) o eacuteter metil ter-amiacutelico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los grados deoctanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano Cuando no se les agrega ninguacutencompuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 20: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2098

en esta unidad se da un soporte teacutecnico a los otros once procesos suministraacutendoles vapor de agua de altamedia y baja presioacuten electricidad aire comprimido y agua de enfriamiento En algunas refineriacuteas se utilizaparte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vaporgenerad o en una caldera para los procesos El calor necesario para la produccioacuten del vapor proviene del

quemado de combustibles y derivados del petroacuteleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentesprocesos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 21: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 22: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2298

SIMULADORESCHEMCAD V6

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 23: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2398

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 24: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2498

SIMULACION DE PROCESOS DEREFINACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 25: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 26: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2698

La innovacioacuten ha sido siempre una parte de laingenieriacutea y presenta desafiacuteos Tanto como el

ingeniero y el Investigador de Operacionesinnovador crea nuevos procesos dondeencuentra diferentes condiciones deprocesamiento incrementando la utilidad delos mismos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 27: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2798

Para analizar procesos buscando mejorarlosel ingeniero requiere de una descripcioacuten

matemaacutetica es decir realizar una simulacioacutende las innovaciones propuestas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 28: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 29: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 2998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 30: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3098

Coacutemo realizar una simulacioacuten

La tarea es complicada por la gran cantidad dedetalles complejos lo cual requiere del uso de unacomputadora El manejo de estos detalles requierede una planeacioacuten cuidadosa y de un adecuadouso de las horas-hombre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 31: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3198

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 32: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3298

La decisioacuten de modelar

Una simulacioacuten de un proceso consiste de unconjunto de unidades de coacutemputo querepresentan un proceso Las caracteriacutesticas (tal

como exactitud generalidad y capacidad paraextrapolar) de la simulacioacuten del procesocompleto se pueden distinguir de las

caracteriacutesticas de las unidades de coacutemputoindividuales que forman parte de la simulacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 33: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3398

1 Cada unidad de coacutemputo se representa por un siacutemboloadecuado

2 A cada siacutembolo se le da el nombre de una unidad decoacutemputo

3La informacioacuten de flujo entre unidades se trazan como liacuteneas

directas (corrientes) entre siacutembolos con flechas indicando ladireccioacuten de la informacioacuten del flujo

4Las corrientes y siacutembolos son numerados separados en formaascendente en la direccioacuten del flujo la numeracioacuten esarbitraria pero no se le puede dar el mismo nuacutemero a dossiacutembolos o a dos corrientes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 34: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3498

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 35: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3598

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 36: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3698

PETROacuteLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 37: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3798

Proviene del Latiacuten y significa

ACEITE DE PIEDRA

Es la fuente natural maacutes abundante

de hidrocarburos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 38: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3898

Caracteriacutesticas Del Petroacuteleo

Es un liacutequido de color oscuro fluorescente conreflejos verdes o verde azulado

Su densidad variacutea entre 0615 hasta 0994gcm3

Insoluble en agua y soluble en eacuteter bencenocloroformo etc

Viscosidad variable aumentando con la

densidad del mismo

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 39: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 3998

Transporte

ndash Por viacutea terrestre vagones-tanques delferrocarril o camiones acoplados

ndash Por viacutea mariacutetima buques petroleros tambieacutenllamados barcos cisternas o buques tanque

con bodegas de gran capacidadMecaacutenicamente el crudo se transporta poroleoductos de 30-60 cm de diaacutemetro conestaciones en el trayecto para bombearlocalentaacutendolo para disminuir su viscosidad Lospoliductos se destinan al transporte alternativode los diferentes subproductos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 40: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4098

Las refineriacuteas

Una vez que el petroacuteleo llega a las refineriacuteas se separa elresto de agua emulsionada y se lo somete a las siguientes

operaciones

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 41: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4198

ESQUEMA DEMOSTRATIVO DEL INTERIOR DE LA TORRE DEDESTILACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 42: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4298

Las Leyes de Newtonbull

I Ley Ley de inerciaTodo cuerpo permanece en su estado dereposo o movimiento uniforme a menosque sobre eacutel actuacutee una fuerza externa

bullII Ley Definicioacuten de fuerza

La fuerza es igual a la masa por laaceleracioacuten producida en el cuerpo

bullIII Ley Ley de accioacuten-reaccioacuten

Por cada accioacuten hay una reaccioacuten igual yde signo opuesto

I Ley de Inercia y

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 43: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4398

I Ley de Inercia yconservacioacuten del momento

linealndashSistema de referencia inercial conjunto decoordenadas que se mueve a velocidad constante

ndash Ley de conservaci oacuten del momento lineal si la fuerzatotal que actuacutea sobre un cuerpo es nula su momentolineal se conserva

Una partiacute cula libre se mueve con velocidad

constante

cte pF

dt

pd F vm p

0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 44: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4498

II Ley Fuerza y Masa

ndash Masa propiedad intriacute nseca de un cuerpo quemide su resistencia a la aceleracioacuten

raquo Posibilidad de definir una masa patroacuten

raquo La unidad de masa es el kg

ndash La fuerza es un vector proporcional a laaceleracioacuten que produce en un cuerpo

raquo1 Newton (N) es la fuerza necesaria paraproducir una aceleracioacuten de 1ms2 en un cuerpo de 1

kg

amdt

pd F

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 45: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4598

III Ley de accioacuten y reaccioacuten

ndashFuerza = interacci oacuten entre dos objetos Dosobjetos que interaccionan ejercen fuerzas entre siacute

ndash Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo Bentonces B ejerce sobre A una fuerza de igual

magnitud y direccioacuten opuesta FA + FB = 0

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 46: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4698

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 47: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4798

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 48: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4898

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 49: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 4998

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 50: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5098

iquestQueacute es una ecuacioacuten diferencial

Toda ecuacioacuten que establece ladependencia de una variable respecto aotra u otras mediante derivadas es unaecuacioacuten diferencial

Ej l d ioacute dif i l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 51: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5198

Ejemplo de ecuacioacuten diferencial

La rapidez con que un cuerpo se calienta es

proporcional a la diferencia entre latemperatura del cuerpo T(t) y la temperaturadel ambiente T a

Donde K es el coeficiente de transmisioacuten decalor que depende del material

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 52: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5298

A medida que un fluido se desplazaa traveacutes de un tubo de seccioacutentransversal y elevacioacuten variables lapresioacuten cambia a lo largo del tubo

En 1738 el fiacutesico Daniel Bernoulli(1700 ndash1782) dedujo una expresioacutenfundamental que correlaciona lapresioacuten con la rapidez del fluido y laelevacioacuten

La ecuacioacuten de Bernoulli no es unaley fiacutesica independiente sino unaconsecuencia de la conservacioacuten dela energiacutea aplicada al fluido ideal

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 53: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5398

O sea 21Constante

2P v gy

La ecuacioacuten de Bernoulliestablece que la suma de lapresioacuten la energiacutea cineacutetica porunidad de volumen y la energiacuteapotencial por unidad devolumen tiene el mismo valoren todos los puntos a lo largode una liacutenea

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 54: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5498

Ecuacioacuten de Bernoulli

Dado que W neto = K + U se puede llegar a

En otras palabras

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 55: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5598

ECUACION DE BERNOULLI

Al estudiar el comportamiento de losliacutequidos descubrioacute que la presioacuten de unliacutequido que fluye por una tuberiacutea es baja si

su velocidad es alta y por el contrario esalta si su velocidad es baja

Por lo tanto la Ley de la conservacioacuten de la

energiacutea tambieacuten se cumple cuando losliacutequidos estaacuten en movimiento

APLICACIONES TUBERIAS EN OLEODUCTOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 56: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5698

APLICACIONES ndash TUBERIAS EN OLEODUCTOS

h A

= Energiacutea antildeadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo

h R = Energiacutea retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecaacutenico por ejemplo una turbina

h L = Perdidas de energiacutea por parte del fluido por efecto de friccioacuten o por presencia de vaacutelvulas conectores y rugosidad de tuberiacuteas

hA

hL

hR

hL

Bomba

Vaacutelvula

Turbina

Codo

ECUACIOacuteN DE ENERGIacuteA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 57: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5798

W

V Pz

y

Ecuacioacuten de Bernoulli

wz E P

g

wv E

c2

2

pw

E F

Energiacutea Potencial se debe a la elevacioacuten

Energiacutea Cineacutetica se debe a su velocidad

donde w = peso del elemento de volumen

Energiacutea de flujo oacute energiacutea de presioacuten se debe a la presioacuten que se le suministra al fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 58: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5898

Energiacutea total de un fluido

F C PtotalE E E E pw

g

wvwz E total2

2

La energiacutea total que tiene un fluido en movimiento es dado por

Cada termino en esta ecuacioacuten tiene las siguiente unidades [NmN]

es decir [m] o [pie]

Por lo que cada termino recibe el nombre de cabeza de energiacutea

E iacute d fl id t t t b iacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 59: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 5998

Energiacutea de un fluido que se transporta en una tuberiacutea

1

2

P1 Z1 V1

P2 Z2 V2

11

2

11

111

2

Pw

g

vw zw E

22

2

22

222

2

Pw

g

vw zw E

2

2

2

2

1

2

1

1

22

P

g

v z

P

g

v z

Restricciones de la ecuacioacuten de Bernoulli

Solo es valida para fluidos incompresibles w1=w2 bull No tiene en cuenta dispositivos que agreguen energiacutea al

sistema W=0 bull No hay transferencia de calor Q=0

bull No hay perdidas por friccioacuten ft =0

ECUACION DE BERNOULLI

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 60: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6098

ECUACION DE BERNOULLI

Aunque el Teorema de Bernoulli parte dela consideracioacuten de que el liacutequido es ideal(por lo cual se desprecian las peacuterdidas de

energiacutea causadas por la viscosidad de todoliacutequido en movimiento) su ecuacioacutenpermite resolver con facilidad muchosproblemas sin incurrir en errores graves por

despreciar esas peacuterdidas de energiacutea puesresultan insignificantes comparadas con lasotras energiacuteas

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 61: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6198

Transferencia de Calor

Se puede definir como la transmisioacutende energiacutea de una regioacuten a otras

como producto de la diferencia de Tentre ellas El flujo de calor se rigepor una combinacioacuten de varias leyesfiacutesicas independientes

Clasificacioacuten de Transferencia

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 62: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6298

Clasificacioacuten de Transferenciade Calor

CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 63: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6398

Mecanismos detransmisioacuten de

calor

Conduccioacuten transferencia deenergiacutea desde cada porcioacuten demateria a la materia adyacentepor contacto directo sinintercambio mezcla o flujo decualquier material

Conveccioacuten transferencia de energiacuteamediante la mezcla iacutentima de distintaspartes del material se producemezclado e intercambio de materia

Conveccioacuten natural el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura

Conveccioacuten forzada la causa delmezclado es un agitador mecaacutenicoo una diferencia de presioacuten(ventiladores compresores)

impuesta externamente

Radiacioacuten transferencia de energiacutea mediada por ondas electromagneacuteticasemanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos friacuteos

M i d C d ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 64: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6498

Mecanismo de Conduccioacuten Es la forma de propagacioacuten del calor a

traveacutes de un cuerpo soacutelido debido alchoque entre moleacuteculas Cuando elextremo de una varilla metaacutelica se

ponen en contacto con el fuego al cabode cierto tiempo el otro extremotambieacuten se calienta Esto se debe a quelas moleacuteculas del extremo calentado

por el fuego vibran con mayorintensidad es decir con mayor energiacuteacineacutetica

Mecanismo de Conduccioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 65: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6598

Mecanismo de Conduccioacuten Una parte de esa energiacutea se transmite

a las moleacuteculas cercanas las cuales alchocar unas con otras comunican suexceso de energiacutea a las contiguas asiacutesu temperatura aumenta y se distribuyeen forma uniforme a lo largo de lavarilla Esta transmisioacuten de calorcontinuaraacute mientras exista una

diferencia de temperatura entre losextremos y cesaraacute totalmente cuandosea la misma en todas las partes

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 66: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6698

Aplicaciones Industriales

Transferencia a traveacutes de Paredes e Intercambiadores de calor

Grajeado

Granulado

Forjado de Acero

Congeladores en Industrias de Alimentos Acondicionamiento de Aire

Intercambiadores de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 67: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6798

Intercambiadores de calor

iquestComo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 68: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6898

iquestComo se verifica el proceso deTransferencia de Calor por

conduccioacuten4 La conduccioacuten es un proceso mediante elcual fluye calor desde una regioacuten de alta

temperatura a otra de baja temperaturadentro de un medio determinado

4 En estos procesos siempre se manifiestaun flujo continuo de calor de la regioacuten mascaliente a la mas friacutea

CONDUCCIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 69: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 6998

La conduccioacuten es el uacutenico mecanismo de transmisioacuten del calor posible

en los medios soacutelidos opacos

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura el calor setransmite de la regioacuten de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moleacuteculas

CONDUCCIOacuteN

Conduccioacuten Ley de Fourier determinacioacuten del flujo de calor

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 70: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7098

Conduccioacuten y j

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad teacutermica (Wmiddotm-1middotgrado -1)calor que atraviesa en la direccioacuten x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2) superficie a

traveacutes de la cual tiene lugar latransmisioacuten de calor

Gradiente de temperatura(gradosm) variacioacuten dela temperatura en ladireccioacuten indicada por x

X

xQ

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 71: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7198

Conductividades teacutermicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (Wmiddotm-1

middotK-1

)

Vapor de agua 0025

Aire 0026

Agua liacutequida 061

Mercurio 84

Espuma de poliestireno 0036Papel 013

Vidrio 035-13

Hielo 22

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadteacutermica cambiaconel estado deagregacioacuten

pero la capacidad de transporte de calor no depende soacutelo de laconduccioacuten

EJEMPLO 1

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 72: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7298

Conductividad teacutermica

Aacuterea A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1CONDUCCIOacuteN DEL CALOR (Placa plana)

t

Q

Q

Integracioacuten de la ecuacioacuten de Fourier

M i d C ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 73: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7398

Mecanismo de Conveccioacuten

4 La transferencia de Calor porconveccioacuten implica el transporte de calor en unvolumen y la mezcla de elementosmacroscopicos de porciones calientes y friacuteas

de un gas o un liquido4 La eficiencia de transferencia de calorpor conveccioacuten depende baacutesicamente de laeficiencia del movimiento del mezclado delfluido

iquest Coacutemo se verifica el proceso de

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 74: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7498

iquest pTransferencia de Conveccioacuten

4 El calor fluye primero por conduccioacuten desde lasuperficie hacia las partiacuteculas del fluido Laenergiacutea transferida serviraacute para incrementar latemperatura y la energiacutea interna del fluido

4 El mecanismo de transferencia en el fluidoocurre desde una regioacuten de alta temperaturahacia una zona de baja temperatura

4 La energiacutea se almacena en la partiacuteculas delfluido y se transporta como resultado delmovimiento de masa

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 75: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7598

Tipos de Convecciones

Se clasifican de acuerdo a como se induce elflujo

CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURAL

oacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 76: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7698

Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficiefriacutea el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende delas propiedades del fluido y si se mueve por conveccioacuten naturalpor flujo laminar o por flujo turbulento

Conveccioacuten

Conveccioacuten natural Flujo laminar Flujo turbulento

Conveccioacuten forzada

C ioacute F d

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 77: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7798

Conveccioacuten Forzada

4 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluidosobre una superficie soacutelida por medio de una

bomba o un ventilador4 Cuando el movimiento de mezcladoes inducido por alguacuten agente externo

Ejemplo Secado

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 78: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7898

Equipos de Secado

CA A A S CA O

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 79: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 7998

CAMARA DE SECADO

L d f i i d N

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 80: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8098

Ley de enfriamiento de Newton

T hAT T hAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconveccioacuten Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa liacutemite T

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 81: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8198

Valores tiacutepicos del coeficiente de conveccioacuten

Viscosidad propiedad molecular que representa la

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 82: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8298

scos dad p op edad o ecu a que ep ese ta aresistencia del fluido a la deformacioacuten

Dentro de un flujo la viscosidad es la responsable de las fuerzas defriccioacuten entre capas adyacentes de fluido Estas fuerzas se denominande esfuerzo cortante (ldquoshearing stressrdquo) y dependen del gradiente de

velocidades del fluido

zc

AF

Viscosidad dinaacutemica

Gradiente develocidad

(Pa middot s=Nmiddotsm2)

(1 Pa middot s = 10 Poise)

z

c

c+dc

F A

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 83: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8398

Viscosidad cinemaacutetica (m2s-1)

Fluidos viscosos friccioacuten entre capasdisipacioacuten energiacutea cineacutetica como calor

aportacioacuten de energiacutea para

mantener el flujo

Fluidos viscosos en reacutegimen laminarfriccioacuten entre capas disipacioacuten como calor

existen intercambios de energiacutea entrecapas adyacentes de fluido

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 84: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8498

Flujo laminar y flujo turbulento

lclcRe

Nuacutemero de Reynolds

Si Re lt Re CRIacuteTICO Reacutegimen laminar

Si Re gt Re CRIacuteTICO Reacutegimen turbulento

Valores tiacutepicos

Superficie plana Re CRIacuteTICO 5 10-5

Conducto ciliacutendrico Re CRIacuteTICO 2200

M i d R di ioacute

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 85: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8598

Mecanismos de Radiacioacuten

4 La transferencia de Calor por radiacioacuten esla transferencia de energiacutea a traveacutes del espacio pormedio de ondas electromagneacuteticas

4 Corresponde al proceso en el cual el calor fluyedesde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo debaja cuando estaacuten separados por un espacio quepuede ser el vaciacuteo (Hornos)

4 Este mecanismo ocurre a altas temperaturas

4 No se requiere de un medio fiacutesico para que existaradiacioacuten

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 86: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8698

Radiacioacuten

Es la propagacioacuten del calor por

medio de ondas electromagneacuteticasesparcidas incluso en el vaciacuteo a unavelocidad de 300 mil Kmseg El calorque nos llega del Sol es por radiacioacutenpues las ondas caloriacuteficas atraviesan elvaciacuteo existente entre la Tierra y el SolA las ondas caloriacuteficas tambieacuten se les

llama rayos infrarrojos en virtud de quesu longitud de onda es menor si secompara con la del color rojo

Radiacioacuten

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 87: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8798

Todos los cuerpos calientes emitenradiaciones caloriacuteficas es decir ondaselectromagneacuteticas de energiacuteaproporcional a su temperatura Cuandola radiacioacuten de un cuerpo caliente llegaa un objeto una parte se absorbe y otra

se refleja Los colores oscuros son losque absorben maacutes las radiaciones Porello en los climas caacutelidos se usan confrecuencia ropas de colores claros para

reflejar gran parte de las ondasinfrarrojas y luminosas que provienendel Sol

RADIACIOacuteN

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 88: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8898

Z

X

Y

)(0

t kz j x e E u E

)(0

t kz j y e Bu B

k

Radiacioacuten electromagneacutetica Conceptos baacutesicos

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 89: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 8998

(longitud de onda) distanciaentre dos picos consecutivos

(frecuencia) nuacutemero de oscilacionespor segundo en un punto determinado

Campo magneacutetico

Campo eleacutectrico

Onda c =Corpuacutesculo (fotoacuten) E = h

El transporte e intercambio de energia de la radicionelectromagneacutetica puede entenderse tambieacuten como una interaccioacutende fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiacioacuten solar y Radiacioacuten terrestre

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 90: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9098

ESPECTRO DE RADIACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 91: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9198

ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 92: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9298

MECANISMOS COMBINADOS

TRANFERENCIA DE MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 93: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9398

TRANFERENCIA DE MASA

El estudio de la transferencia de masa esimportante en la mayoriacutea de los procesosquiacutemicos que requieren de la purificacioacuteninicial de materias primas y la separacioacuten deproductos y subproductos asiacute como paradeterminar los costos el anaacutelisis y disentildeo delequipo industrial para los procesos de

separacioacuten

TRANSFERENCIA DE MASAL l id d d id d Fi k l d l

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 94: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9498

La velocidad de rapidez de Fick es el modelomatemaacutetico que describe el transporte molecular

de masa en procesos o sistemas donde ocurre ladifusioacuten ordinaria convectiva o ambas

La difusividad de masa es un paraacutemetro queindica la facilidad con que un compuesto setransporta en el interior de una mezcla ya engases liacutequidos y soacutelidos

El transporte molecular de masa ocurre

usualmente debido a un gradiente deconcentracioacuten pero en algunas ocasiones esdebido a un gradiente de temperatura presioacuten opor la accioacuten de una fuerza impulsora

EL SIGNO MENOS NOS INDICA QUE LA MASA ESTA SIENDOTRANSFERIDA DE LOS LUGARES DE MAYOR CONCENTRACION

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 95: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9598

S OS UG S O CO C C OHACIA LOS LUGARES DONDE HAY MENOR CONCENTRACION

DIFUSION El mecanismo real de transporte difiere en

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 96: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9698

El mecanismo real de transporte difiere engran medida entre gases liacutequidos y soacutelidos

debido a las diferencias sustanciales en laestructura molecular de los 3 estados fiacutesicos Por lo tanto los gases se difunden con

mayor facilidad que los liacutequidos y lossoacutelidos

Los mecanismos de difusioacuten en soacutelidos sedividen en dos grandes campos la difusioacuten

de liacutequidos y gases en los poros de un soacutelidoy la auto difusioacuten de los constituyentes delos soacutelidos por movimiento atoacutemico

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 97: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9798

EQUIPOS DE

TRANSFERENCIA DE CALORY MASA

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes

Page 98: ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS DE REFINACIÓN DE PETROLEO

5132018 ANALISIS Y SIMULACI N DE PROCESOS DE REFINACI N DE PETROLEO - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullanalisis-y-simulacion-de-procesos-de-refinacion-de-petroleo 9898

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION

AUTOR

RICARDO ANTONIO DIAZ ROQUEEMAIL

ecasosioyahooes