CASO DE ESTUDIO

Propiedades Termodinmicas del Gas Natural

4.3 CASO DE ESTUDIO: ENFRIAMIENTO DEL GAS NATURAL CON UN SISTEMA DE REFRIGERACIN CON ECONOMIZADOR MODIFICADOA continuacin se muestra un clculo completo utilizando los mtodos de los tres captulos de propiedades. El lector podr recalcular cada unos de los procesos y consultar las dudas con el profesor si las tuviera. Este es un sistema de refrigeracin con economizador modificado que tiene el objetivo de reducir los requerimientos de potencia de los compresores en el enfriamiento del gas natural.

Enunciado del problemaUtilizando el Sistema de Refrigeracin mostrado en la Fig. 4-27, determine las condiciones de presin, temperatura, potencia total y la tasa de circulacin del refrigerante (Propano), para manejar 25 MMpcnd de Gas Natural de composicin conocida de 500 lpca y 100 F, el cual ser enfriado hasta -15 F, considerando una eficiencia de compresin de 0,80. Datos: Qg = 25 MMpcnd. Temperatura de entrada (GN) = 100 F Presin de entrada (GN) = 500 Lpca. Temperatura de Salida (GN) = -15 F Presin de de Salida (GN) = 500 Lpca. -15 + 460 = 445 R 100 + 460 = 560 R

144


Componentes % Molar

C1 73.0

C2 11

C3 8

nC4 4

nC5 3

nC6 1

Fig. 4.27. Sistema de Refrigeracin con economizador modificado

145

Propiedades Termodinmicas del Gas Natural Clculo de Fases Punto 1P1(lpca) T1(F) Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 500 100 Zi 0,7300 0,1100 0,0800 0,0400 0,0300 0,0100 1,0000 Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 Ki 5,500 1,380 0,510 0,186 0,073 0,029 Ki 0,7300 0,1100 0,0800 0,0400 0,0300 0,0100 1,0000 (Zi*Ki) 4,015 0,152 0,041 0,007 0,002 0,000 4,218 Xi 0,1366 0,0805 0,1518 0,1867 0,2854 0,1589 1,0000 Pk (lpca) L (Zi/Ki) 0,133 0,080 0,157 0,215 0,411 0,341 1,337 Yi = Xi(Ki) 0,7513 0,1111 0,0774 0,0347 0,0208 0,0047 1,0000 2000 0,034633031 [Zi/[L+(V*Ki)] 0,137 0,080 0,152 0,187 0,285 0,159 1,000

L = 0,034633 V = 0,965367

Para el clculo de Ki se pueden usar las grficas de Campbell que se publican al final del texto, las cuales no estan en funcin del Pk (punto de convergencia), o en su caso si se usa el GPSA se asume un pK de 2000 Lpca para realizar este clculo.146


Clculo de Entalpa Punto 1

a) Se calcula la Entalpa Global o Total (Mtodo de Correlaciones) Se calculan las propiedades seudocrticas de las fases Lquida y VaporFase Lq. = 0,034633 Componente Xi 0,1366 C1 0,0805 C2 0,1518 C3 0,1867 n-C4 0,2854 n-C5 0,1589 n-C6 1,0000 Fase Vapor = Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 0,965367 Yi 0,7513 0,1111 0,0774 0,0347 0,0208 0,0047 1,0000

Tci 343,3400 550,0700 665,9200 765,5100 845,7000 911,8000 -

Xi*Tci 46,8995 44,2683 101,0941 142,9582 241,3876 144,9181 721,5259

Pci 667,8000 707,8000 616,3000 550,7000 488,6000 436,9000 -

Xi*Pci 91,2201 56,9621 93,5613 102,8427 139,4608 69,4393 553,4861

wi 0,0126 0,0978 0,1541 0,2015 0,2524 0,2998 -

Xi*wi 0,0017 0,0079 0,0234 0,0376 0,0720 0,0476 0,1903

Tci 343,3400 550,0700 665,9200 765,5100 845,7000 911,8000 -

Yi*Tci 257,9474 61,0903 51,5580 26,5902 17,6213 4,2461 419,0534

Pci 667,8000 707,8000 616,3000 550,7000 488,6000 436,9000 -

Yi*Pci 501,7105 78,6077 47,7162 19,1287 10,1806 2,0346 659,3784

wi 0,0126 0,0978 0,1541 0,2015 0,2524 0,2998 -

Yi*wi 0,0095 0,0109 0,0119 0,0070 0,0053 0,0014 0,0459

Se calcula las Entalpas de cada Componente Puro (Mtodo Grfico) (Fig. 24-3) T = 100 Fa 100 FFase Lquida = 0,034633 Fase Vapor = 0,0965367

Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6

Mi 16,0430 30,0700 44,0970 58,1230 72,1500 86,1770 -

(60/60)

0,30000 0,35619 0,50699 0,58401 0,63112 0,66383 -

Hi 288 180 155 150 145 125 -

Xi 0,1366 0,0805 0,1518 0,1867 0,2854 0,1589 1,0000

XiMiHi 631,1349 435,5932 1037,6352 1628,1615 2986,0905 1712,0818 8430,6971

Yi 0,7513 0,1111 0,0774 0,0347 0,0208 0,0047 1,0000

YiMiHi 3471,2418 601,1186 529,1939 302,8380 217,9846 50,1640 5172,5411

147


Se Aplica la Regla de Kay para hallar el cambio de Entalpa Fase Lquida Psr ! 1 ! 500 pca T 1 ! 560 R ! Tsr H -H P1 500 ig.24.6 ! 4.5 ! ! 0.90 RTC Psc 553.49 GPSA ' T1 560 H -H ! ! 0.78 ! 5.2 ig.24.7 Tsc 721.53 RTC

Fase Vapor H -H 500 1 ig.24.6 ! 0.50 ! ! 0.76 sr ! 1 ! 500 pca RTC sc 659.38 G SA ' T 1 ! 560 R ! T1 ! 560 ! 1.34 H -H Tsr ! 0.15 ig.24.7 Tsc 419.10 RTC

Se Calcula la Entalpa del Gas natural con la Ecuacin: Fase LquidaHL ! H L - H -H LEc.(1) ;' - - ( )L ! RT Wi Ec.(2) RT RT

Sustituyendo valores en Ec. (2) Se tiene:(H H) L ! . 986 721 . 53 4 . 5 0 .01903 5 .2 A 1 ?( - )L = 6590.11 Btu/lbmol

Sustituyendo valores en Ec. (1) Se tiene:HL ! H

L - H -H L

L = 8430.6971 6590.11

L = 1840.5871 Btu/lbmol

Fase VaporV

! V - -

V

Ec.(3) ;

' H -H H -H (H H)V ! RTC Ec.(4) Wi RTC RTC

Sustituyendo valores en Ec. (4) Se tiene:(H H) V ! . 986 419 . 10 0 . 5 0 .0459 0 .15 A ( - )V = 421.89 Btu/lbmol 1 ?

Sustituyendo valores en Ec. (3) Se tiene:HV ! H V - H-H VHV = 5172.5411 421.89 HV = 4750.6511 Btu/lbmol

148


Se Calcula la Entalpa del Gas Natural en el Punto (1) con la Ecuacin:H1 = L(HL) + V(HV) Ec.(5) H1 = (0.034633) (1840.5871) + (0.965367) (4750.6511) H1 = 4649.87 Btu/lbmol

Calculo de Fases Punto 2P2(lpca) T2(F) Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 500 48 Zi 0,7300 0,1100 0,0800 0,0400 0,0300 0,0100 1,0000 Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 Ki 4,614 0,936 0,290 0,092 0,031 0,011 Ki 0,7300 0,1100 0,0800 0,0400 0,0300 0,0100 1,0000 (Zi*Ki) 3,368 0,103 0,023 0,004 0,001 0,000 3,499 Xi 0,1792 0,1163 0,2017 0,1757 0,1706 0,0629 0,9065 Pk (lpca) L (Zi/Ki) 0,158 0,118 0,275 0,437 0,977 0,927 2,892 Yi = Xi(Ki) 0,8270 0,1089 0,0586 0,0161 0,0052 0,0007 1,0165 2000 0,149741218 [Zi/[L+(V*Ki)] 0,179 0,116 0,202 0,176 0,171 0,063 0,907

L = 0,149741 V = 0,850259

149


Clculo de Entalpa Punto 2 a) Se calcula la Entalpa Global o Total (Mtodo de Correlaciones) Se calculan las propiedades seudocriticas de las fases Lquida y VaporFase Lq. = 0,149741 Componente Xi 0,1792 C1 0,1163 C2 0,2017 C3 0,1757 n-C4 0,1706 n-C5 0,0629 n-C6 0,9065 Fase Vapor = Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 0,850259 Yi 0,8270 0,1089 0,0586 0,0161 0,0052 0,0007 1,0165

Tci 343,3400 550,0700 665,9200 765,5100 845,7000 911,8000 -

Xi*Tci 61,5390 63,9956 134,3067 134,5163 144,2742 57,3764 596,0081

Pci 667,8000 707,8000 616,3000 550,7000 488,6000 436,9000 -

Xi*Pci 119,6940 82,3460 124,2990 96,7696 83,3539 27,4926 533,9551

wi 0,0126 0,0978 0,1541 0,2015 0,2524 0,2998 -

Xi*wi 0,0023 0,0114 0,0311 0,0354 0,0431 0,0189 0,1420

Tci 343,3400 550,0700 665,9200 765,5100 845,7000 911,8000 -

Yi*Tci 283,9409 59,8934 39,0027 12,3230 4,4307 0,6191 400,2098

Pci 667,8000 707,8000 616,3000 550,7000 488,6000 436,9000 -

Yi*Pci 552,2682 77,0676 36,0964 8,8651 2,5598 0,2966 677,1537

wi 0,0126 0,0978 0,1541 0,2015 0,2524 0,2998 -

Yi*wi 0,0104 0,0106 0,0090 0,0032 0,0013 0,0002 0,0349

Se calcula las Entalpas de cada Componente Puro (Mtodo Grfico) (Fig. 24-3) T = 48 Fa 48 FFase Lquida = 0,149741 Fase Vapor = 0,850259


Mi 16,0430 30,0700 44,0970 58,1230 72,1500 86,1770 -

(60/60) 0,30000 0,35619 0,50699 0,58401 0,63112 0,66383 -

Hi 250 160 125 125 120 90 -

Xi 0,1792 0,1163 0,2017 0,1757 0,1706 0,0629 0,9065

XiMiHi 718,8721 559,7386 1111,7179 1276,6798 1477,0319 488,0537 5632,0941

Yi 0,8270 0,1089 0,0586 0,0161 0,0052 0,0007 1,0165

YiMiHi 3316,8757 523,8594 322,8429 116,9566 45,3597 5,2661 4331,1604

150


Se Aplica la Regla de Kay para hallar el cambio de Entalpa Fase Lquida

Psr ! P2 ! 500 Lpca T 2 ! 508 R ! Tsr

P1 500 Fig.24.6 ! ! 0.94 Psc 533.96 GPSA T1 508 ! ! 0.85 Fig.24.7 Tsc 596.01 P1 500 Fig.24.6 ! ! 0.74 Psc 677.15 GPSA T1 508 ! ! 1.27 Fig.24.7 Tsc 400.21

H-H ! 4.5 RT ' H-H ! 6.0 RT H-H ! 0.52 RT ' H-H ! 0.15 RT

Fase Vapor Psr ! P2 ! 500 Lpca T 2 ! 508 R ! Tsr

Se Calcula la Entalpa del Gas natural con la Ecuacin: Fase LquidaHL ! H L - H-H L Ec.(6) ;' H-H H-H (H H)L ! RT Ec.(7) Wi RT RT

Sustituyendo valores en Ec. (7) Se tiene:(H H) L ! . 986 596 .01 4 . 5 0 .1420 6 . 0 ) A (H-H)L = 6335.0332 Btu/lbmol 1 ?

Sustituyendo valores en Ec. (6) Se tiene:HL ! H L - H-H LHL = 5632,0941 6335.0332 HL = - 702.9391 Btu/lbmol

Fase VaporHV ! H

V - H -H V

Ec.(8) ;

' H-H H-H Wi (H H)V ! RT Ec.(9) RT RT

Sustituyendo valores en Ec. (9) Se tiene:(H H) V ! .986 400 . 21 0 .52 0 . 0349 0 . 15 A 1 ?(H-H)V = 417.4657 Btu/lbmol

Sustituyendo valores en Ec. (8) Se tiene:HV ! H

V - H -H V

HV = 4331,1604 417.4657

HV = 3913.6947 Btu/lbmol

Se Calcula la Entalpa del Gas Natural en el Punto (2) con la Ecuacin:151

Propiedades Termodinmicas del Gas NaturalH2 = L(HL) + V(HV) Ec.(10) H2 = (0,149741) (- 702.9391) + (0,850259) (3913.6947) H2 = 3222.40 Btu/lbmol

Calculo de Fases Punto 3P(lpca) T(F) Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 500 -15 Zi 0,7300 0,1100 0,0800 0,0400 0,0300 0,0100 1,0000 Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 Ki 3,410 0,496 0,122 0,031 0,008 0,002 Ki 0,7300 0,1100 0,0800 0,0400 0,0300 0,0100 1,0000 (Zi*Ki) 2,489 0,055 0,010 0,001 0,000 0,000 2,555 Xi 0,2568 0,1789 0,2434 0,1546 0,1242 0,0422 1,0000 Pk (lpca) L (Zi/Ki) 0,214 0,222 0,655 1,301 3,614 4,200 10,206 Yi = Xi(Ki) 0,8756 0,0888 0,0297 0,0048 0,0010 0,0001 1,0000 2000 0,235274315 [Zi/[L+(V*Ki)] 0,257 0,179 0,243 0,155 0,124 0,042 1,000

L = 0,235274 V = 0,764726

Clculo de Entalpa Punto 3 a) Se calcula la Entalpa Global o Total (Mtodo de Correlaciones) Se calculan las propiedades seudocriticas de las fases Lquida y VaporFase Lq. = 0,235274 Componente Xi 0,2568 C1 0,1789 C2 0,2434 C3 0,1546 n-C4 0,1242 n-C5 0,0422 n-C6 1,0000 Tci 343,3400 550,0700 665,9200 765,5100 845,7000 911,8000 Xi*Tci 88,1601 98,4050 162,0996 118,3251 105,0031 38,4571 610,4500 Pci 667,8000 707,8000 616,3000 550,7000 488,6000 436,9000 Xi*Pci 171,4724 126,6222 150,0210 85,1218 60,6651 18,4272 612,3298 wi 0,0126 0,0978 0,1541 0,2015 0,2524 0,2998 Xi*wi 0,0032 0,0175 0,0375 0,0311 0,0313 0,0126 0,1334

152

Propiedades Termodinmicas del Gas NaturalFase Vapor = Componente C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 0,764726 Yi 0,8756 0,0888 0,0297 0,0048 0,0010 0,0001 1,0000

Tci 343,3400 550,0700 665,9200 765,5100 845,7000 911,8000 -

Yi*Tci 300,6260 48,8483 19,7924 3,6373 0,8715 0,0916 373,8670

Pci 667,8000 707,8000 616,3000 550,7000 488,6000 436,9000 -

Yi*Pci 584,7207 62,8553 18,3176 2,6166 0,5035 0,0439 669,0576

wi 0,0126 0,0978 0,1541 0,2015 0,2524 0,2998 -

Yi*wi 0,0110 0,0087 0,0046 0,0010 0,0003 0,0000 0,0255

Se calcula las Entalpas de cada Componente Puro (Mtodo Grfico) (Fig. 24-3) T = -15 Fa -15 FFase Lquida = 0,235274 Fase Vapor = 0,764726


Mi 16,0430 30,0700 44,0970 58,1230 72,1500 86,1770 -

(60/60) 0,30000 0,35619 0,50699 0,58401 0,63112 0,66383 -

Hi 210 130 110 110 90 82 -

Xi 0,2568 0,1789 0,2434 0,1546 0,1242 0,0422 1,0000

XiMiHi 865,0726 699,3204 1180,7600 988,2496 806,2402 298,0455 4837,6883

Yi 0,8756 0,0888 0,0297 0,0048 0,0010 0,0001 1,0000

YiMiHi 2949,8977 347,1426 144,1708 30,3788 6,6918 0,7096 3478,9913

Se Aplica la Regla de Kay para hallar el cambio de Entalpa Fase Lquida

Psr ! 3 ! 500 Lpca T 3 ! 445 R Tsr !

P3 500 Fig.24.6 ! ! 0.82 Psc 612.33 GPSA T3 445 ! ! 0.73 Fig.24.7 Tsc 610.45 P3 500 Fig.24.6 ! ! 0.75 Psc 669.01 GPSA T3 445 ! ! 1.19 Fig.24.7 Tsc 373.87

H-H ! 4.7 RT ' H-H ! 6.2 RT

Fase Vapor

Psr ! P3 ! 500 Lpca T 3 ! 445 R Tsr !

H-H ! 0.84 RT ' H-H ! 0.25 RT

153


Se Calcula la Entalpa del Gas natural con la Ecuacin: Fase LquidaHL ! H

L - H -H L

Ec.(11) ;

' H-H H-H (H H)L ! RT Ec.(12) Wi RT RT

Sustituyendo valores en Ec. (12) Se tiene:(H H) L ! . 986 610 .45 4 . 7 0 . 1334 6 .2 ) A 1 ?(H-H)L = 6700.7759 Btu/lbmol

Sustituyendo valores en Ec. (11) Se tiene:HL ! H

L - H -H L

HL = 4837.6883 6700.7759

HL = -1863.0876 Btu/lbmol

Fase VaporHV ! H V - H-H V Ec.(13) ;' H -H H -H (H H)V ! RTC Ec.(14) Wi RTC RTC

Sustituyendo valores en Ec. (14) Se tiene:(H H) V ! .986 373 .87 0 . 84 0 . 0255 0 .25 A (H-H)V = 628.4384 Btu/lbmol 1 ?

Sustituyendo valores en Ec. (13) Se tiene:HV ! H V - H-H VHV = 3478.9913 628.4384 HV = 2850.5529 Btu/lbmol

Se Calcula la Entalpa del Gas Natural en el Punto (3) con la Ecuacin:H3 = L(HL) + V(HV) Ec.(15) H3 = (0,235274) (-1863.0876) + (0,764726) (2850.5529) H3 = 1741.56 Btu/lbmol

Punto 16: Se asume un valor de Temperatura, se toma T16 = 100 FSe Tiene

T16 ! 100 H16 ! 67.97 tu/lbs en tablasde H2O se Tiene p Liq. aturado 16 ! 14.7 lpca t = 20 F y entonces T17 = T16 + t = (100 + 20) F

Punto 17: Se asume unSe Tiene

T17 = 120 F

T17 ! 120 H17 ! 87.97 tu/lbs en tablasde H2O se Tiene p Liq. aturado 17 ! 14.7 lpca

154


Punto 8: Se asume unSe Tiene

t = 20 F y entonces T8 = T16 + t = (100 + 20) F

T8 = 120 F

8 ! 120 F T H 8 ! - 780 Btu/lbs en Fig. 24 - 26 GPSA1994 se Tiene p Liq.Saturado P 8 ! 250 lpca t = 10 F y entonces T3 = T12 + t T12 = -25 F

Punto 12: Se asume unT Se Tiene _ 12 ! - 25

aen

ig.24 - 26

12 ! 22 lpca 1994 se Tiene p H 12 ! H11 ! 830 Btu/lbs

Clculo de la Presin Intermedia del Ciclo: El ciclo contiene una presin intermedia, que se puede aproximar utilizando la relacin global de compresin para el refrigerante en el sistema de la siguiente manera:Pmx = PDescarga ompresor de Alta ( 1) Pmx = P7 = P8 = 250 lpca Pmn = PSuccin ompresor de Baja ( 2) Pmn = P4 = P12 = 22 lpca Pint ! (22)(250) Pint = 74.16 lpca

Pint ! (Pmin)(Pmx)

Punto 9:Se Tiene

P 9 ! Pint ! 74.16 lpca T en Fig. 24 - 26 GPSA 1994 se Tiene p _ 9 ! 38 F H9 ! H8 ! 780 Btu/lbs P 10 ! Pint ! 74.16 lpca T en Fig. 24 - 26 GPSA1994 se Tiene p _ 10 ! 38 F H 10 ! H8 ! 780 Btu/lbs

Punto 10:Se Tiene

Punto 11:Se Tiene

int ! 74.16 lpca en Fig. 24 - 26 Liq. aturado

11 !

H11 ! 830 Btu/lbs 1994 se Tiene p T 11 ! 38 F

Punto 13:e Tiene

P T 13 ! Pint ! 74.16 lpca 13 ! 38 F en Fig. 24 - 26 GPSA1994 se Tiene p Vap.Saturado H 13 ! - 680 Btu/lbs

Punto 15:Se Tiene

P T 15 ! Pint ! 74.16 lpca 15 ! 38 F en Fig. 24 - 26 GPSA1994 se Tiene p Vap.Saturado H 15 ! - 680 Btu/lbs

155


Punto 4:T 4 ! 25 F 4 ! Pmn ! 22 lpca P Se Tiene en Fig. 24 - 26 GPSA 1994 se Tiene p H4 ! - 690 Btu/lbs Vap.Saturado 4 ! 1.32 Btu/lbs R S

Punto 5i:Se Tiene

int ! 74.16 lpca en Fig. 24 - 26 5 ! 4 ! 1.32 Btu/lbsR

5!

T5 ! 38 F 1994 se Tiene p H 5 ! - 670 Btu/lbs

Clculo del Flujo Msico Gas Natural (GN):y

mg(GN) !

(25x10 6 pcn/d) 1dia 379.5 pcn/lbmol24 hr

y

mg (GN) ! 2744.84 lbmol/hr

Calculo del Calor Evaporador (E-2): Se Aplica la primera Ley de la Termodinmica, Contorno (2,3).y 23 !

y

m

( (, )

y Q 23 !

2744.84(3222.40 - 1741.56)

y Q 23 !

4064668.86 Btu/hr

Se realiza un balance de masa, Contorno (4,12).y y

me ! ms

m 4 ! m 12 ! m b

y

y

y

Se realiza un balance de energa en el Evaporador (E-2), Contorno (2,3,4,12).

Sustituyendo los valores en Ecuacin (16) se tiene:y y

mb!

23 (H4 - H12)

!

4064668.86 Btu/hr (-690 830)

Se realiza un balance de masa en el Separador, Contorno (10,11,15).y y

me ! ms

y

y

m 10 ! m 11 m 15 ..Ec.(17)

me He ! msHs

y

y

y

m

( H2 -

H 3) ! m a (H 4 - H 12)

y

y

y

mb !

23 (H4 - H12)

Ec.(16)

m b ! 29033.35 lbm/hr

y

y

156


Se realiza un balance de energa en el Separador, Contorno (10,11,15).

me He ! msHs

y

y

H 10 m 10 ! H 11 m 11 H 15 m 15 .. Ec.(18)

y

y

y

Se sustituye la Ec. (17) en Ec. (18) y despejando se tiene:H 10 ( m 11 m 15 ) ! H 11 m 11 H 15 m 15y yy y y y

(H 10 - H 11 ) m 11 ! ( H 15 - H 10 ) m 15

y

y

m 15

(H 10 - H 11 ) m 11 ( 780 830 )( 29033 . 35 ) ! ! ( H 15 - H 10 ) ( 680 780 )

m 15 ! 14516.68 lbm/hr

y

Se sustituyen los valores en la Ec. (17) se tiene:y y y y

m 10 ! m 11 m 15

m 10 ! 29033 .35 14516.68

m 10 ! 43550.03 lbm/hr

y

Clculo del Calor Evaporador (E-1): Se Aplica la primera Ley de la Termodinmica, Contorno (1,2).

y 12 !!

y

y"

m

( (, )

12 !

2744.84(4649.87 - 3222.40)

y Q 12

! 3918176.76 Btu/hr

Se realiza un balance de energa en el Evaporador (E-1), Contorno (1,2,9,13).y

(H13 - H9)

Sustituyendo los valores en Ecuacin (19) se tiene:y y

ma !

12 (H13 -

!

H9)

3918176.76 Btu/hr (-680 780)

m a ! 39181.77 lbm/hr

y

Se realiza un balance de masa, Contorno (9,13).y y

me ! msy y

m 9 ! m 13 ! m a

y

y

y

Se realiza un balance de masa en el nodo (8,9,10).

me ! msy

m 8 ! m 9 m 10 m 8 ! 82731.8 lbm/hry

y

y

y

m 8 ! 39181 .77 43550.03

Punto 5: Calculo de la Entalpa Real157

#

me He ! msHs

y

y

m GN( H 1 - H 2) ! m a (H 13 - H 9)

y

y

y

ma !

12

Ec.(19)


Se calcula el Trabajo Ideal del compresor C-2:(Wi) 2 ! m b (H 5'-H 4 ) ! 29033 .35 (-670 690 )y

(Wi) 2 ! 580667 Btu/hr

Se calcula el Trabajo Real del compresor C-2:(Wr)2 (Wi) 2

n

(Wr)2

580667 Btu/hr 0.80

(Wr)2

725833.75 Btu/hr

Se calcula la Entalpa Real del compresor C-2:y

(Wr)2 = m b (H5r - H4)H5r = -665 Btu/lb

H5r =

(Wr)2y

H4

H5r

mb

725833.75 Btu/hr - 690 Btu/lb 29033.35 lb/hr

Se realiza un balance de masa en el nodo (5,14,15).y y

me ! msy

m 14 ! m 5 m 15

y

y

y

m 14 ! m 11 m 15

y

y

y

m 14 ! m 10

y

y

m 14 ! 43550.03 lbm/hr

Se realiza un balance de energa en el nodo (5,14,15).

me He ! msHsy y y

y

y

H 14 m 14 ! H 5 m 5 H 15 m 15

y

y

y

H 14 !

H 5 m 5 H 15 m 15 m 14

!

( 665 )( 29033 . 35 ) ( 680 )(14516 . 68 ) ( 4 3550.03 )

H 14 ! -670 Btu/lbs

Se realiza un balance de masa en el nodo (6,13,14).y y

me ! msy

m 6 ! m 13 m 14

y

y

y

m 6 ! m a m 14

y

y

y

m6 ! m8

y

y

m 6 ! 82731.8 lbm/hrSe realiza un balance de energa en el nodo (6,13,14).y y

me He ! msHsH6 ! H 13 m 13 H 14 m 14y y y

H 6 m 6 ! H 13 m 13 H 14 m 14

y

y

y

!

m6

( 680 )( 39181 .77 ) ( 670 )( 43550 . 03 ) (82731.8 )

H 6 ! -674 .74 Btu/lbs

158


Punto 14:Se Tiene

P 14 ! Pint ! 74.16 lpca T en Fig. 24 - 26 GPSA1994 se Tiene p _ 14 ! 40 F H 14 ! 670 Btu/lbs

Punto 6:Se Tiene $

! int ! 74.16 lpca en Fig. 24 - 26 H 6 ! 674.74 Btu/lbs 6$ %

T6 ! 39 F 1994 se Tiene p 6 ! 1.36 Btu/lbs R

Punto 7i:e Tiene %

en Fig.24 - 26 7 ! 6 ! 1.36 Btu/lbsR

7 ! 8 ! 250 lpca

H7 ! - 650 Btu/lbs 1994 se Tienep T 7 ! 80 F

Punto 7r: Calculo de la Entalpa Real Se calcula el Trabajo Ideal del compresor C-1:(Wi) 1 ! m a (H 7'-H6 ) ! 39181 .77 (-650 674 .74 )y

(Wi) 1 ! 969356 .99 Btu/hr

Se calcula el Trabajo Real del compresor C-1:(Wr)1 (Wi) 1

n

(Wr)1

969356.99 Btu/hr 0.80

(Wr)1 1211696.24 Btu/hr

Se calcula la Entalpa Real del compresor C-1:(Wi) 1 ! m a (H 7r - H6 )H7r -643.82 Btu/lby

H7r =

(Wr)1y

H6

H7r

ma

1211696.24 Btu/hr - 674.74 Btu/lb 39181.77 lb/hr

Clculo del Flujo Msico del Refrigerante (Propano) (mR):m R ! m 13 m 14y y y

m R ! m 6 ! 82731.8 lbm/hr

y

y

Clculo del Flujo Msico Agua Condensador (H2O): Se realiza un balance de masa en el Condensador, Contorno (7,8).

159

Propiedades Termodinmicas del Gas Naturaly yy y y y y

me ! msy y

m7 ! m8 ! m6 ! m R

m R ! 82731.8 lbm/hr

Se realiza un balance de masa en el Condensador, Contorno (16,17).

me ! ms

m 16 ! m 17

y

y

Se realiza un balance de energa en el Condensador, Contorno (7,8,16,17).

me He ! msHsy

y

y

m R( H 7 - H 8 ) ! m H2O( H 17 - H 16 )

y

y

y

y

m H2O

m R( H 7 - H 8 ) Ec.(20) ! ( H 17 - H 16)

Sustituyendo los valores en Ecuacin (10) se tiene:y&

m H2

Calculo de la Potencia Total del Sistema:W Total (Wr) 1 (Wr) 2 Ec.(21)

Sustituyendo los valores en le Ecuacin (21) se tiene:W Total = (1211696.2 4 725833 .75 )

W Total

1937529.99 Btu/hr

W Total

1937529.99 Btu/hr (1Hp) 2544 Btu/hr

W Total = 7 61.61 Hp

Tabla de Valores de las Corrientes del Sistema de Refrigeracin con Propano

'

m R(H7 - H8) (82731.81) (-643.82 780 ) ! ! (H17 - H16 ) (87.97 - 67.97)

m H2 ! 563320 .90 lbm/hr

y

160


Punto 1 2 3 Punto 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

P (lpca) 500 500 500 P (lpca) 22 74.16 74.16 250 250 74.16 74.16 74.16 22 74.16 74.16 38 14.7 14.7

T (F) 100 48 -15 T (F) -25 50 39 147.2 120 38 38 38 -25 38 40 38 100 120

H(Btu/lbmol) 4649.87 3222.40 1741.56 H (Btu/lb) -690 -665 -674.74 -643.82 -780 -780 -780 -830 -830 -680 -670 -680 67.97 87.97

S Btu/lb R) S Btu/lb R) 1.32 1.32 1.36 1.36 -

m (lbmol/hr)2744.84 2744.84 2744.84

Fluido GN GN GN Fluido C3 C3 C3 C3 C3 C3 C3 C3 C3 C3 C3 C3 H2O H2O

m (lb/hr)29033.35 29033.35 82731.8 82731.8 82731.8 39181.77 43550.03 29033.35 29033.35 39181.77 43550.03 14516.68 563320.90 563320.90

161

CASO DE ESTUDIO

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