Análisis de datos en ingeniería 1

Análisis de datos en ingeniería 1  

Cuarto entregable

Antonio Barros, Kevin Murillo, Sergio Romero

Docente: Ing. Katherine Palacio

Introducción

En el desarrollo del proyecto se resolverá la ecuación de Peng Robinson para hallar los volúmenes específicos de vapor saturado en una sustancia refrigerante mediante el software Aspen HYSYS, el cual obtiene las propiedades de cualquier fluido mediante la solución de dicha ecuación.

Si bien la mayoría de los softwares de ingeniería para la solución de sistemas termodinámicos utiliza la ecuación de Peng Robinson u otras ecuaciones de estado (para calcular los valores de las propiedades de las sustancias de trabajo), es muy importante saber que tan exactos, precisos y confiables son dichos valores calculados mediante ecuaciones ajustadas y no simplemente almacenar los datos en una memoria y tomarlos cuando sea necesario.  

Las ecuaciones de estado tienen como utilidad definir las propiedades de los fluidos, mezclas, y sólidos. Sin embargo, su uso más importante es predecir el estado de los gases. Anteriormente, sólo existía la ecuación de estado de gas ideal, que es precisa solamente para presiones muy bajas y temperaturas mayores al punto crítico, no es capaz de predecir la condensación de un gas y en otras condiciones su inexactitud es prevalente. Por ello se tuvo la necesidad de crear ecuaciones que cumplieran con el objetivo de predecir correctamente el estado de los gases en todas las condiciones, la más empleada es Peng-Robinson (PR).

En 1976, la ecuación de estado de Peng-Robinson, fue creada para para tener mayor precisión cerca al punto crítico, además de predecir correctamente el cálculo del volumen especifico de los líquidos, tanto de sustancias polares como apolares. Actualmente no existe una ecuación que prediga el comportamiento de todas las sustancias en todos los estados, pero las ecuaciones de estados son aceptadas por el poco error que existe al trabajar con sustancias puras, ya que en las diferentes condiciones los errores son aceptables, hasta menos del 5%

En la práctica utilizar dichas ecuaciones pueden llegar a ser muy útiles, debido a que en el pasar de los días, la investigación y los avances tecnológicos nos ofrecen cada día el descubrimiento de nuevas sustancias con mejores propiedades de interés (ya sea refrigerantes o sustancias de trabajo) y como ingenieros mecánicos debemos mantenernos flexibles al cambio y basta con tomar ciertos datos de una nueva sustancia para así tener una aproximación de cómo cambia sus propiedades termodinámicas a diferentes cambios de temperatura o de presión.

Variable escogida.

La variable fue escogida en el área de estudio de ingeniería mecánica y química, específicamente en el área de la termodinámica y será el porcentaje de error entre los valores del volumen específico calculados mediante el software Aspen HYSYS y los valores teórico-experimentales del volumen específico que se encuentran tabulados en el libro Termodinámica: Yunus A. Cengel.

Materiales de trabajo utilizados.

Durante la toma de datos principalmente se usó Aspen Hysys para obtener las propiedades del agua.

ASPEN HYSYS: Hysys es una herramienta informática que nos va a permitir diseñar o modelar procesos termodinámicos. El software es utilizado para simular procesos en estado estacionario y dinámico, por ejemplo, procesos químicos, farmacéuticos, alimenticios, entre otros. Posee herramientas que nos permite estimar propiedades físicas, balance de materia y energía, equilibrios líquido-vapor y la simulación de muchos equipos térmicos de Ingeniería.  

Procedimiento de la toma de datos

En Hysys:  

1) Creamos un caso.

2) Selección de componente. Al darle click en add se abre una sub carpeta de componentes en esa carpeta se selecciona el componente el cual es agua.

3) Se selecciona el paquete termodinámico.

El paquete termodinámico sería el Peng Robinson.

4) Construcción del esquema: Para la construcción le damos click en simulación.

5) Se escoge en la paleta el separador, y se escriben las entradas y salidas, para completar el esquema.

6) Se ingresa la composición de agua y las condiciones de entrada para poder realizar el caso de estudio.

7) Se selecciona la opción Case Studies, en la barra, se crea el nuevo caso ingresando como variable independiente la temperatura en un intervalo de 5 ºC a 250 ºC, y como variable dependiente la densidad de masa tanto para el gas.

8) Para graficar se debe calcular el volumen específico, calculando el inverso de la densidad de masa.

Para obtener los resultados, el software Aspen HYSYS utiliza las soluciones numéricas mediante la ecuación de Peng Robinson descritas en el texto guía “González Quiroga, A., & Acuña Garrido, F. (2014). Termodinámica: Solución de casos mediante el uso de Aspenhysis. Bogotá: Universidad del Norte” en las páginas 2,3 y 4.

Nota de los autores: El proceso de la toma de datos se encuentra en un video anexado junto con este archivo, los datos se volvieron a tomar el día 18/11/2019 y los resultados obtenidos fueron exactamente igual a los de la primera toma.

Resultados.

Para un rango de temperaturas que va desde 5°C a 250°C con un paso de toma de datos de 5 se obtuvo los siguientes 50 resultados del volumen específico de la sustancia de trabajo (agua).

Tabla 1: Resultado de la simulación (lado izquierdo) comparado con los datos del libro (lado derecho).

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