SIMULACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

SIMULACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

Una corriente agua destilada como el fluido caliente a 93°F, 14,7 psia y un flujo másico de 175000 Lb/h que se quiere enfriar hasta 85°F usando una corriente disponible de 280000 Lb/h de agua cruda proveniente de un reservorio a 75°F y esta solo puede ser calentada hasta 80°F (83).

Debido a la alta corrosión del agua cruda, esta pasa por los tubos del intercambiador mientras que el agua destilada pasa a través de la coraza en contracorriente, en una configuración de 2 pasos en los tubos y 1 pasó en la coraza.

Por condiciones de proceso solo puede ser manipulado el flujo de agua cruda, es decir, que es en este lugar es donde se encontrara el elemento de control final para el lazo.

23.2 Simulación en estado estacionario

calor “Exchanger Design (End point)”, debido a que en este sistema no hay cambios de fase y el Cp es relativamente constante y como tipo de coraza según Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA) de tipo E, lo quiere decir que la coraza es de un solo paso.

Para las caídas de presión en el lado de los tubos y la coraza, se asignaran 7,5psia y 7,7 psia, respectivamente. Asumiendo coeficiente global de transferencia de calor (U) de 259 BTU/ft2 °F h y un área de transferencia (A) de 502 ft2, asignar como UA, el producto entre estos valores, 130018 BTU/°F h y observara que la simulación ha convergido satisfactoriamente como se muestra en la Figura 23.1.

Para cambiar el icono del intercambiador al mostrado en la figura, se hace clic derecho sobre icono del intercambiador y escoge la opción “Change Icon” y el simulador le presentara las diferentes opciones que tiene el simulador para cambiar el icono, para este caso se escogió la segunda.

En este momento guarde la simulación con el nombre de INTERCAMBIADOR DE CALOR AGUA-AGUA.

[pic 1]

23.3 Dimensionamiento de los equipos

A continuación se determinan las dimensiones del intercambiador de calor y de las válvulas utilizadas en la simulación dinámica.

Dimensiones del intercambiador de calor

De la referencia (83), que es de donde se le hace una adaptación del problema simulado, el intercambiador de calor es diseñado a partir del método Kern, los cuales arrojaron los siguientes resultados mostrados en la Tabla 23.1

Estos parámetros se ingresan en la ventana del intercambiador de calor en la pestaña “Rating” en la opción “Sizing”.

[pic 2]

Diseño de las válvulas de control

Debido a que el número de variables manipulables para el intercambiador presentado en esta simulación es uno y puesto que se ha escogido que solo se puede manipular el flujo agua cruda o la válvula V2, la cual se dimensionara en la pestaña “Rating” con característica de igual porcentaje. Cabe destacar que si el lector no dimensiona la válvula, el simulador automáticamente la dimensionara automáticamente con característica lineal al usar el asistente dinámico.

23.4 Activación del modo dinámico

Para hacer el cambio de modo estacionario a dinámico, se le da clic en el icono de “Dynamic Mode” y le aparecerá un cuadro de dialogo, diciendo que debe realizar algunas modificaciones a la simulación. Seguidamente le da clic en sí, y aparecerá

la ventana del asistente dinámico, en la cual, primero debe hacer check en “Save Steady State Case”. Después de eso, hacer clic en “Make Changes” y los cambios se habrán cumplido satisfactoriamente. Por último se hace clic en “Dynamic Mode” de nuevo, y aparecerá un cuadro de dialogo para confirmar el cambio de modo, el cual se da clic en sí.

23.5 Simulación en modo dinámico

En esta simulación se hará uso de dos estrategias de control, una es en cascada, donde flujo másico de la corriente Agua_cruda es el control esclavo y el control de temperatura de la corriente Sale_coraza es el control maestro. La otra estrategia es un control feedforward, el cual toma la medición de la mayor perturbación del proceso que sería el flujo de Agua_destilada y con eso se prevería como debe manipularse el flujo de Agua_cruda para obtener las temperaturas correspondientes.

Una combinación de estas dos estrategias de control proporcionara un control robusto para el proceso estudiado.

23.5.1 Control en cascada flujo de alimento - temperatura de salida de la coraza

El controlador de flujo másico de Agua_cruda posee una acción inversa, porque un aumento de esta variable de salida por encima de su SP, implica una disminución de la abertura V2; con respecto al control de temperatura de la corriente Sale_coraza la acción es directa, la razón es que un aumento es esta variable por su SP, implicara un aumento del SP de la válvula que regula flujo de Agua_cruda y como este posee una acción inversa, esto obligara a aumentar la abertura de V2. Los pasos a realizar son los siguientes:

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