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A.) CICLO DE REFRIGERACION CON PROPANO - SISTEMA INGLES ( GPSA )
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Propano
BALANCE 1 2 3 4 1
Fases vapor vapor liquido mezcla
Presión (Psia) 16 190 190 16 16
Temperatura (º F) -40 100 100 -40 -40
0.95 0.95
Entalpía (h (Btu/lb))
410 460 320 320 230
120
composiciónliquido 0 0 1 0.5 1
vapor 1 1 0 0.5 0
m (lb/hr)liquido 0 0 1,854,077.58 1,854,077.58
vapor 3,708,155.16 3,708,155.16 0 1,854,077.58
MEMORIA DE CÁLCULO
1- CALOR ABSORBIDO EN EL EVAPORADOR (CHILLER)
90 Btu / lb
2- CALOR RETENIDO EN EL CONDENSADOR
140 Btu / lb
3- EFECTO REFRIGERANTE
90 Btu / lb
4- TRABAJO ISENTROPICO DEL COMPRESOR
50 Btu / lb
5- COEFICIENTE DE OPERACIÓN
Eref./Wcomp= 1.8
6- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN DEL PROPANO SEGÚN (GPS FIG. 14-26 (DIAGRAMA PROPANO)
Temp. = -40 º F
7- CON LA TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN OBTENEMOS LA PRESIÓN DE SUCCIÓNSEGÚN FIG. 14-26 (DIAGRAMA PROPANO)
Presión = 16 Psia
8- BALANCE DE ENERGIA EN LA ETAPA DE COMPRESIÓN (1era.)
TRABAJO ISENTROPICO DEL ESTADO DE COMPRESIÓN
Btu / lb
TRABAJO ISENTROPICO DEL COMP. CON LA PRESIÓN DE SUCCIÓN Y DESCARGA
16 Psia 410
190 Psia 460
PÉRDIDAS POR FRICCIÓN (SEGÚN CRITERIO CONSIDERADO PARA GASES )
1.275 FUENTE :
Entropía ( s (Btu/(lb ºF)
hVB hVD* hLB hLA=hLB3 hLB
Temperatura TVD* (º F)
Qabs. = h1 - h4 =
Qret. = h2 - h3 =
Eref. = h1 - h4 =
Wcomp.= h2 - h1 =
Cop. =
∆h = hVD* - hVB1
Ps1 = hVB =
Pd1 = hVD* =
hf =
MASA DEL REFRIGERANTE ( m (lb/hr))
88,995,723.73 lb/día 3,708,155.16 lb/hr
FACTOR DE CONVERSIÓN
1 HP = 42.41 Btu/min = 2,544.50 Btu/hr
EFICIENCIA ISENTROPICA SEGÚN (GPSA)
K=Cp/CV 1.14 Fig. 14-13 0.75
9- POTENCIA AL FRENO DEL COMPRESOR ( GHP )
GHP = 123,872.35 HP
10- RELACION DE COMPRESIÓN
11.875
11- PERDIDAS MECANICAS (FHP)
SE CONSIDERAN LAS PERDIDAS MECANICAS COMO UN 2 %
FHP = 0,02 * GHP = 2,477.45
12- POTENCIA POR ETAPA (BHP)
BHP -GHP + FHP = 126,349.79
utilizado es necesario que tenga mas de una etapa. Para encontrar el numero de etapas del compresor, se hará uso de la siguiente Eq.(14-9) Sección 14 - Refrigeración Mecánicade la ( GPSA ) :
1/n
2.28145131769 está dentro del rango ( 3 - 4 )
El valor de n = 3
LA POTENCIA NECESITADA EN EL COMPRESOR ( BHP ) RESULTA:
BHP -126,349.79
entonces BHP = 379,049.38 HP
mref. =
ni =
( hVD* - hVB )* mref. * hf
n* 2,544.4
rc = Pd/Ps =
n - DONDE ( n ) ES EL NUMERO DE ETAPAS
Debido a que el rc debe estar dentro del rango de ( 3 - 4 ) según ( GPSA ), el compresor
rc = ( Pd / Ps ) = iteramos ( n ), hasta que rc este dentro del rango ( 3 - 4 )
rc =
n -
13- CANTIDAD UTILIZADA DE REFRIGERANTE PROPANO EN EL PROCESO EN CASCADA
CALCULO DE MASA DEL REFRIGERANTE PROPANO
13.1-
13.2-
CALOR ESPECIFICO DEL REFRIGERANTE ETILENO A LA TEMP. DE 120 º FSECCIÓN 13 - COMPRESORES Y EXPANSORES - FIG. 13-6 (GPSA)
Cp a 120 º F: 10.8860 Btu/(lbmol º F)
8,009,615,135.80 Btu/día 333,733,963.99 Btu/hr
88,995,723.73 lb/día 3,708,155.16 lb/hr
14- TEMPERATURA DE ENTRADA DEL ETILENO AL EVAPORADOR (CHILLER) DEL PROPANO
ESTADO DE COMPRESIÓN DEL ETILENO
PRESIÓN DE SUCCIÓN : 16 Psia180 Btu/hr
380 Btu/hrTEMP. DE SUCCIÓN : -150 ºF
ENTROPÍA (S) 0.95 Btu/(lb ºF)
PRESIÓN DE DESCARGA : 290 Psia ENTROPÍA (S) 0.95 Btu/(lb ºF)
TEMP. DE DESCARGA : 120 º F
DEL PROCESO ISOENTALPICO EN LA EXPANSIÓN E ISENTROPICO EN LA COMPRESIÓNSE OBTIENE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DEL METANO AL CHILLER DEL ETILENO:
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Etileno
TEMPERATURA DE ENTRADA DEL ETILENO: 120 º F
460 Btu/hr
Qetileno = metileno * Cp * ∆T
Qpropano = mpropano * Δh = mpropano * ( hVB - hLA )
Qetileno = Qpropano
metileno * Cp * ∆T = mpropano * Δh = Qabs.
Qetileno =
mpropano =
hLB
hVB
hVD :
14- CANTIDAD UTILIZADA DE AGUA EN EL CONDENSADOR DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN DEL PROPANO
CALCULO DE MASA DEL REFRIGERANTE PROPANO
14.1-
14.2-
CALOR ESPECIFICO DEL REFRIGERANTE PROPANO A LA TEMP. DE 120 º FCALOR ESPECIFICO DEL AGUA A LA TEMP. DE 100 º FSECCIÓN 13 - COMPRESORES Y EXPANSORES - FIG. 13-6 (GPSA)
Cp a 120 º F: 18.7100 Btu/(lbmol º F) PROPANOCp a 100 º F: 8.0300 Btu/(lbmol º F) AGUA
33,302,199,820.17 Btu/día 1,387,591,659.17 Btu/hr
8,640,047.69 lb/día 360,001.99 lb/hr
Qpropano = mpropano * Cp * ∆T
Qagua = magua * Cp * ∆T
Qagua = Qpropano
mpropano * Cp * ∆T = magua*cp*ΔT = Qabs.
Qpropano =
magua =
B.) CICLO DE REFRIGERACION CON ETILENO - SISTEMA INGLES ( GPSA )
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Etileno
BALANCE 1 2 3 4 1
Fases vapor vapor liquido mezcla
Presión (Psia) 16 290 290 16 16
Temperatura (º F) -150 120 -20 -150 -150
0.95 0.95
Entalpía (h (Btu/lb))
380 460 260 260 180
120
composiciónliquido 0 0 1 0.6 1
vapor 1 1 0 0.4 0
m (lb/hr)liquido 0 0 68,127.05 68,127.05
vapor 113,545.08 113,545.08 0 45,418.03
MEMORIA DE CÁLCULO
200 Btu / lb
3- EFECTO REFRIGERANTE
120 Btu / lb
4- TRABAJO ISENTROPICO DEL COMPRESOR
80 Btu / lb
5- COEFICIENTE DE OPERACIÓN
Eref./Wcomp= 1.5
6- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN DEL ETILENO SEGÚN (GPSA)
Temp. = -150 º F
7- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN Y PRESIÓN DE SUCCIÓNSEGÚN FIG. 14-26 (DIAGRAMA ETILENO)
Presión = 16 Psia
8- BALANCE DE ENERGIA EN LA PRIMERA ETAPA DE COMPRESIÓN (1era.)
TRABAJO ISENTROPICO DEL PRIMER ESTADO DE COMPRESIÓN
Btu / lb
TRABAJO ISENTROPICO DEL COMP. CON LA PRESIÓN DE SUCCIÓN Y DESCARGA
16 Psia 380
290 Psia 460
PÉRDIDAS POR FRICCIÓN (SEGÚN CRITERIO CONSIDERADO PARA GASES )
1.275 FUENTE :
Entropía (s (Btu/(lb ºF)
hVB hVD* hLB hLA=hLB3 hLB
Temperatura TVD* (º F)
Qret. = h2 - h3 =
Eref. = h1 - h4 =
Wcomp.= h2 - h1 =
Cop. =
∆h = hVD* - hVB1
Ps1 = hVB =
Pd1 = hVD* =
hf =
MASA DEL REFRIGERANTE ( m (lb/hr))
2,725,081.87 lb/día 113,545.08 lb/hr
FACTOR DE CONVERSIÓN
1 HP = 42.41 Btu/min = 2,544.50 Btu/hr
EFICIENCIA ISENTROPICA SEGÚN (GPSA)
K=Cp/CV 1.24 Fig. 14-13 0.75
9- POTENCIA AL FRENO DEL COMPRESOR ( GHP )
GHP = 6,068.83 HP
10- RELACION DE COMPRESIÓN
18.125
11- PERDIDAS MECANICAS (FHP)
SE CONSIDERAN LAS PERDIDAS MECANICAS COMO UN 2 %
FHP = 0,02 * GHP = 121.38
12- POTENCIA POR ETAPA (BHP)
BHP -GHP + FHP = 6,190.20
utilizado es necesario que tenga mas de una etapa. Para encontrar el numero de etapas del compresor, se hará uso de la siguiente Eq.(14-9) Sección 14 - Refrigeración Mecánicade la ( GPSA ) :
1/n
4.25734659148 está dentro del rango ( 3 - 4 )
El valor de n = 2
LA POTENCIA NECESITADA EN EL COMPRESOR ( BHP ) RESULTA:
BHP -6,190.20
entonces BHP = 12,380.41 HP
mref. =
ni =
( hVD* - hVB )* mref. * hf
n* 2,544.4
rc = Pd/Ps =
n - DONDE ( n ) ES EL NUMERO DE ETAPAS
Debido a que el rc debe estar dentro del rango de ( 3 - 4 ) según ( GPSA ), el compresor
rc = ( Pd / Ps ) = iteramos ( n ), hasta que rc este dentro del rango ( 3 - 4 )
rc =
n -
13- CANTIDAD UTILIZADA DE REFRIGERANTE ETILENO EN EL PROCESO EN CASCADA
CALCULO DE MASA DEL REFRIGERANTE ETILENO
13.1-
13.2-
CALOR ESPECIFICO DEL REFRIGERANTE METANO A LA TEMP. DE 20 º FSECCIÓN 13 - COMPRESORES Y EXPANSORES - FIG. 13-6 (GPSA)
Cp a 20 º F: 8.3060 Btu/(lbmol º F)
327,009,824.48 Btu/día 13,625,409.35 Btu/hr
PESO MOLECULAR DEL ETILENO: 28.054 grs/grsmol ó lb/lbmol
2,725,081.87 lb/día 113,545.08 lb/hr
14- TEMPERATURA DE ENTRADA DEL METANO AL EVAPORADOR (CHILLER) DEL ETILENO
ESTADO DE COMPRESIÓN DEL METANO
PRESIÓN DE SUCCIÓN : 16 Psia140 Btu/hr
350 Btu/hrTEMP. DE SUCCIÓN : -256 ºF
ENTROPÍA (S) 1.25 Btu/(lb ºF)
PRESIÓN DE DESCARGA : 440 Psia ENTROPÍA (S) 1.25 Btu/(lb ºF)
TEMP. DE DESCARGA : -140 º F
DEL PROCESO ISOENTALPICO EN LA EXPANSIÓN E ISENTROPICO EN LA COMPRESIÓNSE OBTIENE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DEL METANO AL CHILLER DEL ETILENO:
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Metano
TEMPERATURA DE ENTRADA DEL METANO: 20 º F
480 Btu/hr
Qmetano = mmetano * Cp * ∆T
Qetileno = metileno * Δh = metileno * ( hVB - hLA )
Qmetano = Qetileno
mmetano * Cp * ∆T = metileno * Δh = Qabs.
Qmetano =
metileno =
hLB
hVB
hVD :
PROCESO EN CASCADA CON : PROPANO, ETILENO Y METANO
DATOS :
1.- VOLUMEN : 1,200,000.00 Pies Cúbicos por día del Gas Natural Metano
2.- PRESION DE ENTRADA DEL GAS NATURAL METANO A LA CAJA FRIA (COLD BOX )
PRESION: 680 Psia
3.- TEMPERATURA DE ENTRADA DEL GAS NATURAL METANO A LA CAJA FRIA (COLD BOX )
TEMP. : 95 º F igual a: 308.33 º K
4.- CALOR ESPECIFICO DEL GAS NATURAL METANO A LA TEMP. DE 95 º FSECCIÓN 13 - COMPRESORES Y EXPANSORES - FIG. 13-6 (GPSA)Cp a 95 º F: 8.62625 Btu/(lbmol º F)
5.- PESO MOLECULAR DEL GAS NATURAL: 16.03 grs/grsmol ó lb/lbmol
6.- CONSTANTE UNIVERSAL DEL GAS NATURAL METANO
82.057 (atm-cm3)/( mol -ºK) FUENTE: FAIRES
7.-
7.1- PRESION ATMOSFERICA: 14.7 Psia
7.2- PRESION DE ENTRADA DEL GAS NATURAL: 46.25850340136 atm.
7.3- ρ : 0.0293085061 grs / cm3
ρ : 1.8272367947 lb / pie3
8.- MASA DEL GAS NATURAL METANO A LICUEFACCIÓN
ρ * V 2,192,684.15 lb/día 91,361.84 lb/hr
Ŕ :
DENSIDAD DEL GAS NATURAL METANO CONSIDERÁNDOLO GAS IDEAL (ρ)
m :
C.) CICLO DE REFRIGERACION CON METANO - SISTEMA INGLES ( GPSA )
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Metano
BALANCE 1 2 3 4 1
Fases vapor vapor liquido mezcla
Presión (Psia) 16 440 440 16 16
Temperatura (º F) -256 -140 -140 -256 -256
1.25 1.25
Entalpía ( h (Btu/lb))
350 480 245 245 140
20
composiciónliquido 0 0 1 0.5 1
vapor 1 1 0 0.5 0
m (lb/hr)liquido 0 0 82,175.28 82,175.28
vapor 164,350.55 164,350.55 0 82,175.28
MEMORIA DE CÁLCULO
235 Btu / lb
1- EFECTO REFRIGERANTE
105 Btu / lb
2- TRABAJO ISENTROPICO DEL COMPRESOR
130 Btu / lb
3- COEFICIENTE DE OPERACIÓN
Eref./Wcomp= 0.807692307692
4- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN DEL METANO SEGÚN (GPSA)
Temp. = -256 º F
5- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN Y PRESIÓN DE SUCCIÓNSEGÚN FIG. 14-26 (DIAGRAMA METANO)
Presión = 16 Psia
6- BALANCE DE ENERGIA EN LA ETAPA DE COMPRESIÓN (1era.)
TRABAJO ISENTROPICO DEL PRIMER ESTADO DE COMPRESIÓN
Btu / lb
TRABAJO ISENTROPICO DEL COMP. CON LA PRESIÓN DE SUCCIÓN Y DESCARGA
16 Psia 350
440 Psia 480
PÉRDIDAS POR FRICCIÓN (SEGÚN CRITERIO CONSIDERADO PARA GASES )
1.275 FUENTE : GPSA
Entropía ( s (Btu/(lb ºF)
hVB hVD* hLB hLA=hLB3 hLB
Temperatura TVD* (º F)
Qret. = h2 - h3 =
Eref. = h1 - h4 =
Wcomp.= h2 - h1 =
Cop. =
∆h = hVD* - hVB1
Ps1 = hVB =
Pd1 = hVD* =
hf =
MASA DEL REFRIGERANTE ( m (lb/hr))
3,944,413.29 lb/día 164,350.55 lb/hr
FACTOR DE CONVERSIÓN
1 HP = 42.41 Btu/min = 2,544.50 Btu/hr
EFICIENCIA ISENTROPICA SEGÚN (GPSA)
K=Cp/CV 1.305 Fig. 14-13 0.75
7- POTENCIA AL FRENO DEL COMPRESOR ( GHP )
GHP = 14,274.50 HP
8- RELACION DE COMPRESIÓN
27.5
9- PERDIDAS MECANICAS (FHP)
SE CONSIDERAN LAS PERDIDAS MECANICAS COMO UN 2 %
FHP = 0,02 * GHP = 285.49
10- POTENCIA POR ETAPA (BHP)
BHP -GHP + FHP = 14,559.99
utilizado es necesario que tenga mas de una etapa. Para encontrar el numero de etapas del compresor, se hará uso de la siguiente Eq.(14-9) Sección 14 - Refrigeración Mecánicade la ( GPSA ) :
1/n
3.0184053684 está dentro del rango ( 3 - 4 )
El valor de n = 3
LA POTENCIA NECESITADA EN EL COMPRESOR ( BHP ) RESULTA:
BHP -14,559.99
entonces BHP = 43,679.98 HP
mref. =
ni =
( hVD* - hVB )* mref. * hf
n* 2,544.4
rc = Pd/Ps =
n - DONDE ( n ) ES EL NUMERO DE ETAPAS
Debido a que el rc debe estar dentro del rango de ( 3 - 4 ) según ( GPSA ), el compresor
rc = ( Pd / Ps ) = iteramos ( n ), hasta que rc este dentro del rango ( 3 - 4 )
rc =
n -
11- CANTIDAD UTILIZADA DE REFRIGERANTE METANO EN EL PROCESO EN CASCADA
CALCULO DE MASA DEL REFRIGERANTE METANO
11.1-
11.2-
414,163,395.49 Btu/día 17,256,808.15 Btu/hr
3,944,413.29 lb/día 164,350.55 lb/hr
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Metano
20 º F
480 Btu/hr
Q GN = mGN * Cp * ∆T
Qmetano = mmetano * Δh =mmetano * ( hVB - hLA )
Q GN = Qmetano
mGN * Cp * ∆T = mmetano * Δh = Qabs.
Q GN =
mmetano =
TEMPEMPERATURA DEL METANO ( TVD* ):
hvD* :
A.) CICLO DE REFRIGERACION CON PROPANO - SISTEMA INTERNACIONAL (COOLPACK)
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Propano
BALANCE 1 2 3 4
Fasesvapor vapor liquido mezcla
Presión (Bar) 1.103161 13.10004 13.10004 1.103161 1.103161
Temperatura (º C) -40 37.77778 37.77778 -40
2.44 2.44
Entalpía (h (Kj/Kg))
528 645 298 298 105
37.77778
composiciónliquido 0 0 1 0.5437352246 1
vapor 1 1 0 0.4562647754 0
m (Kg/hr)liquido 0 0 1 4,436,924.36
vapor 8,160,082.63 8,160,082.63 0 3,723,158.27
MEMORIA DE CÁLCULO
1- CALOR ABSORBIDO EN EL EVAPORADOR (CHILLER)
230 Kj / Kg
2- CALOR RETENIDO EN EL CONDENSADOR
347 Kj / Kg
3- EFECTO REFRIGERANTE
230 Kj / Kg
4- TRABAJO ISENTROPICO DEL COMPRESOR
117 Kj / Kg
5- COEFICIENTE DE OPERACIÓN
Eref./Wcomp= 1.965811965812
6- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN DEL PROPANO SEGÚN (GP FIG. 14-26 (DIAGRAMA PROPANO)
Temp. = -40 º C
7- CON LA TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN OBTENEMOS LA PRESIÓN DE SUCCIÓNSEGÚN FIG. 14-26 (DIAGRAMA PROPANO)
Presión = 1.103161 Bar
8- BALANCE DE ENERGIA EN LA ETAPA DE COMPRESIÓN (1era.)
TRABAJO ISENTROPICO DEL ESTADO DE COMPRESIÓN
Kj / Kg
TRABAJO ISENTROPICO DEL COMP. CON LA PRESIÓN DE SUCCIÓN Y DESCARGA
1.103161 Bar 528 Kj / Kg
13.10004 Bar 645 Kj / Kg
PÉRDIDAS POR FRICCIÓN (SEGÚN CRITERIO CONSIDERADO PARA GASES )
1.275 FUENTE :
Entropía ( s (Kj/(Kg ºC)
hvB hVD* hLB hLA=hLB3 hLB
Temperatura TVD* (º C)
Qabs. = h1 - h4 =
Qret. = h2 - h3 =
Eref. = h1 - h4 =
Wcomp.= h2 - h1 =
Cop. =
∆h = hVD* - hVB1
Ps1 = hVB =
Pd1 = hVD* =
hf =
MASA DEL REFRIGERANTE ( m (Kg/hr))
195,841,983.03 Kg/día 8,160,082.63 Kg/hr
FACTOR DE CONVERSIÓN
1 HP = 2,684.6955 Kj / hr = 2,544.50 Btu/hr
EFICIENCIA ISENTROPICA SEGÚN (GPSA)
K=Cp/CV 1.14 Fig. 14-13 0.75
9- POTENCIA AL FRENO DEL COMPRESOR ( GHP )
GHP = 637,862.23 HP
10- RELACION DE COMPRESIÓN
11.8750028328
11- PERDIDAS MECANICAS (FHP)
SE CONSIDERAN LAS PERDIDAS MECANICAS COMO UN 2 %
FHP = 0,02 * GHP = 12,757.24
12- POTENCIA POR ETAPA (BHP)
BHP -GHP + FHP = 650,619.47
utilizado es necesario que tenga mas de una etapa. Para encontrar el numero de etapas del compresor, se hará uso de la siguiente Eq.(14-9) Sección 14 - Refrigeración Mecánicade la ( GPSA ) :
1/n
3.44601259904 está dentro del rango ( 3 - 4 )
El valor de n = 2
LA POTENCIA NECESITADA EN EL COMPRESOR ( BHP ) RESULTA:
BHP -650,619.47
entonces BHP = 1,301,238.94 HP
mref. =
ni =
( hVD* - hVB )* mref. * hf
n* 2,544.4
rc = Pd/Ps =
n - DONDE ( n ) ES EL NUMERO DE ETAPAS
Debido a que el rc debe estar dentro del rango de ( 3 - 4 ) según ( GPSA ), el compresor
rc = ( Pd / Ps ) = iteramos ( n ), hasta que rc este dentro del rango ( 3 - 4 )
rc =
n -
13- CANTIDAD UTILIZADA DE REFRIGERANTE PROPANO EN EL PROCESO EN CASCADA
CALCULO DE MASA DEL REFRIGERANTE PROPANO
13.1-
13.2-
CALOR ESPECIFICO DEL REFRIGERANTE ETILENO A LA TEMP. DE 50 º CSECCIÓN 13 - COMPRESORES Y EXPANSORES - FIG. 13-6 (GPSA)
Cp a 120 º F: 10.8860 Btu/(lbmol º F)Cp a 50 º C: 45.5775 Kj(Kmol ºK)
FACTOR DE CONVERSIÓN: 1 Btu / ( lbmol º R ) = 4.1868 Kj / (Kmol ºK)1 Btu / ( lbm º F ) = 4.1868 Kj / (Kg ºC)
45,043,656,096.27 Kj/día 1,876,819,004.01 Kj/hr
195,841,983.03 Kg/día 8,160,082.63 Kg/hr
14- TEMPERATURA DE ENTRADA DEL ETILENO AL EVAPORADOR (CHILLER) DEL PROPANO
ESTADO DE COMPRESIÓN DEL ETILENO
PRESIÓN DE SUCCIÓN : 1.103161 Bar-95 Kj / Kg
382 Kj / KgTEMP. DE SUCCIÓN : -100 º C
ENTROPÍA (S) 2.47 Kj / (Kg ºC)
PRESIÓN DE DESCARGA : 20 Bar ENTROPÍA (S) 2.47 Kj / (Kg ºC)
TEMP. DE DESCARGA : -30 º C
DEL PROCESO ISOENTALPICO EN LA EXPANSIÓN E ISENTROPICO EN LA COMPRESIÓNSE OBTIENE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DEL ETILENO AL CHILLER DEL PROPANO:
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Etileno
TEMPERATURA DE ENTRADA DEL ETILENO: 50 º C
570 Kj / Kg
Qetileno = metileno * Cp * ∆T
Qpropano = mpropano * Δh =mpropano * ( hVB - hLB )
Qetileno = Qpropano
metileno * Cp * ∆T = mpropano * Δh = Qabs.
Qetileno =
mpropano =
hLB
hVB
hVD :
B.) CICLO DE REFRIGERACION CON ETILENO - SISTEMA INTERNACIONAL (COOLPACK)
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Etileno
BALANCE 1 2 3 4
Fases vapor vapor liquido mezcla
Presión (Bar) 1.103161 20 20 1.103161 1.103161
Temperatura (º C) -100 -30 -30 -100
2.47 2.47
Entalpía (h (Kj/Kg))
382 420 90 90 -95
-30
composiciónliquido 0 0 1 0.6121593291 1
vapor 1 1 0 0.3878406709 0
m (Kg/hr)liquido 0 0 315,098.50 315,098.50
vapor 514,732.82 514,732.82 0 199,634.32
MEMORIA DE CÁLCULO
330 Kj / Kg
3- EFECTO REFRIGERANTE
292 Kj / Kg
4- TRABAJO ISENTROPICO DEL COMPRESOR
38 Kj / Kg
5- COEFICIENTE DE OPERACIÓN
Eref./Wcomp= 7.684210526316
6- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN DEL ETILENO SEGÚN (GPSA)
Temp. = -100 º C 173.15 º K
7- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN Y PRESIÓN DE SUCCIÓNSEGÚN FIG. 14-26 (DIAGRAMA ETILENO)
Presión = 1.103161 Bar
8- BALANCE DE ENERGIA EN LA PRIMERA ETAPA DE COMPRESIÓN (1era.)
TRABAJO ISENTROPICO DEL PRIMER ESTADO DE COMPRESIÓN
Kj / Kg
TRABAJO ISENTROPICO DEL COMP. CON LA PRESIÓN DE SUCCIÓN Y DESCARGA
1.103161 Bar 382 Kj / Kg
20 Bar 420 Kj / Kg
PÉRDIDAS POR FRICCIÓN (SEGÚN CRITERIO CONSIDERADO PARA GASES )
1.275 FUENTE :
Entropía ( s (Kj/(Kg ºC)
hvB hVD* hLA hLA hLB
Temperatura TVD* (º C)
Qret. = h2 - h3 =
Eref. = h1 - h4 =
Wcomp.= h2 - h1 =
Cop. =
∆h = hVD* - hVB1
Ps1 = hVB =
Pd1 = hVD* =
hf =
MASA DEL REFRIGERANTE ( m (lb/hr))
12,353,587.67 Kg/día 514,732.82 Kg/hr
FACTOR DE CONVERSIÓN
1 HP = 2,684.6955 Kj / hr = 2,544.50 Btu/hr
EFICIENCIA ISENTROPICA SEGÚN (GPSA)
K=Cp/CV 1.24 Fig. 14-13 0.75
9- POTENCIA AL FRENO DEL COMPRESOR ( GHP )
GHP = 13,068.08 HP KW
10- RELACION DE COMPRESIÓN
18.1297199593
11- PERDIDAS MECANICAS (FHP)
SE CONSIDERAN LAS PERDIDAS MECANICAS COMO UN 2 %
FHP = 0,02 * GHP = 261.36
12- POTENCIA POR ETAPA (BHP)
BHP -GHP + FHP = 13,329.45
utilizado es necesario que tenga mas de una etapa. Para encontrar el numero de etapas del compresor, se hará uso de la siguiente Eq.(14-9) Sección 14 - Refrigeración Mecánicade la ( GPSA ) :
1/n
2.62702193228 está dentro del rango ( 3 - 4 )
El valor de n = 3
LA POTENCIA NECESITADA EN EL COMPRESOR ( BHP ) RESULTA:
BHP -13,329.45
entonces BHP = 39,988.34 HP
mref. =
ni =
( hVD* - hVB )* mref. * hf
n* 2,544.4
rc = Pd/Ps =
n - DONDE ( n ) ES EL NUMERO DE ETAPAS
Debido a que el rc debe estar dentro del rango de ( 3 - 4 ) según ( GPSA ), el compresor
rc = ( Pd / Ps ) = iteramos ( n ), hasta que rc este dentro del rango ( 3 - 4 )
rc =
n -
13- CANTIDAD UTILIZADA DE REFRIGERANTE ETILENO EN EL PROCESO EN CASCADA
CALCULO DE MASA DEL REFRIGERANTE ETILENO
13.1-
13.2-
CALOR ESPECIFICO DEL REFRIGERANTE METANO A LA TEMP. DE -7 º CSECCIÓN 13 - COMPRESORES Y EXPANSORES - FIG. 13-6 (GPSA)
Cp a -10 º C: 8.3566 Btu/(lbmol º F)Cp a -10 º C: 34.9874 Kj(Kmol ºK)
FACTOR DE CONVERSIÓN: 1 Btu / ( lbmol º R ) = 4.1868 Kj / (Kmol ºK)1 Btu / ( lbm º F ) = 4.1868 Kj / (Kg ºC)
5,892,661,317.30 Kj/día 245,527,554.89 Kj/hr
12,353,587.67 Kg/día 514,732.82 Kg/hr
14- TEMPERATURA DE ENTRADA DEL METANO AL EVAPORADOR (CHILLER) DEL ETILENO
ESTADO DE COMPRESIÓN DEL METANO
PRESIÓN DE SUCCIÓN : 1.103161 Bar164 Kj / Kg
672 Kj / KgTEMP. DE SUCCIÓN : -160 º C
ENTROPÍA (S) 5.2 Kj / (Kg ºC)
PRESIÓN DE DESCARGA : 30.33693 Bar ENTROPÍA (S) 5.2 Kj / (Kg ºC)
TEMP. DE DESCARGA : -95 º C
DEL PROCESO ISOENTALPICO EN LA EXPANSIÓN E ISENTROPICO EN LA COMPRESIÓNSE OBTIENE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DEL METANO AL CHILLER DEL ETILENO:
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Metano
TEMPERATURA DE ENTRADA DEL ETILENO: -10 º C
960 Kj / Kg
Qmetano = mmetano * Cp * ∆T
Qetileno = metileno * Δh =metileno * ( hVB - hLB )
Qmetano = Qetileno
mmetano * Cp * ∆T = metileno * Δh = Qabs.
Qmetano =
metileno =
hLB
hVB
hVD :
PROCESO EN CASCADA CON : PROPANO, ETILENO Y METANO
DATOS :
1.- VOLUMEN : 34,006.33 Metros Cúbicos por día de Gas Natural Metano
2.- PRESION DE ENTRADA DEL GAS NATURAL METANO A LA CAJA FRIA (COLD BOX )
PRESION: 46.88435 Bar
3.- TEMPERATURA DE ENTRADA DEL GAS NATURAL METANO A LA CAJA FRIA (COLD BOX )
TEMP. : 35 º C igual a: 308.15 º K
4.- CALOR ESPECIFICO DEL GAS NATURAL METANO A LA TEMP. DE 35 º CSECCIÓN 13 - COMPRESORES Y EXPANSORES - FIG. 13-6 (GPSA)
Cp a 35 º C: 36.11638 Kj/(Kgmol º K)
5.- PESO MOLECULAR DEL GAS NATURAL METANO: 16.03 grs/grsmol ó lb/lbmol
6.- CONSTANTE UNIVERSAL DEL GAS NATURAL METANO
82.057 (atm-cm3)/( mol -ºK) FUENTE: FAIRES
7.-
7.1- PRESION ATMOSFERICA: 1.01325 Bar
7.2- PRESION DE ENTRADA DEL GAS NATURAL ME 46.27125585986 atm.
7.3- ρ : 0.0293337105 grs / cm3
ρ : 29.333710539 Kg / m3
8.- MASA DE GAS NATURAL METANO A LICUEFACCIÓN
ρ * V 997,531.73 kg/día 41,563.82 kg/hr
Ŕ :
DENSIDAD DEL GAS NATURAL METANO CONSIDERÁNDOLO GAS IDEAL (ρ)
m :
C.) CICLO DE REFRIGERACION CON METANO - SISTEMA INTERNACIONAL (COOLPACK)
Datos obtenidos del Diagrama de Mollier del Metano
BALANCE 1 2 3 4 1
Fases vapor vapor liquido mezcla
Presión (Bar) 1.103161 30.33693 30.33693 1.103161 1.103161
Temperatura (º C) -160 -95 -95 -160
5.2 5.2
Entalpía (h (Kj/Kg))672 954 430 430 164
-95
composiciónliquido 0 0 1 0.47637795276 1
vapor 1 1 0 0.52362204724 0
m (Kg/hr)liquido 0 0 35,946.54 35,946.54
vapor 75,458.03 75,458.03 0 39,511.49
MEMORIA DE CÁLCULO
524 Kj / Kg
1- EFECTO REFRIGERANTE
242 Kj / Kg
2- TRABAJO ISENTROPICO DEL COMPRESOR
282 Kj / Kg
3- COEFICIENTE DE OPERACIÓN
Eref./Wcomp= 0.85815602836879
4- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN DEL METANO SEGÚN (GPSA)
Temp. = -160 º C 113.15 º K
5- TEMPERATURA DE VAPORIZACIÓN Y PRESIÓN DE SUCCIÓNSEGÚN FIG. 14-26 (DIAGRAMA METANO)
Presión = 1.103161 Bar
6- BALANCE DE ENERGIA EN LA ETAPA DE COMPRESIÓN (1era.)
TRABAJO ISENTROPICO DEL PRIMER ESTADO DE COMPRESIÓN
TRABAJO ISENTROPICO DEL COMP. CON LA PRESIÓN DE SUCCIÓN Y DESCARGA
1.103161 Bar 672 Kj / Kg
30.33693 Bar 954 Kj / Kg
PÉRDIDAS POR FRICCIÓN (SEGÚN CRITERIO CONSIDERADO PARA GASES )
1.275 FUENTE :
Entropía ( s (Kj/(Kg ºC)
hvB hVD* hLB hLA = hLB3 hLB
Temperatura TVD* (º C)
Qret. = h2 - h3 =
Eref. = h1 - h4 =
Wcomp.= h2 - h1 =
Cop. =
∆h = hVD* - hVB1
Ps1 = hVB =
Pd1 = hVD* =
hf =
MASA DEL REFRIGERANTE ( m (lb/hr))
1,810,992.71 Kg/día 75,458.03 Kg/hr
FACTOR DE CONVERSIÓN
1 HP = 2,684.6955 Kj / hr = 2,544.50 Btu/hr
EFICIENCIA ISENTROPICA SEGÚN (GPSA)
K=Cp/CV 1.305 Fig. 14-13 0.75
7- POTENCIA AL FRENO DEL COMPRESOR ( GHP )
GHP = 14,216.77 HP 10,601.62 KW
8- RELACION DE COMPRESIÓN
27.500002266
9- PERDIDAS MECANICAS (FHP)
SE CONSIDERAN LAS PERDIDAS MECANICAS COMO UN 2 %
FHP = 0,02 * GHP = 284.34
10- POTENCIA POR ETAPA (BHP)
BHP -GHP + FHP = 14,501.11
utilizado es necesario que tenga mas de una etapa. Para encontrar el numero de etapas del compresor, se hará uso de la siguiente Eq.(14-9) Sección 14 - Refrigeración Mecánicade la ( GPSA ) :
1/n
3.0184054513 está dentro del rango ( 3 - 4 )
El valor de n = 3
LA POTENCIA NECESITADA EN EL COMPRESOR ( BHP ) RESULTA:
BHP -14,501.11
entonces BHP = 43,503.33 HP
32,440.96 KW
mref. =
ni =
( hVD* - hVB )* mref. * hf
n* 2,544.4
rc = Pd/Ps =
n - DONDE ( n ) ES EL NUMERO DE ETAPAS
Debido a que el rc debe estar dentro del rango de ( 3 - 4 ) según ( GPSA ), el compresor
rc = ( Pd / Ps ) = iteramos ( n ), hasta que rc este dentro del rango ( 3 - 4 )
rc =
n -
11- CANTIDAD UTILIZADA DE REFRIGERANTE METANO EN EL PROCESO EN CASCADA
CALCULO DE MASA DEL REFRIGERANTE METANO
11.1-
11.2-
438,260,235.69 Kj/día 18,260,843.15 Kj/hr
1,810,992.71 Kg/día 75,458.03 Kg/hr
Q GN = mGN * Cp * ∆T
Qmetano = mmetano * Δh = mmetano * ( hVB - hLA )
Q GN = Qmetano
mGN * Cp * ∆T = mmetano * Δh = Qabs.
Q GN =
mmetano =