simulación en hysys de los procesos productivos de enap magallanes

UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÄA
DEPARTAMENTO DE QUÄMICA
ÅSIMULACIÇN EN HYSYS É DE LOS PROCESOS
PRODUCTIVOS DE ENAP MAGALLANESÑ
LUIS EMILIO VILLEGAS VIVAR
2007

UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÄA
DEPARTAMENTO DE QUÄMICA
ÅSIMULACIÇN EN HYSYS É DE LOS PROCESOS
PRODUCTIVOS DE ENAP MAGALLANESÑ
Trabajo de titulaciÄn presentado
en conformidad a los requisitos
para obtener el tÅtulo de
Ingeniero Civil QuÅmico
Profesor GuÅa: Sr. Lorenzo Lazaneo Cerda
Supervisor ENAP: Sr. Nelson MenÇndez DÅaz
LUIS EMILIO VILLEGAS VIVAR
2007

i
RESUMEN
En el presente trabajo de titulaciÄn, denominado ÅSimulaciÄn en HYSYS Ç de los
procesos productivos de ENAP MagallanesÉ, se han caracterizado los procesos tÑpicos llevados a
cabo en las instalaciones de ENAP Magallanes, mediante simulaciones computacionales
realizadas en el software Aspen HYSYSÇ.
El proceso de creaciÄn de estas simulaciones se encuentra explicado completamente
en el ÅManual para simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYSÉ, que se
adjunta. Dicho manual constituye ademÖs una guÑa gradual de enseÜanza, que mediante
ejemplos, casos guiados y consejos prÖcticos, permite obtener las habilidades necesarias para
recrear, en el software ya mencionado, diferentes situaciones relacionadas con los equipos
tÑpicos que utiliza ENAP Magallanes en su proceso productivo.
Se ha realizado, entre otras, la simulaciÄn completa de Planta Cullen y Planta PosesiÄn,
generando programas que permiten estimar el comportamiento de las variables de proceso
frente a cambios en las condiciones de operaciÄn de las plantas.
AdemÖs se han comparado los valores normales de operaciÄn de cada planta con el
resultado que entrega HYSYS, y se ha concluido que las similitudes son adecuadas dentro del
rango de precisiÄn requerido, y por lo tanto es importante que el personal de ENAP Magallanes
pueda tener acceso a las simulaciones realizadas, y conozca la forma de desarrollar ástas para
realizar los cambios en valores de variables o estructura del modelo. Esto se lograrÖ mediante la
difusiÄn del ÅManual para simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYSÉ en las
diferentes instalaciones de la empresa.
Debido a la imposibilidad de activar el modo dinÖmico en HYSYS, por limitaciones de la
licencia usada en la empresa, las simulaciones se han limitado exclusivamente a casos
estacionarios.

ii
ÄNDICE
RESUMEN................................................................................................................................................ I
ÄNDICE.................................................................................................................................................... II
ILUSTRACIONES Y TABLAS .....................................................................................................................IV
INTRODUCCIÅN ....................................................................................................................................VI
I - ANTECEDENTES GENERALES............................................................................................................... 1
1.1 ENAP MAGALLANES........................................................................................................................1
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..................................................................................................3
1.3 OBJETIVOS ......................................................................................................................................5
1.3.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................5
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÄFICOS............................................................................................................5
II - ANTECEDENTES TEÅRICOS ................................................................................................................ 7
2.1 USO DE SIMULADORES EN LA INDUSTRIA QUàMICA.......................................................................7
2.2 ETAPAS GENERALES DE UNA SIMULACIâN...................................................................................10
2.3 EL SIMULADOR HYSYS Ç .................................................................................................................12
2.4 CONSIDERACIONES TEâRICAS UTILIZADAS POR HYSYS................................................................15
2.4.1 COMPRESORES RECÄPROCOS ..................................................................................................16
2.4.2 INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBO Y CARCASA...........................................................19
2.4.3 REACCIONES QUÄMICAS Y REACTORES EN HYSYS...................................................................24
2.4.4 COLUMNAS DE DESTILACIÅN..................................................................................................27
2.4.5 AJUSTADORES .........................................................................................................................33
2.4.6 RECICLOS.................................................................................................................................35
III - PARTE EXPERIMENTAL Y RESULTADOS........................................................................................... 38
3.1 ESQUEMA DE DESARROLLO..........................................................................................................38
3.2 SIMULACIONES REALIZADAS PARA ENAP MAGALLANES..............................................................41
3.3 CONSIDERACIONES ESPECàFICAS DE CADA SIMULACIâN.............................................................43
3.3.1 COMPRESOR HRA-5 DE PLANTA CULLEN................................................................................43
3.3.2 COMPRESOR HRA-2 DE ESTACIÅN COMPRESORA CALAFATE ................................................44

iii
3.3.3 COMPRESOR TLA-3 DE PLANTA POSESIÅN.............................................................................44
3.3.4 COMPRESOR TC-10 DE PLANTA CULLEN.................................................................................46
3.3.5 TURBINA DEL TREN SULZER ....................................................................................................46
3.3.6 ESQUEMA DE PRODUCCIÅN DE PLANTAS POSESIÅN Y CABO NEGRO ...................................48
3.3.7 ELEMPLO DE CARACTERIZACIÅN DE PETRÅLEOS EN HYSYS...................................................49
3.3.8 EJEMPLO DE LOOP DE GASODUCTOS .....................................................................................49
3.3.9 PLANTA CULLEN......................................................................................................................49
3.3.10 PLANTA POSESIÅN ................................................................................................................52
3.4 DATOS Y RESULTADOS..................................................................................................................56
3.4.1 COMPRESOR HRA-5 DE PLANTA CULLEN................................................................................58
3.4.2 COMPRESOR HRA-5 DE ESTACIÅN COMPRESORA CALAFATE ................................................59
3.4.3 COMPRESOR TLA-3 DE PLANTA POSESIÅN.............................................................................60
3.4.4 COMPRESOR TC-10 DE PLANTA CULLEN.................................................................................61
3.4.5 TURBINA DEL TREN SULZER ....................................................................................................62
3.4.6 PLANTA CULLEN......................................................................................................................63
3.4.7 PLANTA POSESIÅN ..................................................................................................................64
3.5 VALIDACIâN DE LAS SIMULACIONES OBTENIDAS ........................................................................66
3.5.1 VALIDACIÅN DE PLANTA CULLEN ...........................................................................................67
3.5.2 VALIDACIÅN DE PLANTA POSESIÅN........................................................................................71
3.6 ANäLISIS Y DISCUSIâN DE RESULTADOS.......................................................................................76
IV - CONCLUSIONES.............................................................................................................................. 80
V - BIBLIOGRAFÄA ................................................................................................................................. 83
5.1 FUENTES CONSULTADAS ..............................................................................................................83
5.2 INTERNET ã SITIOS CONSULTADOS...............................................................................................83
ANEXOS ............................................................................................................................................... 84
ASPECTO GRÇFICO DE LAS SIMULACIONES........................................................................................... 85
INFORMACIÅN DE COMPRESORES ....................................................................................................... 93

iv
ILUSTRACIONES Y TABLAS
ILUSTRACIâN 1.- ASPECTO GENERAL DE PLANTA POSESIâN...........................................................................................................2
ILUSTRACIâN 2.- ASPECTO GENERAL DE PLANTA CULLEN..............................................................................................................2
ILUSTRACIâN 3.- SIMULATION BASIS MANAGER DE HYSYS ........................................................................................................13
ILUSTRACIâN 4.- VENTANA DE PROPIEDADES PARA UN INTERCAMBIADOR DE TUBO Y CARCASA ..........................................................13
ILUSTRACIâN 5.- ASPECTO DE UNA SIMULACIâN TàPICA EN HYSYS...............................................................................................14
ILUSTRACIâN 6.- ESQUEMA DEL CILINDRO DE UN COMPRESOR RECàPROCO.....................................................................................16
ILUSTRACIâN 7.- ESPECIFICACIâN EN MODO WEIGHTED.............................................................................................................22
ILUSTRACIâN 8.- INGRESO DE PARäMETROS FàSICOS DEL INTERCAMBIADOR...................................................................................22
ILUSTRACIâN 9.- ALGUNAS REACCIONES PREDEFINIDAS EN HYSYS...............................................................................................24
ILUSTRACIâN 10.- TIPOS DE REACTORES GENERALES..................................................................................................................26
ILUSTRACIâN 11.- ASPECTO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIâN EN HYSYS...................................................................................28
ILUSTRACIâN 12.- ESQUEMA DE UN PROCESO DE SEPARACIâN POR ETAPAS DE EQUILIBRIO ...............................................................29
ILUSTRACIâN 13.- ESQUEMA TEâRICO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIâN ....................................................................................31
ILUSTRACIâN 14.- ASPECTO DEL AJUSTADOR EN HYSYS.............................................................................................................35
ILUSTRACIâN 15.- ASPECTO DEL MâDULO DE RECICLO EN HYSYS................................................................................................36
ILUSTRACIâN 16.- MODELO INICIAL PARA EL COMPRESOR DE DOS ETAPAS .....................................................................................45
ILUSTRACIâN 17.- MODELO AJUSTADO PARA CUMPLIR EL BALANCE DE MASA.................................................................................45
ILUSTRACIâN 18.- ESQUEMA DE LA UNIDAD REGENERADORA DE GLICOL DE PLANTA CULLEN ...........................................................51
ILUSTRACIâN 19.- ASPECTO DE LA UNIDAD REGENERADORA DE GLICOL SIMULADA EN HYSYS..........................................................52
ILUSTRACIâN 20.- ESQUEMA DE UN REHERVIDOR TIPO TERMOSIFâN ............................................................................................53
TABLA 1.- MåTODOS DE RESOLUCIâN DE COLUMNAS DE DESTILACIâN EN HYSYS ...........................................................................33
TABLA 2.- COMPOSICIONES INGRESADAS PARA LAS SIMULACIONES DE COMPRESORES......................................................................57
TABLA 3.- COMPOSICIONES INGRESADAS A LAS SIMULACIONES DE TREN SULZER, CULLEN Y POSESIâN ..............................................57
TABLA 4.- DEFINICIONES DE CORRIENTES EN LA SIMULACIâN DEL COMPRESOR HRA-5.....................................................................58
TABLA 5.- DATOS DEL COMPRESOR HRA-5 .............................................................................................................................58
TABLA 6.- RESULTADOS OBTENIDOS HRA-5 ............................................................................................................................58
TABLA 7.- DEFINICIONES DE CORRIENTES EN LA SIMULACIâN DEL COMPRESOR HRA-2.....................................................................59
TABLA 8.- DATOS DEL COMPRESOR HRA-2 DIVIDIDO EN DOS COMPRESORES TEâRICOS ...................................................................59
TABLA 9.- RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL COMPRESOR HRA-2 ...............................................................................................59

v
TABLA 10.- DEFINICIONES DE CORRIENTES EN LA SIMULACIâN DEL COMPRESOR TLA-3....................................................................60
TABLA 11.- DATOS DEL COMPRESOR TLA-3 DIVIDIDO EN DOS ETAPAS. .........................................................................................60
TABLA 12.- RESULTADOS OBTENIDOS TLA-3 PARA PRESIâN INTERETAPA DE 1,100 PSIG..................................................................60
TABLA 13.- ESPECIFICACIONES REALIZADAS AL COMPRESOR TC-10 ..............................................................................................61
TABLA 14.- RESULTADOS OBTENIDOS AL SIMULAR EL COMPRESOR TC-10 .....................................................................................61
TABLA 15.- DATOS INGRESADOS A LA SIMULACIâN DE LA TURBINA DEL TREN SULZER.....................................................................62
TABLA 16.- RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL TREN SULZER .....................................................................................................62
TABLA 17.- COMPOSICIONES DEL GAS DE ENTRADA A TURBINA MEDIANTE LOS DOS MåTODOS...........................................................62
TABLA 18.- DATOS INGRESADOS PARA LA SIMULACIâN DE PLANTA CULLEN ...................................................................................63
TABLA 19.- CROMATOGRAFàA DEL GAS RESIDUAL OBTENIDA EN LA SIMULACIâN .............................................................................63
TABLA 20.- RESULTADOS DE LA SIMULACIâN DE PLANTA CULLEN.................................................................................................63
TABLA 21.- LISTADO DE ESPECIFICACIONES UTILIZADAS PARA SIMULAR PLANTA POSESIâN................................................................64
TABLA 22.-TEMPERATURAS Y PRESIONES OBTENIDAS DE LA SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN.........................................................64
TABLA 23.- RESULTADOS OBTENIDOS AL SIMULAR LA COLUMNA V-5............................................................................................65
TABLA 24.- COMPOSICIâN DE LAS CORRIENTES OBTENIDAS EN LA SIMULACIâN...............................................................................65
TABLA 25.- VALORES NORMALES DE OPERACIâN PLANTA CULLEN Y PLANTA POSESIâN....................................................................66
TABLA 26.- COMPOSICIONES DEL GAS DE ENTRADA PARA LAS SITUACIONES ANALIZADAS ..................................................................68
TABLA 27.- SIMULACIâN DE PLANTA CULLEN DEL DàA 24/07/07................................................................................................68
TABLA 28.- SIMULACIâN DE PLANTA CULLEN DEL DàA 25/07/07................................................................................................69
TABLA 29.- SIMULACIâN DE PLANTA CULLEN DEL DàA 26/07/07................................................................................................69
TABLA 30.- SIMULACIâN DE PLANTA CULLEN DEL DàA 27/07/07................................................................................................70
TABLA 31.- SIMULACIâN DE PLANTA CULLEN DEL DàA 28/07/07................................................................................................70
TABLA 32.- VALORES ESTABLES DE OPERACIâN DE PLANTA POSESIâN...........................................................................................71
TABLA 33.- INFORMACIâN DE LABORATORIO PARA LA SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN................................................................71
TABLA 34.- SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN DàA 31/07/07 ..................................................................................................72
TABLA 35.- CROMATOGRAFàA OBTENIDA PARA LA SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN DàA 31/07/07................................................72
TABLA 36.- SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN DàA 01/08/07 ..................................................................................................73
TABLA 37.- CROMATOGRAFàA OBTENIDA PARA LA SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN DàA 01/08/07................................................73
TABLA 38.- SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN DàA 04/08/07 ..................................................................................................74
TABLA 39.- CROMATOGRAFàA OBTENIDA PARA LA SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN DàA 04/08/07................................................74
TABLA 40.- SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN DàA 05/08/07 ..................................................................................................75
TABLA 41.- CROMATOGRAFàA OBTENIDA PARA LA SIMULACIâN DE PLANTA POSESIâN DàA 05/08/07................................................75

vi
INTRODUCCIÇN
Las simulaciones computacionales de procesos productivos en la industria quÑmica
constituyen una herramienta muy çtil para el desarrollo de los procesos de ENAP Magallanes,
pues aprovechan la rapidez de cÖlculo de un ordenador para entregar resultados de forma
instantÖnea. En una industria en constante cambio, como lo es la industria de los combustibles,
la habilidad para predecir rÖpidamente quá pasarÖ si se modifican una o mÖs variables de
proceso es fundamental a la hora de controlar adecuadamente los procesos.
Para lograr esto, ENAP Magallanes posee una licencia para utilizar el software Aspen
HYSYS.Plant Ç (comçnmente llamado HYSYS). Dicho software permite recrear los equipos e
instalaciones que llevan a cabo los procesos productivos, asignar condiciones de trabajo y
obtener resultados estimativos de variables de operaciÄn.
El trabajo que a continuaciÄn se presenta entrega los resultados obtenidos al realizar
simulaciones, en el software ya mencionado, de los procesos relacionados con la producciÄn de
gas natural y petrÄleo que desarrolla ENAP Magallanes en la actualidad.
La investigaciÄn se ha realizado dividiendo el proceso productivo de ENAP Magallanes
en unidades bÖsicas representativas de las operaciones diarias (compresores, expansores,
gasoductos, separadores, intercambiadores de calor, etc.), se han desarrollado aplicaciones
simples para ejemplificar el uso de estas unidades bÖsicas y a continuaciÄn se han integrado en
simulaciones mÖs complejas que son capaces de representar sectores mÖs amplios de la red de
sistema productivo.
Desarrollar simulaciones computacionales de procesos de petrÄleo o gas implica
conocer a fondo el sistema que se desea simular, tanto en el rango permitido de operaciÄn de
ciertos equipos como en valores tÑpicos de variables de proceso (presiÄn, temperatura, flujos o
composiciones, etc.).

vii
Una vez realizada la simulaciÄn, que se basa en el flowsheet de planta, se debe
comparar con los resultados medidos en terreno, y para esto se ha utilizado diversa
informaciÄn; informes de laboratorio, hojas de diseÜo entregadas por los fabricantes, informes
de mantenimiento predictivo y, principalmente, mediante mediciÄn y observaciÄn directa de las
variables o procesos de interás.
Se han reunido todas las simulaciones en el ÅManual para simular procesos productivos
de ENAP Magallanes en HYSYSÉ, documento que sirve como manual de uso del software, y que
desarrolla desde los aspectos mÖs bÖsicos necesarios para entender las simulaciones, hasta
situaciones de carÖcter avanzado que requieren un conocimiento global de lo detallado en el
manual.
Este manual servirÖ como instrumento de enseÜanza y apoyo para los ingenieros de
procesos de ENAP Magallanes y operadores de terreno, pues de una forma metÄdica y detallada
entrega todos los conocimientos necesarios para poder simular las situaciones tÑpicas de los
procesos productivos llevados a cabo en ENAP Magallanes. Todas las simulaciones analizadas en
este trabajo se encuentran en un disco compacto, que se adjunta al manual. AdemÖs, mediante
el desarrollo de los ejemplos y ejercicios detallados en el manual, una vez finalizado el
desarrollo se lograrÖ un conocimiento completo de las opciones que HYSYS ofrece a los
profesionales vinculados con los procesos de ENAP Magallanes.

CAPÄTULO I
ANTECEDENTES GENERALES

1
I - ANTECEDENTES GENERALES
1.1 ENAP MAGALLANES
La Empresa Nacional del PetrÄleo ENAP, mediante sus instalaciones en la regiÄn de
Magallanes, se desarrolla en el negocio de explotaciÄn de combustibles fÄsiles.
Con sus plantas de PosesiÄn, Cabo Negro, Gregorio y Cullen, desarrolla mçltiples
procesos productivos, como por ejemplo:
Ä Transporte de gas de productores ubicados en Argentina, para abastecer la planta
productora de metanol Methanex Chile Ltd.
Ä SeparaciÄn y comercializaciÄn del propano, butano y gasolinas a partir del gas
obtenido de yacimientos ubicados en Tierra del Fuego y en continente.
Ä ProducciÄn de combustibles mediante refinaciÄn del petrÄleo proveniente de
estos mismos yacimientos y de contratos de compra con diferentes
productores.
ENAP es la principal empresa de este Ömbito en la regiÄn. Los procesos llevados a cabo
por ENAP engloban una amplia red de gasoductos, poliductos, estaciones compresoras, plantas
deshidratadoras, pozos de producciÄn, etc.
Para lo que a este trabajo se refiere, se consideraron dos de sus plantas:
Ä Planta PosesiÄn: Ubicada en el continente, a aproximadamente 220 km. De Punta
Arenas, realiza separaciÄn de propano y mÖs pesados a partir del gas que
ingresa a planta. Genera por lo tanto dos productos, Raw Product y Gas
Residual.

2
Ä Planta Cullen: En la actualidad Planta Cullen sirve como planta deshidratadora del
gas que proviene de yacimientos de la isla de Tierra del Fuego. Separa ademÖs
los condensables para obtener una corriente de Gasolinas y un Gas Residual.
Este çltimo tiene varias finalidades, gas de reinyecciÄn, suministro de gas
combustible para los equipos asociados, suministro de gas para las plantas de
Methanex Chile Ltd., etc.
IlustraciÄn 1.- Aspecto general de Planta PosesiÄn
IlustraciÄn 2.- Aspecto general de Planta Cullen

3
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
ENAP Magallanes estÖ interesado en desarrollar un proyecto que permita capturar, a
travás de un trabajo de documentaciÄn y anÖlisis, el conocimiento adquirido por sus ingenieros
al simular en el software Aspen HYSYS los procesos relacionados con la producciÄn de gas
natural y petrÄleo. La utilizaciÄn de este simulador por parte de los ingenieros de proceso ha
resultado satisfactoria y precisa, para determinar condiciones de operaciÄn, posibles mejoras en
el sistema investigado y respuestas de operaciÄn frente a cambios en la materia prima.
Se desea desarrollar simulaciones en HYSYS, para los casos mÖs tÑpicos de procesos
reales que actualmente estÖn en operaciÄn en el sistema de producciÄn de ENAP Magallanes.
El trabajo se realizarÖ dividiendo el proceso productivo de ENAP Magallanes en
unidades bÖsicas representativas de las operaciones diarias (compresores, expansores,
gasoductos, oleoductos, unidades deshidratadoras, etc) para posteriormente integrarlas en
simulaciones mÖs complejas que sean capaces de representar sectores mÖs amplios de la red de
sistema productivo.
El objetivo de una simulaciÄn no es siempre recrear la planta en su totalidad, para
ENAP es mÖs çtil poder analizar casos pequeÜos y especÑficos (un compresor, una turbina, etc.),
pero para dar mayor alcance al trabajo, se simularÖn las plantas de PosesiÄn y Cullen en su
totalidad.
Basado en estas premisas, se debe desarrollar el ÅManual para simular procesos
productivos de ENAP Magallanes en HYSYSÉ, que explique paso a paso cÄmo simular los
procesos de ENAP Magallanes para, llegado el caso, adelantar una posible soluciÄn frente a un
problema determinado.

4
El usuario que desarrolle por completo el manual, habrÖ adquirido los conocimientos
necesarios para crear simulaciones de cualquier situaciÄn que se presenta en ENAP; redes de
gasoductos, tren de intercambio de calor, torres de destilaciÄn, procesos de expansiÄn y
compresiÄn, separaciÄn lÑquido-vapor, etc. Todos estos casos estÖn explicados paso a paso en el
manual que se adjunta como anexo a este trabajo.
La exactitud de las simulaciones desarrolladas serÖ cotejada con datos obtenidos
directamente en planta, informes de control de calidad de los laboratorios de ENAP Magallanes
e Informes de Mantenimiento Predictivo asociado a los diferentes equipos simulados.

5
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
Implementar simulaciones, desarrolladas en el simulador Aspen HYSYS Ç , de los
procesos diarios tÑpicos de ENAP Magallanes, debidamente calibrados con los datos de terreno.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÄFICOS
Ä Simular en Aspen HYSYS Ç las unidades bÖsicas de los procesos productivos de
ENAP Magallanes.
Ä Realizar sensibilizaciÄn de las simulaciones a diferentes condiciones de operaciÄn
contrastando los resultados de Aspen HYSYSÇ con los datos reales de operaciÄn.
Ä Recopilar la informaciÄn y experiencia adquirida para crear un ÅManual para
simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYSÉ, destinado a los
ingenieros de procesos y operadores de ENAP Magallanes y a los alumnos de
IngenierÑa QuÑmica de la Universidad de Magallanes.

CAPÄTULO II
ANTECEDENTES TEÇRICOS

7
II - ANTECEDENTES TEÇRICOS
2.1 USO DE SIMULADORES EN LA INDUSTRIA QUÄMICA
Todos los profesionales relacionados al desarrollo diario de una planta quÑmica tienen
la responsabilidad de decidir quá hacer frente a diferentes situaciones de operaciÄn. Si el flujo
de entrada a planta aumenta, ése debe aÜadir mÖs glicol de deshidrataciÄn? éCuÖnto? Si la
temperatura del separador ha bajado, équá vÖlvula se debe abrir? Casos como estos, y quizÖ
mÖs complicados, se presentan a diario, y es importante que la persona a cargo sepa quá acciÄn
resulta ser la mÖs adecuada para solucionar la problemÖtica presente.
Lamentablemente las condiciones de trabajo en la industria no permiten el proceso de
Åprueba y errorÉ, pues implementar una decisiÄn equivocada puede llegar a tener
consecuencias indeseadas en las condiciones de especificaciÄn del producto.
Para obtener una referencia del efecto que produce cierta acciÄn sobre un sistema, se
recurre a un modelo. Un modelo es una representaciÄn simplificada del sistema estudiado,
basado en los esquemas teÄricos subyacentes en el sistema real. Al proceso de experimentar
con el modelo, esto es, cambiar parÖmetros, modificar esquemas, etc., se le denomina simular.
Un dispositivo que permita simular se denomina simulador.
Un simulador no es un recurso exclusivo de la industria quÑmica. Por ejemplo, para la
construcciÄn de un puente a menudo se recurre a maquetas a escala, en lo que se podrÑa
denominar ÅsimuladorÉ de un puente.
En primera instancia, para validar los resultados de un esquema especÑfico de
producciÄn, se recurre a una planta piloto, una representaciÄn a escala del proceso. Pero
cuando los cambios son tan rÖpidos que no se puede ÅarmarÉ una planta a escala, o
econÄmicamente no es conveniente, se puede utilizar un simulador computacional, para recrear

8
el sistema real e implementar y comprobar en áste los cambios que el operador considera
adecuados y los efectos que tendrÑa dicho cambio en la instalaciÄn.
Sin embargo utilizar un simulador no es siempre la çnica o mejor alternativa. Una
buena forma de decidir si un simulador es adecuado, es considerar las siguientes situaciones:
Ä Cuando no existe una formulaciÄn matemÖtica.
Ä Cuando existe la formulaciÄn matemÖtica pero es difÑcil obtener una soluciÄn
analÑtica: La resoluciÄn de muchos esquemas teÄricos resulta ser tan extensa
que a menudo se recurre a simplificaciones que merman la exactitud del
modelo.
Ä Si no existe el sistema real
Ä Si es imposible experimentar directamente con el sistema real: Debido a que en
planta se debe mantener un estricto control de calidad, no se puede intervenir
el sistema las veces que sea necesario hasta encontrar la soluciÄn Äptima.
Ä El sistema evoluciona muy lentamente, o muy rÖpidamente: La posibilidad que
ofrecen los simuladores actuales de modificar el tiempo virtual de la simulaciÄn,
es un recurso invaluable para estudiar problemas de este estilo. Si por ejemplo
se debe esperar una hora para observar el cambio deseado, en el simulador se
puede obtener el resultado en unos pocos segundos.
Como desventajas se pueden citar:
Ä El desarrollo del modelo puede ser costoso, laborioso y lento. Es preciso un
amplio conocimiento del sistema a modelar, incluyendo consideraciones
especÑficas tomadas de plantas o diseÜos similares.
Ä Existe la posibilidad de cometer errores. Nunca se debe olvidar que la simulaciÄn
se lleva a cabo sobre un modelo, y no sobre la situaciÄn real; entonces, si el
modelo estÖ mal formulado, o se comenten errores en su manejo, los
resultados serÖn incorrectos
Ä No se puede conocer el grado de imprecisiÄn de los resultados. Por lo general, el
modelo se utiliza para experimentar situaciones nunca planteadas en el sistema

9
real, por lo que no existe informaciÄn previa para estimar el grado de
correspondencia entre la respuesta del modelo y la del sistema real.
Generalizando, las conveniencias de utilizar el simulador computacional son, entre
otras, que evita complicados cÖlculos y entrega resultados rÖpidamente, si hay cambios que
requieren de un tiempo considerable para observar los resultados en terreno, en el simulador se
pueden obtener de inmediato. Y fundamentalmente, al trabajar con sistemas abstractos, no
existe el riesgo de inutilizar un equipo ni la necesidad de detener la producciÄn por decisiones
equivocadas.

10
2.2 ETAPAS GENERALES DE UNA SIMULACIÅN
FormulaciÉn del problema: En este paso debe quedar perfectamente establecido el
objetivo de la simulaciÄn. Se deben especificar lo mÖs detalladamente posible los siguientes
factores: los resultados que se esperan del simulador, el plan de experimentaciÄn, el tiempo
disponible, las variables de interás, el tipo de perturbaciones a estudiar, el tratamiento
estadÑstico de los resultados, la complejidad de la interfaz del simulador, etc. Se debe establecer
si el simulador serÖ operado por el usuario o si el usuario sÄlo recibirÖ los resultados.
DefiniciÉn del sistema: El sistema a simular debe estar perfectamente definido, tanto
en variables a definir como en los resultados que se espera obtener.
FormulaciÉn del modelo: Se comienza con un modelo simple que captura los aspectos
relevantes del sistema real. Este modelo se irÖ enriqueciendo como resultado de varias
consideraciones adicionales que aportarÖn precisiÄn.
ColecciÉn de datos: La naturaleza y cantidad de datos necesarios se determinan
directamente por la formulaciÄn del problema y del modelo. Se puede considerar como fuente
de datos tanto registros histÄricos y mediciones de laboratorio como observaciones realizadas
en el sistema real. Estos datos deberÖn ser procesados adecuadamente para darles el formato
exigido en el modelo.
ImplementaciÉn del modelo en el ordenador: Para el caso del simulador HYSYS, el
mismo programa cuenta con modelos predeterminados que sirven de base para realizar las
modificaciones necesarias.
VerificaciÉn: En esta etapa se comprueba que no se haya cometido errores durante la
implementaciÄn del modelo. Se debe revisar cada cÖlculo, estructura de programaciÄn o
mátodo utilizado.

11
ValidaciÉn: En esta etapa se comprueba la exactitud del modelo desarrollado. Esto se
lleva a cabo comparando las predicciones del modelo con mediciones realizadas en el sistema
real, datos histÄricos o datos de sistemas similares. Como resultado de esta etapa puede surgir
la necesidad de modificar el modelo o recolectar datos adicionales.
DiseÑo de experimentos: En esta etapa se deciden las caracterÑsticas de los
experimentos a realizar; el tiempo de arranque, el tiempo de simulaciÄn y el nçmero de
simulaciones necesarias.
ExperimentaciÉn: Se realizan las simulaciones de acuerdo con el diseÜo previo. Los
resultados son debidamente recolectados y procesados.
InterpretaciÉn: Se analiza la sensibilidad del modelo con respecto a los parÖmetros que
tienen asociados una mayor incertidumbre. El modelo serÖ sensible a determinados parÖmetros
si ante pequeÜos cambios en los valores de los mismos, las respuestas varÑan notablemente.
ImplementaciÉn: Se difunde la simulaciÄn y el modelo obtenidos. El responsable de la
simulaciÄn debe guiar en esta etapa, para evitar que los resultados se utilicen mÖs allÖ del rango
de aplicaciÄn considerado en el estudio.
DocumentaciÉn: Elaborar la documentaciÄn tácnica, con una descripciÄn detallada del
modelo y de los datos, y manuales de uso con las consideraciones particulares de cada sistema.

12
2.3 EL SIMULADOR HYSYS Ç
HYSYS Ç es un software desarrollado por la empresa AspenTech, del cual tanto ENAP
Magallanes como el Departamento de QuÑmica de la Universidad de Magallanes poseen licencia
de uso para su versiÄn 3.2, en estado estacionario.
HYSYS se ha mantenido durante 20 aÜos como la alternativa lÑder en simulaciones
relacionadas con la industria petroquÑmica, y en ENAP se utilizan a diario simulaciones creadas
por los ingenieros de procesos, para estimar soluciones y planificar futuros proyectos.
HYSYS es un programa de simulaciÄn de procesos quÑmicos orientado a objetos. Posee
un aspecto visual caracterÑstico y trabaja sobre sistemas operativos Windows. Permite modelar
sistemas complejos mediante una avanzada interfaz grÖfica, que ofrece al usuario la posibilidad
de ÅarmarÉ el flowsheet de planta en una ventana llamada PFD, Process Flowsheet Diagram.
Posteriormente ingresando los datos necesarios (presiones, temperaturas, composiciones, flujos
y especificaciones tácnicas de equipos, bÖsicamente), se puede simular el sistema real y obtener
los resultados o estimaciones adecuadas.
Todas las consideraciones de manejo y creaciÄn de programas se encuentran
totalmente detalladas en el ÅManual para simular procesos productivos de ENAP Magallanes en
HYSYSÉ, que se adjunta. RazÄn por la cual sÄlo se esbozarÖ brevemente los aspectos bÖsicos de
uso de HYSYS.
El primer paso necesario es definir los componentes que estÖn presentes en la
simulaciÄn, y el paquete termodinÖmico asociado. Esto se realiza en una secciÄn llamada
Simulation Basis Manager. HYSYS provee de informaciÄn detallada para bastantes modelos
termodinÖmicos, e inclusive avisa al usuario cuando se escogen componentes que no pueden
ser satisfactoriamente modelados mediante el sistema termodinÖmico seleccionado. AdemÖs, si
se desea cambiar de termodinÖmica para ciertos equipos o secciones de la simulaciÄn, se da la
posibilidad de elegir diversos paquetes termodinÖmicos y asociarlos a diferentes listados de
componentes.

13
IlustraciÄn 3.- Simulation Basis Manager de HYSYS
Posteriormente se ingresa al Simulation Enviroment, que conjuga las particularidades
de tres tipos de ventanas (PFD, Workbook y ventanas de propiedades de cada objeto) y en las
que es posible ingresar informaciÄn de la manera que mÖs acomode al usuario.
Una vez seleccionado el modelo asociado con el sistema real, el posterior paso es
crearlo en el PFD, tal como si se diseÜara un plano, asignando nombres a equipos y corrientes
de proceso, creando las conexiones y asignando los datos que se han recopilado a las
respectivas casillas que HYSYS presenta para tal fin.
IlustraciÄn 4.- Ventana de propiedades para un intercambiador de tubo y carcasa

14
Una vez definidas todas las corrientes de proceso y caracterizadas todas las condiciones
y variables relativas a los diferentes equipos que toman parte en la simulaciÄn, se pueden
observar directamente los resultados, ya que HYSYS posee un sistema de resoluciÄn que por
defecto se encuentra siempre activado, lo que significa que el programa calcula todas las
propiedades y resultados factibles de calcular en todo momento, y una vez definida por
completo la simulaciÄn, en el instante en que el usuario defina la çltima variable, el sistema
automÖticamente calcularÖ y entregarÖ los resultados. Obviamente esta Årespuesta automÖticaÉ
se podrÑa eventualmente desactivar, pero dada la actual velocidad de los ordenadores, se vuelve
innecesario.
Cuando el sistema estÖ completamente definido, se debe asignar nuevos valores a las
variables especificadas, y conociendo las respuestas reales del sistema ante dichos cambios, se
puede monitorear el grado de similitud que presentan ambos sistemas, el real con el simulado.
Si la similitud obtenida es satisfactoria, se puede concluir que la simulaciÄn HYSYS sirve para
estimar condiciones futuras de proceso, y entregarÖ estimaciones adecuadas para analizar cÄmo
se comportarÖ el sistema real ante los cambios ingresados.
IlustraciÄn 5.- Aspecto de una simulaciÄn tÑpica en HYSYS

15
2.4 CONSIDERACIONES TEÅRICAS UTILIZADAS POR HYSYS
Considerando la totalidad de simulaciones realizadas en este trabajo de titulaciÄn, se
hace uso de muchos equipos y propiedades disponibles en HYSYS. Algunos de los objetos
utilizados simulan equipos efectivamente instalados en terreno, como compresores o
intercambiadores de calor, sin embargo otras propiedades son de uso exclusivo del simulador,
como ajustadores, planillas de cÖlculo o reciclos.
En la imposibilidad de detallar en el presente informe cada uno de los equipos
utilizados, y las respectivas consideraciones teÄricas subyacentes, se han elegido tres
operaciones que son representativas de cÄmo HYSYS interpreta los modelos teÄricos
disponibles y los adapta a su propio lenguaje de simulaciÄn. Las operaciones corresponden a:
Ä Compresores recÑprocos.
Ä Intercambiadores de calor de tubo y carcasa.
Ä Columnas de destilaciÄn.
Y como parÖmetros propios de HYSYS, se desarrollarÖn los aspectos teÄricos de dos
herramientas fundamentales a la hora de armar simulaciones:
Ä Adjust.
Ä Recycle.
Se debe considerar ademÖs que HYSYS es un producto comercial cuyo cÄdigo fuente es
confidencial, razÄn por la cual no se pueden detallar en profundidad las consideraciones
teÄricas o algoritmos numáricos de soluciÄn que utiliza el programa. Como çnica fuente de
informaciÄn se ha considerado la presentada en los manuales que acompaÜan al programa.

16
2.4.1 COMPRESORES RECÄPROCOS
Un compresor recÑproco es un equipo que mediante la adiciÄn de energÑa,
normalmente cedida por un motor acoplado, eleva la presiÄn del fluido que ingresa a áste.
El compresor consta de un cilindro por el cual avanza un pistÄn, que comprime el
fluido. Si en el movimiento de retroceso el pistÄn ademÖs comprime el fluido que ingresa por la
parte trasera (cÖrter), entonces se le denomina pistÄn de doble efecto. Este tipo de
compresores es el mÖs utilizado en las instalaciones de ENAP Magallanes.
IlustraciÄn 6.- Esquema del cilindro de un compresor recÑproco
recÑproco son:
Las variables que son de interás para estimar el comportamiento de un compresor
Ef
adiab
Potencia adiabÄtica requerida
(%) Å
Ä100%
Potencia real requerida
[Ec. 1]
La potencia adiabÖtica requerida corresponde al trabajo mecÖnicamente reversible W:
W
P2
Å ÇVdP
P1
[Ec. 2]

17
Para este caso HYSYS calcula el resultado utilizando directamente las ecuaciones del
paquete termodinÖmico que se haya seleccionado. La potencia real requerida corresponde a la
diferencia de entalpÑas que, si se denomina como H, significa:
Potencia real requerida Å H É H
Salida
Entrada
[Ec. 3]
En el caso en que se conozcan las presiones de entrada y salida, la temperatura de
entrada y la eficiencia, la potencia real requerida se calcula como la divisiÄn entre la potencia
adiabÖtica calculada y la eficiencia especificada. Posteriormente, utilizando el mátodo
termodinÖmico seleccionado por el usuario, se calcula la temperatura de salida que satisface la
ecuaciÄn [Ec. 3].
Para el cÖlculo de la eficiencia politrÄpica, ásta se obtiene de la siguiente ecuaciÄn:
Ef
Ñ n Ö
ä Ü á ã
n 1
P
à É â
åÑ Ö
sal
äÑ n Ö Ñ k É1Öã
É1 ç
Ä Ä
åÜ á
P ç åÜ á Ü á
ent
n 1 k
ç
éà É â à âè
å
à â
ç
Å
é
è
ÄEf
pol. Ñ k É1
Ö
adiab.
ä Ü á ã
Ñ
k
P Öà
â
sal
å
É1
ç
åÜ
á
P ç
à ent
å
â
é çè [Ec. 4]
Donde
log( Psal
/ Pent
)
n Å
actual
log( Ä / Ä )
sal
ent
y
log( Psal
/ Pent
)
k Å
ideal
log( Ä / Ä )
sal
ent
Las ecuaciones ya presentadas son comunes a cualquier compresor, ya sea centrÑfugo o
recÑproco. Adicionalmente HYSYS, para el cÖlculo de un compresor recÑproco, evalça tres
parÖmetros mÖs: Volumen desplazado por cada cilindro (PD), Clearance de los cilindros (Cl) y
eficiencia volumátrica (VE).

18
ê Cl cada cilindro
Cl Å
PD [Ec. 5]
PD se calcula como el producto entre el Örea transversal neta de compresiÄn del
cilindro y la longitud o carrera (Stroke) que se desplaza el pistÄn.
1
ä ä
ãã
k
Z Ñ
s
P Ö
d
VE Å
å
ë1 Lí
C å 1ç
ç
å
É É É
å Ü á Z
d P ç
à
ç
s
å
â
é åé
çè
çè [Ec. 6]
Pd
Å PresiÅn de descarga
P Å PresiÅn de succiÅn
s
L Å Efectos de friccion, pÇrdidas de carga en vÉlvulas, filtraciones
k Å Cp / Cv
Zd Å factor de compresibilidad entrada
Zs Å factor de compresibilidad salida
C Å Volumen de clearance
El flujo comprimido (F) es funciÄn directa de la velocidad de rotaciÄn del compresor, se
calcula como flujo molar y estÖ definido por:
1
ä
ä ãã
ä N ã
k Ä PD ÄÄ
Ñ L Ö Zs
Ñ Pd
Ö å
F 1 C 1 Ä 60 ç
Å
å
å
çç
åÜ
É á É Ü á É å ç
à 100 â å Z
d P çç
à s â å PM
å
å
çç
ç
é é
èè é è [Ec. 7]
N Å Velocidad de rotaciÅn (rpm)
Ä=Densidad del gas
PM = Peso molecular del gas

19
En el caso especÑfico en que la velocidad de rotaciÄn del compresor es exactamente
cero, el flujo a travás del compresor se calcula mediante una fÄrmula de presiÄn-flujo, donde
especificando la resistencia a velocidad cero, k vel.cero , se calcula como:
F Å kvel. ceroÄ Ä
ìP
fricciÅn
[Ec. 8]
ìP fricciÅn
Å PÇrdida de carga por efectos de fricciÅn
La presiÄn mÖxima de descarga que se puede obtener en un compresor recÑproco es:
mÄx
ä Z
ã
d
Pd
Å Ps
Äå
Ä(1 É L ÉVE î C)
ç
é ZsÄC
è [Ec. 9]
k
En general HYSYS resuelve presiÄn y flujo de forma independiente. Considerando la
corriente de entrada completamente definida, si se especifica la presiÄn de descarga y la
eficiencia, se obtiene la energÑa necesaria, temperatura de descarga y la velocidad de rotaciÄn.
Si se especifica la velocidad de rotaciÄn y la energÑa ingresada, se calcula la presiÄn y
temperatura de descarga y el flujo. Pero no se puede especificar el flujo y la velocidad, ambos a
la vez.
2.4.2 INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBO Y CARCASA
Entre todos los tipos de intercambiadores de calor posibles de utilizar en HYSYS, el mÖs
utilizado para las simulaciones de ENAP Magallanes es el de tubo y carcasa.
Este tipo de intercambiador de calor realiza balances de materia y energÑa para ambas
corrientes
simultÖneamente. Como ya se ha especificado, el trabajo se desarrollÄ

20
exclusivamente en estado estacionario (Steady-State), por lo cual las ecuaciones que siguen
tratarÖn exclusivamente dicho aspecto.
El balance general aplicado por HYSYS al intercambiador corresponde a:
ë í Äë í
ä M frÇoÄ
H sal
É H ent
É Q ã
frÇo filtrado
É ä M H H Q Balance
caliente ent
É ã
sal
É
caliente perdido
Å
é è é
è
error
[Ec. 10]
M Å Flujo mÉsico del fluido
H Å EntalpÑa
El parÖmetro Balance error es una especificaciÄn directa a HYSYS, que tiene unidades de
flujo de calor (energÑa por tiempo) y por lo general se asume igual a cero, pero se estÖ en
libertad de especificar un valor diferente.
El calor total transferido entre los tubos y la carcasa, se puede definir en tárminos del
coeficiente global de transferencia de calor, el Örea de transferencia y la temperatura media
logarÑtmica de acuerdo a la siguiente ecuaciÄn:
Q Å UÄAÄìT LM
ÄFt
[Ec. 11]
U Å Coeficiente global de transferencia de calor
A Å Örea total de transferencia
ìT
t
LM
Å Diferencia de temperaturas media logarÑtmica (LMTD)
F Å Factor de correciÅn de LMTD
La LMTD se calcula como:
ìT
LM
ìT1 É ìT2
Å
ln( ìT1 / ìT2
)
[Ec. 12]

21
Donde
ìT Å T ÉT
1
2
salida
caliente
ìT Å T ÉT
entrada
caliente
entrada
frÇo
salida
frÇo
Se puede elegir si calcular el factor F t al especificar la configuraciÄn especÑfica del
intercambiador, o asumirlo igual a 1. Se suele agrupar los factores U y A y definir directamente
el valor para UA en conjunto.
La párdida de carga se puede calcular de tres maneras:
Ä EspecificaciÄn directa.
Ä CÖlculo automÖtico de HYSYS de acuerdo a la configuraciÄn y geometrÑa del
intercambiador.
Ä Definiendo una relaciÄn presiÄn-flujo y especificando un factor k.
Para la çltima opciÄn, la fÄrmula es exactamente la [Ec. 8].
Los mátodos de resoluciÄn, y una breve descripciÄn de ástos, son:
Ä End-Point: Realiza el balance considerando sÄlo puntos de entrada y salida.
Considera un factor UA y valores de Cp constantes para todo el intercambiador.
Para esta opciÄn, HYSYS puede calcular el factor F t en funciÄn de los parÖmetros
fÑsicos del intercambiador (nçmero de pasos por los tubos, contracorriente o
paralelo, etc.).
Ä Weighted: Divide el intercambiador en intervalos pequeÜos, en cada intervalo se
calculan los diferentes parÖmetros de la ecuaciÄn [Ec. 11] (LMTD, UA, etc).
Sumamente çtil para intercambiadores con alto rango de temperaturas,
condensaciÄn, etc. SÄlo calcula el factor F t para intercambiadores en
contracorriente.
Ä Steady-State Rating: Para ser usado en estado estacionario. Realiza las mismas
consideraciones que el modo End Point, pero ademÖs permite estudiar el
diseÜo del equipo (modo Rating).

22
Ä Dynamic: Estudia el comportamiento dinÖmico del intercambiador. No
considerado en este trabajo.
IlustraciÄn 7.- EspecificaciÄn en modo Weighted
Se puede decir que en general, para los objetivos que se desarrollan en este trabajo, no
ha sido necesario modificar el modo que por defecto entrega HYSYS (End-Point), ya que los
intercambiadores no juegan un papel clave en los procesos investigados, y las diferencias en los
valores de temperatura obtenidos prÖcticamente no son decisivas.
IlustraciÄn 8.- Ingreso de parÖmetros fÑsicos del intercambiador

23
Los parÖmetros fÑsicos posibles de ingresar cubren la totalidad de variables utilizadas en
los cÖlculos acostumbrados de intercambiadores de calor, como configuraciÄn de los tubos,
nçmero de pasos por la carcasa, pitch, espaciado de los baffles, etc.
En modo Steady-State Rating, ademÖs, se calculan los coeficientes locales de
transferencia de calor, para el fluido de los tubos y carcasa, de acuerdo a la correlaciÄn:
h
i
0.8 1/3 0.14
0.027k m
Ñ D i
G i
Ö Ñ Cp i
Å i
Ö Ñ Å i
Ö
w
Di Åi km Åi
Å Ü á Ü á Ü á
à â à â à â [Ec. 13]
G Å Velocidad mÉsica del fluido en los tubos (velocidadÄdensidad)
i
Å Å Viscosidad del fluido de los tubos
i
Å Å Viscosidad del fluido en las paredes del tubo
w
i
Cp Å Capacidad calorÑfica del fluido en los tubos
i
Y la relaciÄn que utiliza HYSYS entre estos coeficientes locales y el factor U es:
U
1
Å
D Ñ
o
1 Ö
h0
î ro î rw î Ü ri
î á
Di
à hi
â [Ec. 14]
h0 Å Coeficiente local de transf. de calor por la carcasa
r Å Factor de ensuciamiento por la carcasa
r
o
w
D
Å Resistencia de las paredes de los tubos
o
i
Å DiÉmetro exterior de los tubos
D Å DiÉmetro interior de los tubos
r Å Factor de ensuciamiento por dentro de los tubos
i
h Å Coeficiente de transf. de calor por dentro de los tubos
i
Existen muchas mÖs opciones para especificar un intercambiador de tubo y carcasa, y
AspenTech ofrece mçltiples programas especÑficos para intercambiadores, que pueden ser
aÜadidos a HYSYS para dar mayor exactitud a la simulaciÄn, y serÑa poco prÖctico seguir

24
detallando cada uno de los botones o parÖmetros. Por otra parte, los resultados obtenidos en
modo End-Point presentan diferencias poco apreciables con respecto a utilizar todas las
alternativas de especificaciÄn que se puedan ingresar en Steady-State Rating, y no justifican,
para los objetivos que ENAP Magallanes requiere, el gasto de tiempo y esfuerzo necesario.
2.4.3 REACCIONES QUÄMICAS Y REACTORES EN HYSYS
Si bien en las instalaciones de ENAP Magallanes no se llevan a cabo reacciones quÑmicas
como parte de los procesos productivos, una de las simulaciones desarrolladas corresponde a la
turbina del tren SULZER, en la que se ha simulado la combustiÄn del gas natural que genera la
mezcla que ingresa a turbina mediante dos opciones; definiendo las reacciones de combustiÄn y
utilizando un reactor predefinido de HYSYS denominado Gibbs Reactor. A continuaciÄn se
especifican ambos mátodos.
En general, para definir reacciones quÑmicas, HYSYS ofrece un mÄdulo especÑfico, con
algunas reacciones predefinidas, tÑpicas de la industria quÑmica, como puede observar a
continuaciÄn:
IlustraciÄn 9.- Algunas reacciones predefinidas en HYSYS
HYSYS divide las reacciones en cinco grupos: Conversion, Equilibrium, Heterogeneous
Catalytic, Kinetic y Simple Rate. Una breve descripciÄn es:

25
Ä Conversion: Requiere la estequiometrÑa de las reacciones y la conversiÄn en
funciÄn de un componente de la reacciÄn.
Ä Equilibrium: Requiere la estequiometrÑa y orden de las reacciones, y presenta
diferentes formas de calcular o especificar la constante de equilibrio ln(K).
Ä Heterogeneous Catalytic: Requiere estequiometrÑa y parÖmetros cináticos de la
reacciÄn, como la EnergÑa de ActivaciÄn, Factor de Frecuencia etc.
Ä Kinetic: Requiere los parÖmetros cináticos de la ecuaciÄn de Arrhenius y la
estequiometrÑa. Se puede definir el orden de cada reacciÄn.
Al definir los coeficientes estequiomátricos, HYSYS calcula el balance de moles e indica
en el caso que los coeficientes ingresados están mal balanceados.
Las reacciones de combustiÄn de gas natural que se consideraron son:
CH î 2O ï 2H O î CO
4 2 2 2
2C H î 7O ï 6H O î 4CO
2 6 2 2 2
C H î 5O ï 4H O î 3CO
3 8 2 2 2
2C4H10 î 13O2 ï 10H 2O î 8CO2
[Ec. 15]
Se han considerado metano, etano, propano y butano, puesto que el gas que se quema
en la turbina corresponde al gas residual de Planta PosesiÄn, y de hecho la reacciÄn de los
butanos no se lleva a cabo pues es casi seguro que nunca habrÖ butano en el gas residual.
La forma de definir estas reacciones se encuentra completamente explicada en el
manual que se adjunta.
Los tipos de reactores que se pueden definir en HYSYS corresponden a:
Ä CSTR: Continuous Stirred Tank Reactor, reactor totalmente agitado de flujo
continuo.
Ä PFR: Plug Flow Reactor, reactor de flujo pistÄn.

26
Ä Conversion Reactor: Reactor de conversiÄn.
Ä Equilibrium Reactor: Reactor de equilibrio.
Ä Gibbs Reactor: Reactor de Gibbs.
Para el caso que concierne a este trabajo, se utilizaron dos tipos de reactores; de
conversiÄn y de Gibbs.
IlustraciÄn 10.- Tipos de reactores generales
El reactor de conversiÄn desarrolla la transformaciÄn de reactantes en productos de
acuerdo a la informaciÄn estequiomátrica ingresada, considerando el reactivo limitante y la
fÄrmula de conversiÄn en funciÄn de la temperatura del reactor, de acuerdo a:
% Ä Ä
2
conv
Å Co î C1 T î C2
T
[Ec. 16]
Si se desea una conversiÄn de 100% simplemente se asigna 100 a la variable Co. Para
modelos mÖs detallados se debe tener informaciÄn del porcentaje de conversiÄn a
determinadas temperaturas y ajustar los datos experimentales a una correlaciÄn polinomial
cuadrÖtica para obtener los parÖmetros C 0 , C 1 y C 2 .
El reactor de Gibbs, por su parte, no necesita informaciÄn de reacciones ni coeficientes
estequiomátricos, ya que los resultados se obtienen al especificar que la corriente de salida
debe poseer la mÑnima cantidad posible de energÑa libre de Gibbs, cuyo valor se calcula
mediante el modelo termodinÖmico elegido.

27
Ambos tipos de reactores entregan la opciÄn de funcionar como un separador lÑquido
vapor, pero ademÖs, el reactor de Gibbs sirve como un reactor de equilibrio si se especifica un
set de reacciones de equilibrio.
Al funcionar en estado estacionario, las dimensiones fÑsicas que se pueden especificar
para el reactor (altura, diÖmetro, nivel de lÑquido, etc.) no tienen importancia.
2.4.4 COLUMNAS DE DESTILACIÅN
Sin lugar a dudas esta operaciÄn unitaria es para la que HYSYS entrega la mayor
cantidad de opciones, pues es un equipo fundamental en los procesos de la industria del
petrÄleo y gas natural. HYSYS incluye un ambiente especÑfico, un sub-flowsheet independiente
de la simulaciÄn global, en el que se puede modificar la columna de destilaciÄn ingresada.
EL sub-flowsheet de la columna contiene los equipos y corrientes asociados, e
intercambia informaciÄn con el flowsheet global, mediante las conexiones de corrientes de
entrada y salida. Desde el punto de vista de la simulaciÄn global, la columna se muestra como
una operaciÄn con mçltiples entradas y salidas, corrientes energáticas, etc.
Haciendo doble clic en dicho Ñcono, se puede ingresar al sub-flowsheet especÑfico de la
columna, y al hacer dicho cambio la simulaciÄn global entra a modo Holding, o sea, pausa el
motor de cÖlculo hasta que se hayan realizado las modificaciones internas de la columna.
Normalmente, si la columna consta de un condensador de tope, una torre de platos y
un rehervidor de fondo, no es imperativo ingresar al sub-flowsheet de la columna, y se puede
especificar desde la simulaciÄn global. Pero si el sistema representado incluye extraciones
laterales, recirculaciones, rectificadores, etc., es necesario ingresar a la columna y especificarlos
en la misma metodologÑa que la simulaciÄn global; mediante Ñconos que representan equipos y
corrientes, y lÑneas de conexiÄn.

28
se puede citar:
Entre las principales ventajas de considerar un flowsheet especÑfico para las columnas
Ä Independizar el mátodo de resoluciÄn
Ä Uso opcional de una termodinÖmica diferente a la global
Ä ConstrucciÄn de columnas estÖndar (Templates) para ser ocupadas en otras
simulaciones, como Åcaja negraÉ.
Ä Se pueden resolver mçltiples columnas simultÖneamente.
La principal diferencia entre el flowsheet global y el de la columna se puede notar a
continuaciÄn, para la misma columna el aspecto es:
IlustraciÄn 11.- Aspecto de una columna de destilaciÄn en HYSYS
Entre las unidades mÖs complejas que HYSYS puede simular se encuentran torres de
fraccionamiento, destilaciÄn en vacÑo, columnas deetanizadoras, absorbedores y destilaciÄn
extractiva. Todos estos equipos consideran una serie de etapas de equilibrio entre una corriente
de vapor que asciende y un lÑquido que desciende, ademÖs de considerar mçltiples
extracciones, alimentaciones, recirculaciones, etc.

29
IlustraciÄn 12.- Esquema de un proceso de separaciÄn por etapas de equilibrio
2.4.4.1 ECUACIONES DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÅN
HYSYS aplica balances de masa y energÑa a cada plato de la columna en cuestiÄn.
Considerando la nomenclatura de la IlustraciÄn 12, las ecuaciones son:
Balance de masa:
F î L îV Å L îV î R îVSD î LSD
[Ec. 17]
Global:
j jÉ1 jî1
j j j j j
Componente: FjÄz j
î LjÉ 1Äx jÉ1 îVjî 1Ä y
jî1
Å ( Lj î LSDj )Ä x
j
î ( V
j
îVSDj )Äy j
î RjÄz
j
[Ec. 18]
Balance de energÑa, con H entalpÑa del vapor y h entalpÑa del lÑquido:
FjÄH Fj
î LjÉ 1ÄhjÉ1 îVjî 1Ä H
jî1
î Qj Å ( Lj î LSDj )Ä hj î ( Vj îVSDj )ÄH j
î RjÄH
j
[Ec. 19]
Y la forma en que se relacionan las composiciones del lÑquido y del vapor que salen de
cada plato estÖ dada por la siguiente ecuaciÄn de equilibrio:

30
yi Å kiÄ xi
Para cada componente " i"
[Ec. 20]
En donde el parÖmetro k i se calcula mediante el paquete termodinÖmico seleccionado.
Estas ecuaciones explican el comportamiento de los fluidos en cada plato de la
columna. Si bien se pueden especificar las condiciones especÑficas de un plato determinado, en
HYSYS interesa mÖs definir las variables globales (flujos de salida, recirculaciones, composiciones
de productos, etc). Las ecuaciones globales se aplican a la columna vista Åpor fueraÉ y de
acuerdo a la IlustraciÄn 13, se pueden deducir las siguientes expresiones:
Balance de masa aplicado a toda la columna:
Global: F Å D î W [Ec. 21]
Componente: FÄZ Å DÄZ îW ÄX
F D W
[Ec. 22]
Balance de energÑa, omitiendo los valores de párdida Q Ln y Q Lm :
FÄH î Q Å Q î DÄH îWÄH
F W C F W
[Ec. 23]
Se define la razÄn de reflujo (R Ratio ) en el tope como el cociente entre el reflujo de tope
y el flujo de destilado:
R
Ratio
Å
L0
D [Ec. 24]

31
IlustraciÄn 13.- Esquema teÄrico de una columna de destilaciÄn
No se debe confundir la razÄn de reflujo (Reflux Ratio en HYSYS) con el flujo de
recirculaciÄn (Reflux Rate, en HYSYS). El segundo corresponde al flujo (mÖsico, molar o
volumátrico) de la corriente L 0 .

32
2.4.4.2 ESPECIFICACIONES DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÅN EN HYSYS
Al aÜadir una columna de destilaciÄn en HYSYS, luego de definir las corrientes
energáticas y materiales asociadas, de no realizar modificaciones internas, las variables que se
pueden especificar por defecto son:
Ä Overhead Vapour Flowrate: Corresponde al flujo de vapores de tope del
condensador parcial.
Ä Distillate Flowrate: Flujo de destilado que se desea obtener.
Ä Bottoms Flowrate: Flujo de producto de fondo.
Ä Reflux Ratio: RazÄn de reflujo de tope.
Ä Reflux Rate: Flujo (molar, mÖsico o volumátrico) del reflujo de tope.
Sin embargo se pueden omitir estas especificaciones y agregar las que el usuario estime
conveniente, ya sea temperatura en un plato especÑfico, fracciÄn molar de un componente en
un plato o corriente, flujo de calor en el rehervidor o condensador, etc.
HYSYS indica los grados de libertad que posee el sistema diseÜado, y se deben
especificar tantas variables como grados de libertad, para poder empezar el proceso iterativo
que da lugar a la soluciÄn.
Es importante escoger el mátodo iterativo que ocuparÖ HYSYS en la resoluciÄn de la
columna. Se puede escoger entre seis mátodos, los cuales se detallan a continuaciÄn:

33
MÖtodo
DescripciÉn
HYSIM Inside-Out Mátodo general, çtil para la mayorÑa de los problemas. Es el que viene activado
por defecto al agregar una columna de destilaciÄn.
Modified HYSIM Mátodo general, que permite agregar mezcladores, divisores, intercambiadores
Inside-Out
de calor o separadores al sub-flowsheet de la columna.
Newton Raphson Permite definir reacciones cináticas en la fase lÑquida.
Inside-Out
Sparse Continuation Soporta dos fases lÑquidas en la columna, se utiliza principalmente para resolver
Solver
sistemas quÑmicos altamente no ideales, y destilaciÄn reactiva.
Simultaneous Similar al mátodo Sparse, pero no permite la adiciÄn de rectificadores laterales o
Correction
pump around.
OLI Solver
Se debe usar solamente para cÖlculos en sistemas electrolÑticos.
Tabla 1.- Mátodos de resoluciÄn de columnas de destilaciÄn en HYSYS
Para los casos que se estudiarÖn, sirve el primer mátodo, y si se deben realizar
modificaciones en el esquema que entrega HYSYS inicialmente, se debe escoger Modified
HYSIM Inside-Out.
Lamentablemente, al ser HYSYS un software comercial cuyo cÄdigo fuente se mantiene
en estricto secreto, no se tiene acceso al algoritmo resolutivo especÑfico de cada mátodo; la
çnica informaciÄn que se ha podido obtener es la Tabla 1, por otra parte en la pÖgina web del
producto se indica que el mátodo HYSIM Inside-Out es el especificado por Russell (Ver
bibliografÑa). Pero las modificaciones que Aspen Tech realizÄ sobre este mátodo, para obtener
los restantes, no estÖn disponibles al pçblico.
2.4.5 AJUSTADORES
Un ajustador en HYSYS es una operaciÄn que ajusta el valor de una variable especÑfica
(variable independiente) a fin de obtener un valor especÑfico en otra variable o operaciÄn
(variable dependiente). Es una herramienta fundamental ya que automatiza el proceso de
prueba y error para obtener cierto valor requerido.
BÖsicamente el ajustador puede cumplir dos funciones:

34
Ä Ajustar la variable independiente hasta lograr que la variable dependiente llegue
a un valor especificado.
Ä Ajustar la variable independiente hasta que la variable dependiente se iguale al
valor de otro objeto determinado.
Aparte de definir las variables independiente y dependiente, y el valor objetivo, se
deben especificar ciertos parÖmetros que son fundamentales a la hora de realizar el
procedimiento automatizado de prueba y error, y son:
Ä Method: Se ofrecen dos mátodos de resoluciÄn; Secant (no tan rÖpido
comparativamente, pero seguro) y Broyden (rÖpido pero no tan estable)
Ä Tolerance: La tolerancia indica quá error se puede aceptar en la variable objetivo.
Este error se calcula como absoluto, no es relativo o porcentual. La expresiÄn
es:
Error Å Valor obtenido ÉValor objetivo
Ä Step Size: Corresponde a la mÖxima diferencia que la variable independiente
podrÑa variar entre un intento y otro. Este valor se utiliza hasta que la soluciÄn
haya sido identificada en un rango, y entonces se ocupa un algoritmo de
convergencia especificado. Un valor positivo inicialmente incrementa el valor
inicial de la variable independiente, mientras que un valor negativo la
disminuye. Si el valor se aleja del rango de soluciÄn, la direcciÄn de las
iteraciones se revierte automÖticamente.
Ä MÜximum/Minimum: Se puede acotar la variable independiente a un rango, si se
sabe que el resultado debe estar en tal rango, con lo que se acelera el proceso
de convergencia. Con esto tambián se puede evitar que el ajustador entregue
respuestas incoherentes, como flujos negativos.
Ä Maximum Iterations: Por defecto el ajustador realiza 10 iteraciones, pero se
puede especificar cualquier valor.

35
IlustraciÄn 14.- Aspecto del ajustador en HYSYS
Tambián se ofrece la opciÄn de utilizar mçltiples ajustadores y resolver
simultÖneamente el sistema, y en tal caso se desactiva la opciÄn Method, y se utiliza solamente
el algoritmo de Levenberg y Marquardt, modificado por los fabricantes del programa.
2.4.6 RECICLOS
La capacidad de cualquier simulador de procesos quÑmicos de representar sistemas con
reciclos resulta de un valor fundamental. HYSYS presenta un esquema especÑfico para resolver
reciclos que estÖ evaluado como uno de los mejores del Ömbito.
Utilizar un reciclo implica instalar un mÄdulo teÄrico entre las corrientes de proceso,
que realizarÖ un procedimiento iterativo especÑfico. La gran versatilidad de dicho mÄdulo radica
en que las condiciones de proceso pueden ser transferidas hacia atrÖs o hacia delante (en el
sentido del flujo) entre la entrada y salida del reciclo. En tárminos de la soluciÄn que se busca,
hay valores estimados y valores calculados, para cada una de las variables en las corrientes de
entrada y salida. Dependiendo de la direcciÄn en la que se transfieren los datos, los valores
estimados pueden existir tanto en la entrada como en la salida. Por ejemplo, si el usuario escoge
como direcciÄn de transferencia Backwards (hacia atrÖs) para la temperatura, el valor estimado

36
es la temperatura de la corriente de entrada, y el calculado es la temperatura de la corriente de
salida.
Durante el proceso de convergencia se suceden las siguientes etapas de cÖlculo,
aproximadamente:
Ä HYSYS utiliza los valores estimados y resuelve el flowsheet.
Ä Luego HYSYS compara los valores estimados con los que se obtienen por
resoluciÄn del flowsheet en la otra corriente relacionada en el reciclo
Ä BasÖndose en la diferencia entre los valores calculados y estimados, HYSYS
genera nuevos valores que se toman como nuevas estimaciones.
Ä El proceso se repite hasta que los valores obtenidos en las dos corrientes
relacionadas en el reciclo difieren en un valor especificado lo suficientemente
bajo para asegurar la convergencia.
IlustraciÄn 15.- Aspecto del mÄdulo de reciclo en HYSYS
De todas las opciones, bÖsicamente numáricas, la que mÖs interesa es el modelo de
resoluciÄn, que puede elegirse entre Nested y Simultaneous. Como su nombre lo indica, en
caso que la simulaciÄn presente diferentes reciclos interconectados o relacionados de alguna
manera, es necesario utilizar la opciÄn Simultaneous. Para simulaciones con un solo reciclo, o
varios reciclos cuyos resultados son independientes, se puede utilizar la opciÄn Nested.
Nuevamente, el desarrollo interno de estos algoritmos es informaciÄn que se mantiene
en estricto secreto, razÄn por la cual no se puede dar una mayor exposiciÄn de cÄmo HYSYS
realiza cÖlculos de reciclos.

CAPÄTULO III
PARTE EXPERIMENTAL Y RESULTADOS

38
III - PARTE EXPERIMENTAL Y RESULTADOS
En el presente capÑtulo se desarrollan las consideraciones y metodologÑa utilizada en el
desarrollo de las simulaciones HYSYS de los procesos productivos seleccionados como mÖs
caracterÑsticos dentro de la actividad de ENAP Magallanes, se enumeran y explican las
simulaciones creadas, se analizan los resultados obtenidos y se contrastan (en los casos
posibles) con la situaciÄn real.
3.1 ESQUEMA DE DESARROLLO
El trabajo se ha desarrollado partiendo de la premisa que todos los pasos necesarios
para crear las simulaciones puedan ser recreados por los operadores e ingenieros de procesos
de ENAP Magallanes, por lo tanto en el ÅManual para simular procesos productivos de ENAP
Magallanes en HYSYSÉ se deben agregar desde los conocimientos bÖsicos de uso de HYSYS,
completamente detallados, hasta las simulaciones mÖs extensas, de planta PosesiÄn y Cullen.
Por lo tanto se ha dividido el trabajo en las siguientes etapas de desarrollo:
Ä Dar a conocer los aspectos bÖsicos y generalidades de las simulaciones de HYSYS.
Ä Desarrollar aplicaciones rÖpidas y generales que utilicen las unidades bÖsicas de
proceso de ENAP Magallanes.
Ä Profundizar en las herramientas esenciales de HYSYS que no tienen equivalencia
con los equipos instalados en terreno (ajustadores, planillas de cÖlculo, etc.)
Ä Desarrollar casos reales de ENAP Magallanes.
Ä Analizar y ajustar las simulaciones para lograr coherencia entre el modelo y la
situaciÄn real.
Se ha denominado unidades bÖsicas de proceso a todos los equipos que sirven para
llevar a cabo los procesos de ENAP Magallanes, que estÖn presentes en todas las instalaciones
productivas de la empresa y que en conjunto conforman lo que se denomina ÅplantaÉ. Son

39
operaciones unitarias que realizan una acciÄn determinada y por lo general consideran una
corriente de entrada, una corriente de salida y la energÑa asociada.
En HYSYS estas unidades bÖsicas corresponden a los objetos que se deben aÜadir a las
simulaciones, para con las interconexiones adecuadas, obtenidas del flowsheet de planta
obtener la simulaciÄn final del proceso investigado.
Las diferentes unidades bÖsicas de proceso que se han considerado como necesarias
para el desarrollo de las diferentes simulaciones son:
Ä Separadores de lÑquido y vapor.
Ä Intercambiadores de calor:
o Coolers y Heaters.
o Intercambiadores de tubo y carcasa.
Ä Mezcladores y divisores de flujo.
Ä VÖlvulas.
Ä Bombas.
Ä Compresores.
o Compresores centrÑfugos.
o Compresores recÑprocos.
Estas unidades en HYSYS presentan diferentes opciones de especificaciÄn; en primera
instancia se han desarrollado aplicaciones que sÄlo necesitan una definiciÄn rÖpida y
aproximada, para posteriormente desarrollar simulaciones de casos reales cuyo principal
objetivo es representar de la forma mÖs exacta posible estas unidades bÖsicas, y esto
necesariamente implica utilizar las opciones avanzadas de las unidades investigadas.
En una segunda etapa se desarrollan ejemplos para lograr un domino de las
herramientas especÑficas de HYSYS, y para esto se utilizan las siguientes aplicaciones:

40
Ä Ajustadores: Se desarrolla la simulaciÄn de la unidad regeneradora de etilenglicol
de Planta Cullen.
Ä Set: Se desarrolla un esquema de expansor y compresor acoplados, simulando el
sistema utilizado en Planta PosesiÄn
Ä Planilla de cÜlculo: Se desarrolla el proceso de flasheo de gasolinas de Planta
Cullen y mediante el Spreadsheet (planilla de cÖlculo) se cuantifica la ganancia
obtenida por venta de Raw Product.

41
3.2 SIMULACIONES REALIZADAS PARA ENAP MAGALLANES
Las simulaciones de casos especÑficos de ENAP Magallanes que se han realizado
durante el presente trabajo de titulaciÄn son:
Ä Compresor recÑproco HRA-5, de Planta Cullen.
Ä Compresor recÑproco HRA-2, de EstaciÄn Compresora Calafate.
Ä Compresor recÑproco TLA-3, de Planta PosesiÄn.
Ä Compresor centrÑfugo TC-10, de Planta Cullen.
Ä SimulaciÄn completa de Planta Cullen, que consta de:
o Circuito de refrigeraciÄn por propano.
o Sistema de acondicionamiento y deshidrataciÄn de gas.
o Flasheo de gasolinas.
o Unidad regeneradora de etilenglicol.
Ä Turbina del tren SULZER, de Planta PosesiÄn.
Ä Esquema de producciÄn de Plantas PosesiÄn y Cabo Negro.
Ä Ejemplo de caracterizaciÄn de petrÄleos en HYSYS.
Ä Ejemplo de loop de gasoductos.
Ä SimulaciÄn completa de Planta PosesiÄn.
AdemÖs se han desarrollado dos simulaciones basadas en materiales de entrenamiento
que Aspen ofrece a los usuarios registrados, en la secciÄn de ÅAdvanced Process Modeling Using
Aspen HYSYSÉ de su pÖgina web, las cuales son:
Ä Gas Gathering; representaciÄn de una red de gasoductos.
Ä Modeling Real Separators in Aspen HYSYS; esquema de un separador lÑquido
vapor que permite simular el efecto de arrastre de lÑquido en la salida de vapor.
Tambián es del interás de la empresa explicar el funcionamiento de un software
adicional asociado a HYSYS, llamado HYSYS Browser, disponible para su descarga desde el sitio
web del software, para usuarios registrados.

42
HYSYS Browser es un complemento a Microsoft Excel, y permite la intercomunicaciÄn
entre Microsoft Excel y HYSYS. Esto significa que los datos y especificaciones que se desee
ingresar a HYSYS pueden provenir de una planilla de cÖlculo de Microsoft Excel, y viceversa, que
los resultados obtenidos en la simulaciÄn de HYSYS se puedan exportar a Microsoft Excel; con lo
cual, relacionando adecuadamente estos dos programas mediante el uso de las opciones que
entrega HYSYS Browser, eventualmente se lograrÑa trabajar con HYSYS manejando cualquier
aspecto en el ambiente grÖfico de Microsoft Excel.
Se ha desarrollado un ejemplo que muestra todas las posibilidades que ofrece HYSYS
Browser, basado en un caso ficticio de un compresor de dos etapas.
Todas estas simulaciones se pueden recrear por completo al desarrollar el ÅManual
para simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYSÉ, que se anexa a este trabajo.

43
3.3 CONSIDERACIONES ESPECÄFICAS DE CADA SIMULACIÅN
Es importante recordar que una simulaciÄn de HYSYS no representa el cien por ciento
de los equipos, conexiones o corrientes que en planta se pueden observar. Debido a esto, se
deben realizar ciertas simplificaciones, que conllevan a trabajar con un flowsheet aproximado al
esquema real, pero que dependiendo del criterio de quien diseÜe las simulaciones podrÖ ser tan
exacto como se desee.
Para identificar la informaciÄn disponible relativa al caso estudiado, y poder juzgar
adecuadamente el modelo diseÜado, se presenta a continuaciÄn una breve descripciÄn de las
simulaciones, las limitaciones intrÑnsecas al trabajo de modelar un proceso y los datos que se
han considerado para la posterior validaciÄn:
3.3.1 COMPRESOR HRA-5 DE PLANTA CULLEN
El compresor HRA-5 estÖ instalado en la sala de compresores de Planta Cullen. Es un
compresor recÑproco con 4 cilindros compresores, todos de igual diÖmetro de pistÄn y vÖstago.
La simulaciÄn se ha realizado ingresando los parÖmetros fÑsicos entregados por el
Informe de Mantenimiento Predictivo. SÄlo se han especificado las variables necesarias para
resolver el sistema, y los resultados han sido contrastados con el resto de informaciÄn
proveniente del Informe de Mantenimiento.
Se ha considerado que es necesario esquematizar el separador de lÑquido y vapor a la
entrada del compresor, pues aunque al ingresar las propiedades de la corriente de entrada se
ha observado que dicho flujo no presenta lÑquidos (fracciÄn de vapor igual a 1), aÜadir el
separador es un proceso rÖpido, y da mayor amplitud de estudio al sistema, preparando la
simulaciÄn para un eventual caso en que la corriente de entrada contenga lÑquidos.
Se han ingresado ademÖs los parÖmetros fÑsicos de cada cilindro (diÖmetro de pistones,
carrera, clearances, etc.), lo cual da mayor similitud al modelo.

44
3.3.2 COMPRESOR HRA-2 DE ESTACIÅN COMPRESORA CALAFATE
Este compresor es similar al HRA-5 ya mencionado, con la çnica salvedad que presenta
diferentes caracterÑsticas para los cuatro cilindros compresores, y dichas diferencias se deben
representar en la simulaciÄn como dos compresores individuales, cada cual con caracterÑsticas
definidas.
Para simular este sistema se debe agregar un divisor, y HYSYS calcularÖ
automÖticamente los porcentajes de divisiÄn debido a que el flujo que pasa por cada compresor
es funciÄn de la velocidad de rotaciÄn del motor asociado al compresor, y dicha variable es una
especificaciÄn.
Posteriormente las dos corrientes se juntan mediante un mixer, para conformar la
corriente de salida.
correspondiente.
Los datos y resultados se han contrastado con el Informe de Mantenimiento Predictivo
3.3.3 COMPRESOR TLA-3 DE PLANTA POSESIÅN
Este compresor ha sido configurado para trabajar en dos etapas de compresiÄn, y la
forma de simular esta situaciÄn en HYSYS corresponde a definir cada etapa como un compresor
independiente, en el cual la salida de la primera etapa se enfrÑa y pasa a la entrada de la
segunda etapa.
Sin embargo hay que considerar un factor bastante importante, el hecho que cada
compresor calcula el flujo de acuerdo a las condiciones de entrada y salida de manera
independiente para cada etapa, y puede suceder que los flujos requeridos por cada compresor
sean diferentes. Considerando la alternativa inicialmente esbozada (una sola lÑnea de
corrientes), de un simple balance de masa se obtiene que el flujo es constante a lo largo de las
dos etapas del compresor, y este esquema conllevarÑa a un error de especificaciones por parte

45
de HYSYS. Para subsanar este efecto se debe dividir la corriente que sale de la primera etapa en
dos flujos diferentes; una corriente que continçe hacia la segunda etapa y otra corriente
denominada ÅantorchaÉ, que se agrega para asumir el exceso o falta de flujo que requiere la
segunda etapa, y asÑ cumplir con el balance de masas.
Este cambio en el modelo se puede observar en las siguientes ilustraciones:
IlustraciÄn 16.- Modelo inicial para el compresor de dos etapas
IlustraciÄn 17.- Modelo ajustado para cumplir el balance de masa
Y en una posterior etapa se puede buscar la presiÄn Äptima de descarga de la primera
etapa, que minimiza el flujo de la corriente ÅAntorchaÉ evitando párdidas o recirculaciones.
respectivo.
Los datos, nuevamente, se han obtenido del Informe de Mantenimiento Predictivo

46
3.3.4 COMPRESOR TC-10 DE PLANTA CULLEN
Este compresor es centrÑfugo, y trabaja en dos etapas de compresiÄn, por lo cual el
esquema a modelar es exactamente el mismo al desarrolllado para el compresor TLA-3. La
diferencia mÖs importante radica en el uso de curvas de diseÜo para especificar el compresor.
Se debe aclarar que, durante el desarrollo del presente trabajo de titulaciÄn, el equipo
en cuestiÄn estaba en proceso de instalaciÄn en Planta Cullen, razÄn por la cual no se tienen
datos reales de funcionamiento del compresor TC-10.
Como en el proceso de adquisiciÄn de dicho compresor ENAP Magallanes enviÄ al
fabricante las especificaciones del gas a comprimir (cromatografÑa promedio, variables de
proceso, etc.) y los requerimientos de salida, y el fabricante entregÄ una hoja con resultados, se
ha optado por contrastar dichos valores con los que garantiza el fabricante.
Por estas razones, los datos para la simulaciÄn corresponden a las especificaciones
enviadas por ENAP Magallanes y los resultados entregados por el fabricante.
3.3.5 TURBINA DEL TREN SULZER
HYSYS no posee un mÄdulo especÑfico para definir turbinas, pero se pueden estimar las
propiedades globales de funcionamiento de la turbina utilizando un expansor.
En la pÖgina web del programa se recomienda un modelo para simular el proceso de
combustiÄn del gas residual con que se alimenta a la turbina, y se ha utilizado dicho modelo
conceptual para simular la turbina del tren SULZER de Planta PosesiÄn.
Se ha investigado ademÖs las diferencias para los siguientes esquemas de modelaciÄn
del proceso de combustiÄn:

47
Ä Definiendo las reacciones de combustiÄn del gas natural [Ec. 15] y utilizando un
reactor del tipo Conversion.
Ä Omitiendo las reacciones de combustiÄn y utilizando un reactor de tipo Gibbs.
Se aÜade ademÖs el cÖlculo de ciertos parÖmetros que son de interás a la hora de
evaluar el correcto funcionamiento del sistema:
Ä Potencia disponible total: Considerando que la energÑa involucrada en la
compresiÄn del aire se obtiene de la misma turbina, la potencia disponible para
comprimir el gas residual y para alimentar al generador se puede obtener de
acuerdo a:
HPTOTAL Å HPAire î HPDisponible
[Ec. 25]
Ä Uso de la potencia disponible total: Se puede calcular quá porcentaje se ocupa
tanto en el generador como en el compresor C-3, asumiendo que la potencia
consumida en el generador (HP Generador ) es de 3,200 HP.
HP
Generador Å
HP
%
Generador
HP
% C É 3 Å
Disponible
HP
Disponible
É HP
Disponible
Generador
[Ec. 26]
[Ec. 27]
Ä Eficiencia de uso de gas combustible: De la energÑa total que tiene el gas de
entrada a turbina, se calcula el porcentaje que entrega la turbina.
% Ef
GC
HP
Å
TOTAL Turbina
He [Ec. 28]

48
Ä
Eficiencia de la turbina: Se compara la energÑa de salida de los gases con el valor
teÄrico calculado si los gases salieran a 0 èC. Si se denota He como la entalpÑa
del gas de entrada y Hs entalpÑa del gas de salida, se obtiene:
Real
ë
H Å Hs É He
Ideal
ë
T Ü Actual
H Å Hs É He
0ÜC
í
í
Ef
Turbina
Å
H
H
Real
Ideal
[Ec. 29]
3.3.6 ESQUEMA DE PRODUCCIÅN DE PLANTAS POSESIÅN Y CABO
NEGRO
En esta simulaciÄn el objetivo es realizar un modelo rÖpido e intuitivo del proceso de
fraccionamiento del gas que proviene de los yacimientos y que ingresa a Planta PosesiÄn para
generar Gas Residual y Raw Product. En Cabo Negro el Raw Product se separa en sus
componentes comerciales propano, butano y gasolinas.
Este esquema de separaciÄn, cuando no se requiere el grado de exactitud entregado
por la simulaciÄn especÑfica de Planta PosesiÄn, se desarrolla utilizando la herramienta Splitter
de HYSYS, que permite separar una corriente de acuerdo a porcentajes de separaciÄn.
El ánfasis se hace en poder obtener una estimaciÄn de las ganancias econÄmicas
generadas por la separaciÄn del Raw Product del Gas Rico, y una vez obtenida la simulaciÄn se
puede compara esta situaciÄn con la eventualidad de no realizar procesos de separaciÄn y
vender todo el flujo de Gas Rico a precio de Gas Residual.
Tambián se puede investigar quá sucede al variar la especificaciÄn de calidad del Raw
Product (permitiendo mÖs o menos etano) o los efectos que un alza en el precio de venta del
gas residual tiene en las ganancias econÄmicas.

49
3.3.7 ELEMPLO DE CARACTERIZACIÅN DE PETRÅLEOS EN HYSYS
Para esta simulaciÄn se ha considerado un AnÖlisis de Laboratorio efectuado a la
Gasolina Natural en el Terminal Gregorio, y se muestra el procedimiento necesario para
representar la informaciÄn de dicho AnÖlisis en una simulaciÄn de HYSYS.
Este caso no corresponde a ninguna instalaciÄn o equipo de terreno, y se agrega sÄlo
para demostrar el procedimiento correcto de especificaciÄn.
3.3.8 EJEMPLO DE LOOP DE GASODUCTOS
De igual forma que para la caracterizaciÄn de petrÄleos, esta simulaciÄn ejemplifica un
loop de gasoductos genárico; no tiene sÑmil con situaciones reales de terreno.
Representa la simulaciÄn de un caso en que se tienen dos gasoductos por los cuales se
ha de transportar una corriente determinada. HYSYS entrega informaciÄn valiosa a la hora de
decidir cuÖnto porcentaje debe ir en cada gasoducto, de manera que en el punto de uniÄn de
ambos gasoductos se obtenga igual presiÄn de llegada.
Se aÜade ademÖs en el punto de recepciÄn la corriente de descarga de un compresor
genárico, y se muestra una aplicaciÄn de las herramientas Adjust y Set que es fundamental para
resolver la presiÄn de salida del gasoducto y de descarga del compresor.
3.3.9 PLANTA CULLEN
El proceso efectuado actualmente en Planta Cullen consiste en deshidratar el gas,
acondicionÖndolo para su transporte hacia continente, y separar las gasolinas mediante
enfriamiento.
La simulaciÄn que modelarÖ esta planta contempla las siguientes etapas de desarrollo:

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Ä Circuito de refrigeraciÄn por propano
Corresponde a un circuito cerrado de compresiÄn, condensaciÄn, expansiÄn y
calentamiento; la etapa de calentamiento se logra en un intercambiador de tubo y
carcasa en que el propano se evapora y por los tubos circula el fluido de proceso que se
desea enfriar. El compresor es centrÑfugo, la condensaciÄn se logra mediante una serie
de aeroenfriadores y la expansiÄn mediante una vÖlvula de Joule-Thompson.
Ä Tren de enfriamiento del gas de entrada a planta
El gas de proceso se preenfrÑa en un intercambiador de tubo y carcasa por interacciÄn
con el gas proveniente de un separador de tres fases, para posteriormente, gracias a un
circuito de propano, enfriar açn mÖs la corriente de proceso. Este esquema se simula
mediante dos intercambiadores de calor de tubo y carcasa.
Ä Flasheo de gasolinas
Las gasolinas generadas por el enfriamiento del gas de proceso pasan por dos etapas
de flasheo que logran disminuir la presiÄn de la corriente hasta 15 kg/cm2
aproximadamente. Esto se realiza en HYSYS mediante una serie de separadores y
vÖlvulas
Ä Unidad regeneradora de glicol
A la corriente de entrada a planta se le aÜade una mezcla de etilenglicol y agua. En el
proceso de enfriamiento se logra separar cierta cantidad de agua, que es atrapada por
el etilenglicol. El resultado (una mezcla de etilenglicol y agua con mayor contenido de
agua) se debe purificar para poder recircularlo al punto de entrada a planta. Para esto
se dispone de una serie de intercambiadores de calor que evaporan cierta cantidad de
agua hasta obtener una pureza de glicol suficiente para ser recirculada. Este esquema
se ha simulado en HYSYS con la mayor similitud posible, pues para muchas variables

51
que eran necesarias para la simulaciÄn (principalmente temperaturas) no hay
medidores instalados. Sin embargo, como se verÖ con posterioridad, los resultados
obtenidos en HYSYS al simular la mezcla glicol agua no resultan satisfactorios debido a
errores internos del programa.
a continuaciÄn.
El esquema de los equipos que conforman la unidad regeneradora de glicol se presenta
IlustraciÄn 18.- Esquema de la Unidad Regeneradora de Glicol de Planta Cullen
Se puede notar que, por lo menos en aspecto grÖfico, presenta similitudes bastante
razonables con la simulaciÄn desarrollada, que se presenta a continuaciÄn:

52
IlustraciÄn 19.- Aspecto de la Unidad Regeneradora de Glicol simulada en HYSYS
Los datos que se han utilizado para realizar y validar la simulaciÄn provienen de
diversas fuentes; Informes de Rutina de Laboratorio, datos obtenidos en las Hojas de Estado
Diario medidas por el operador de procesos, datos entregados por los fabricantes de los equipos
simulados y principalmente, por mediciÄn directa de quien redacta este trabajo durante el
tiempo de estadÑa en planta.
3.3.10 PLANTA POSESIÅN
El principal objetivo de Planta PosesiÄn es separar el gas de entrada a planta en dos
corrientes; Raw Product, constituido de propano, componentes mÖs pesados y trazas de etano,
y una corriente denominada Gas Residual, que es bÖsicamente metano, etano y una pequeÜa
cantidad de propano.

53
Para efectuar este proceso de separaciÄn se llevan a cabo etapas sucesivas de
enfriamiento al gas que entra a planta, llegando a trabajar temperaturas de hasta -90 èC.
En una primera etapa se efectça integraciÄn de calor con corrientes frÑas de otros
puntos de la planta, logrando disminuir la temperatura de la corriente de entrada hasta
temperaturas cercanas a -45 èC. Producto de esta caÑda de temperatura se obtiene
condensaciÄn, y se separa el lÑquido y el vapor en un separador.
El enfriamiento se ve favorecido por dos expansiones sucesivas del gas de entrada, que
aproximadamente ingresa a planta a 70 kg/cm 2 . En el primer expansor se baja la presiÄn del gas
a 42 kg/cm 2 , y como resultado se obtiene condensaciÄn de algunos componentes pesados, que
pasan por un separador. En una segunda etapa se baja la presiÄn a 26 kg/cm 2 , nuevamente hay
condensaciÄn y se separan los constituyentes. Todas las corrientes de lÑquido que se han
generado hasta el momento se unen e ingresan a una columna de destilaciÄn, denominada V-5.
Esta columna de destilaciÄn posee un condensador total. Los vapores generados en
este condensador constituyen el gas residual, que se precalienta por intercambio con otras
corrientes de proceso hasta llegar a dos compresores centrÑfugos acoplados a los dos
expansores ya mencionados. Por el fondo de la columna V-5 el rehervidor presenta una
configuraciÄn de termosifÄn, recirculando completamente el fluido que pasa por áste.
IlustraciÄn 20.- Esquema de un rehervidor tipo termosifÄn

54
Considere que el rehervidor real corresponde a un horno alimentado por gas residual.
Mediante una extracciÄn lateral de lÑquido ubicada en el plato nè 1 (la nomenclatura
utilizada enumera los platos desde abajo hacia arriba) se obtiene la corriente de Raw Product,
que es el principal producto de Planta PosesiÄn.
La columna V-5 posee 30 platos, y trabaja a una presiÄn de diseÜo de 30 kg/cm 2 en un
amplio rango de temperaturas, desde -50 èC en el tope hasta 115 èC en el fondo. Las
caracterÑsticas propias de este sistema, en particular el rango de temperaturas de la columna,
hacen que simular este equipo en HYSYS sea un procedimiento delicado y se debe efectuar una
buena elecciÄn de las variables a especificar.
Considerando la columna estÖndar que ofrece HYSYS, se han realizado las
modificaciones necesarias para modelar de forma mÖs acertada el entorno de la columna V-5,
utilizando la opciÄn de resoluciÄn de columnas Modified HYSIM Inside-Out.
La columna final posee 3 grados de libertad, y el proceso de convergencia necesario
para resolver la columna considera por lo tanto la especificaciÄn de 3 variables.
Se han escogido las siguientes especificaciones:
Ä Reflujo Tope: Corresponde al flujo volumátrico (Std Ideal Vol) de recirculaciÄn de
tope.
Ä Etano en Raw Product: La fracciÄn molar de etano en el plato 1_Main TS.
Ä ProducciÉn de Raw Product: El flujo volumátrico estÖndar de Raw Product que se
obtiene por la extracciÄn en el plato 1_Main TS de la columna V-5.
Ä Flujo P-3: Corresponde al flujo volumátrico de producto de fondo que ingresa al
horno H-1 y recircula completamente hacia la torre V-5.

55
Se han definido cuatro variables, debido a que en el proceso de convergencia de la
columna se deben realizar sustituciones de especificaciÄn escogiendo tres de ástas hasta
obtener valores normales de operaciÄn.
Entre las limitaciones del modelo realizado se debe comentar la ausencia de las curvas
de diseÜo correspondientes a los expansores y compresores de Planta PosesiÄn. Debido a la
antigêedad de estos equipos no se tiene registro de esta informaciÄn.
Se puede comentar que, de todas las simulaciones desarrolladas, la de Planta PosesiÄn
es la que considera la mayor cantidad de equipos e interacciÄn entre corrientes. Es necesario
agregar 3 mÄdulos de reciclo para lograr una adecuada simulaciÄn.
Los datos se han obtenido de informaciÄn tácnica obtenida en planta, las variables de
proceso y valores de cromatografÑa han sido recopilados de las Hojas de Estado Diario obtenidas
por el operador de procesos, de Informes de Rutina de Laboratorio y por mediciÄn directa de las
variables de interás por parte de quien redacta el trabajo. Los resultados han sido validados en
base a las mismas fuentes.

56
3.4 DATOS Y RESULTADOS
En la presente secciÄn se detallan los datos y resultados que se han especificado para
las simulaciones realizadas para ENAP Magallanes, y se presenta el valor real medido en planta
u obtenido de las diversas fuentes de informaciÄn ya nombradas. AdemÖs se calcula la
diferencia porcentual entre el valor obtenido por HYSYS y el valor real.
En el anexo se presentan las capturas de pantalla para cada simulaciÄn realizada, en
donde se puede comprobar el esquema utilizado. El ÅManual para simular procesos productivos
de ENAP Magallanes en HYSYSÉ contiene un disco compacto con los archivos de las simulaciones
respectivas.
Una forma rÖpida de obtener la diferencia entre el modelo y el sistema real es definir el
error relativo (E R ) entre ambas medidas; de la siguiente forma:
E
R
ä
Abs
é
ë
Valor
ÉValor
HYSYS
Real
Å å ç
ValorReal
í
ã
Ä100% [Ec. 30]
è
Para analizar la similitud en los valores obtenidos de composiciÄn para determinadas
corrientes, como se trabaja con magnitudes en un rango muy amplio (por ejemplo se contrastan
valores de metano a 92% y valores de CO2 a 0.2%), se ha calculado el error individual para cada
mediciÄn, pero ademÖs se obtiene un error global, denominado E G , que considera la relevancia
de cada compuesto en la cromatografÑa total, de la siguiente forma:
E Å ê x ÄE
[Ec. 31]
G i,Re al R,
i
Donde
X
i,Real
corresponde a la fracciÄn reportada por laboratorio para cada
componente i, y el error relativo para la medida de dicho componente es E
R,
i
.

57
Con esto se logra quitar relevancia al 50% de error relativo que se obtendrÑa si, por
ejemplificar, el valor real de la fracciÄn de nitrÄgeno es 0.02 y HYSYS entrega 0.03.
A continuaciÄn se muestra en tablas los valores de composiciÄn que se ha ingresado en
cada simulaciÄn presentada en este capÑtulo.
Componente HRA-5 Cullen HRA-2 Calafate TLA-3 PosesiÄn TC-10 Cullen
(%mol)
Metano 92.12 92.12 91.50 92.15
Etano 3.83 3.83 3.92 3.83
Propano 1.20 1.20 1.53 1.22
i-Butano 0.25 0.25 0.41 0.25
n-Butano 0.30 0.30 0.47 0.35
i-Pentano 0.09 0.09 0.15 0.14
n-Pentano 0.06 0.06 0.12 0.10
n-Hexano 0.01 0.01 0.12 0.15
n-Heptano 0.00 0.00 0.02 0.13
NitrÄgeno 2.04 2.04 1.69 1.48
DiÄxido de carbono 0.10 0.10 0.06 0.20
Agua 0.00 0.00 0.01 0.00
Tabla 2.- Composiciones ingresadas para las simulaciones de compresores
Componente Turbina SULZER Planta Cullen Planta PosesiÄn
(%mol)
Metano 92.35 91.16 91.04
Etano 5.18 4.47 5.37
Propano 1.05 1.48 1.12
i-Butano 0.00 0.30 0.26
n-Butano 0.00 0.42 0.34
i-Pentano 0.00 0.14 0.13
n-Pentano 0.00 0.12 0.09
n-Hexano 0.00 0.17 0.21
NitrÄgeno 1.04 1.58 1.24
DiÄxido de carbono 0.38 0.16 0.20
Agua 0.00 0.00 0.00
Tabla 3.- Composiciones ingresadas a las simulaciones de Tren SULZER, Cullen y PosesiÄn
Para el caso de Planta PosesiÄn y Planta Cullen se desglosan los resultados obtenidos
de la simulaciÄn desarrollada ingresando los valores normales promedio de operaciÄn, para
posteriormente validar el modelo al ingresar valores de informes de laboratorio
correspondientes a diferentes dÑas de producciÄn.

58
3.4.1 COMPRESOR HRA-5 DE PLANTA CULLEN
Datos ingresados a la simulaciÄn:
Corriente Variable Valor especificado
Temperatura [èF] 75
Pozos de baja
PresiÄn [psig] 700
(Entrada al separador)
ComposiciÄn Ver Tabla 2
Descarga
PresiÄn [psig] 1,123
(Descarga del compresor)
Tabla 4.- Definiciones de corrientes en la simulaciÄn del compresor HRA-5
Equipo Variable Valor especificado
Number of cylinders 4
Cyl. Type
Double Acting, No-Tail Rod Type
Bore [in] 8.5
Compresor HRA-5
Stroke [in] 14
Piston Rod Diameter [in] 2.5
Speed [RPM] 270
Adiabatic Efficiency [%] 85
Vol. Clearances [in3]
Ver Manual
Tabla 5.- Datos del compresor HRA-5
Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
Compresor HRA-5 Potencia [HP] 1,053 1,045 0.8
Descarga Temperatura [èF] 145.8 143 2.0
(Descarga del Flujo comprimido 1,217 1,269 4.1
compresor) [MMMCSD]
Tabla 6.- Resultados obtenidos HRA-5

59
3.4.2 COMPRESOR HRA-5 DE ESTACIÅN COMPRESORA CALAFATE
Datos ingresados y resultados obtenidos en la simulaciÄn:
Corriente Variable Valor especificado
Temperatura [èF] 82
Calafate
PresiÄn [psig] 988
(Entrada al separador)
ComposiciÄn Ver Tabla 2
Descarga
PresiÄn [psig] 1,259
(Descarga del compresor)
Tabla 7.- Definiciones de corrientes en la simulaciÄn del compresor HRA-2
Equipo Variable Valor especificado
Number of cylinders 2
Cyl. Type
Double Acting, No-Tail Rod Type
Bore [in] 5.5
Cil. 1y2
Stroke [in] 14
Piston Rod Diameter [in] 3
Speed [RPM] 329
Adiabatic Efficiency [%] 85
Vol. Clearances [in3]
Ver Manual
Number of cylinders 2
Cyl. Type
Double Acting, No-Tail Rod Type
Bore [in] 7.25
Cil. 3y4
Stroke [in] 14
Piston Rod Diameter [in] 3
Adiabatic Efficiency [%] 85
Vol. Clearances [in3]
Ver Manual
Tabla 8.- Datos del compresor HRA-2 dividido en dos compresores teÄricos
Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia
[%]
Compresor HRA-2 Potencia [HP] 881 891 1.1
Temperatura [èF] 123.4 133.4 7.5
Descarga1
Flujo comprimido 0.618 0.594 4.0
(del compresor Cyl. 1y2)
[MMMCSD]
Descarga1 Temperatura [èF] 123.1 124 0.7
(Descarga del compresor Flujo comprimido 1.16 1.12 3.6
Cyl. 1y2)
[MMMCSD]
Descarga total Temperatura [èF] 123.1 128 3.8
(Suma descargas de ambos Flujo comprimido 1.78 1.68 6.0
compresores) [MMMCSD]
Tabla 9.- Resultados obtenidos para el compresor HRA-2

60
3.4.3 COMPRESOR TLA-3 DE PLANTA POSESIÅN
Datos ingresados a la simulaciÄn:
Corriente Variable Valor especificado
Temperatura [èF] 66
Entrada
PresiÄn [psig] 425
(Entrada al separador)
ComposiciÄn Ver Tabla 2
Entrada2
Temperatura [èF] 91
(Entrada a la segunda etapa)
Descarga
PresiÄn [psig] 1,700
(Descarga del compresor)
Tabla 10.- Definiciones de corrientes en la simulaciÄn del compresor TLA-3
Equipo Variable Valor especificado
Number of cylinders 2
Cyl. Type
Double Acting, No-Tail Rod Type
Bore [in] 9.75
Compresor Etapa1
Stroke [in] 19
Piston Rod Diameter [in] 4
Speed [RPM] 263
Adiabatic Efficiency [%] 95
Vol. Clearances [in3]
Ver Manual
Number of cylinders 2
Cyl. Type
Double Acting, No-Tail Rod Type
Bore [in] 5.625
Compresor Etapa2 Stroke [in] 19
Piston Rod Diameter [in] 4
Adiabatic Efficiency [%] 90
Vol. Clearances [in3]
Ver Manual
Tabla 11.- Datos del compresor TLA-3 dividido en dos etapas.
Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
Compresor Etapa1 Potencia [HP] 1,242 1,238 0.3
Compresor Etapa2 Potencia [HP] 481 496.8 3.2
Temperatura [èF] 196.4 200.5 2.0
Descarga Etapa1 Flujo comprimido 0.780 0.720 8.3
[MMMCSD]
Descarga Etapa2
Temperatura [èF] 155.5 148 5.1
Flujo comprimido 0.657 0.650 1.1
[MMMCSD]
Tabla 12.- Resultados obtenidos TLA-3 para presiÄn interetapa de 1,100 psig.

61
3.4.4 COMPRESOR TC-10 DE PLANTA CULLEN
AdemÖs de ingresar las curvas de diseÜo para ambas etapas del compresor centrÑfugo,
que se presentan en el manual anexo, se han realizado las siguientes especificaciones en la
simulaciÄn:
Corriente o equipo Variable Valor especificado
Temperatura [èC] 20
Entrada
PresiÄn [kg/cm 2 ] 6
(Entrada al separador)
ComposiciÄn Ver Tabla 2
Descarga Etapa1 PresiÄn [kg/cm 2 ] 23.28
SucciÄn2
Temperatura [èC] 30
(Entrada Etapa2)
Solar Etapa1 Speed [RPM] 21,216
Solar Etapa2 Speed [RPM] 21,216
Tabla 13.- Especificaciones realizadas al compresor TC-10
Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
Potencia [HP] 2,548 2,585 1.4
Etapa1 Eficiencia [%] 69 69.3 0.4
Head [ftëlbm/lbf] 71,000 70,945 0.1
Potencia [HP] 1,833 1,833 0.0
Etapa2 Eficiencia [%] 70 70.6 0.8
Head [ftëlbm/lbf] 51,797 51,265 1.0
Temperatura [èC] 155.1 154.6 0.3
Flujo a condiciones 3,020 3,017 0.1
Descarga Etapa1
actuales
[Actual ft 3 /min]
Flujo comprimido 677 675 0.3
[Nm 3 /d]
Temperatura [èC] 132.5 130.0 1.9
Descarga Etapa2 Flujo a condiciones 801.9 813.6 1.4
actuales
[Actual ft 3 /min]
Tabla 14.- Resultados obtenidos al simular el compresor TC-10
Se debe notar que se ha agregado a las curvas de diseÜo el punto de operaciÄn real, a
21,216 RPM, pues como el rango de eficiencias que presentan las curvas es estrecho, se
observaban errores en la simulaciÄn, y los resultados no eran satisfactorios.

62
3.4.5 TURBINA DEL TREN SULZER
Los datos especificados, y resultados obtenidos de la simulaciÄn del proceso de
combustiÄn y turbina del tren SULZER son los siguientes:
Corriente o equipo Variable Valor especificado
Temperatura [èC] 12
Gas Combustible PresiÄn [psia] 100
ComposiciÄn Ver Tabla 3
Aire a compresiÄn
Temperatura [èC] 12
PresiÄn [psia] 14
Gases de entrada a la Temperatura [èC] 750
turbina
Compresor de aire Eficiencia [%] 90
Turbina Eficiencia 75
Tabla 15.- Datos ingresados a la simulaciÄn de la turbina del tren SULZER
Equipo o corriente Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
Compresor de aire Potencia [HP] 35,093 35,000 0.3
Potencia [HP] 49,870 50,000 0.3
Temperatura de 459.3 450 2.1
salida de gases [èC]
Eficiencia de uso de 51.93 No disponible -
gas combustible [%]
Turbina Potencia disponible 14,778 15,000 1.5
total [HP]
Porcentaje utilizado 21.65 No disponible -
por generador [%]
Eficiencia de
38 No disponible -
combustiÄn [%]
Tabla 16.- Resultados obtenidos para el tren SULZER
ComposiciÄn obtenida Componente Reacciones de Reactor de Diferencia [%]
(%mol)
combustiÄn Gibbs
OxÑgeno 16.41 16.41 0
Gases a turbina NitrÄgeno 77.38 77.38 0
Agua 04.09 04.09 0
DiÄxido de carbono 02.12 02.12 0
Tabla 17.- Composiciones del gas de entrada a turbina mediante los dos mátodos

63
3.4.6 PLANTA CULLEN
Datos ingresados y resultados obtenidos:
Corriente o equipo Variable Valor especificado
Temperatura [èC] 30
PresiÄn [kg/cm 2 ] 55
Gas de entrada Flujo estÖndar de gas [MMMCSD] 2.0
ComposiciÄn Ver Tabla 3
Water Dew Point [èC] -14
Glicol de recirculaciÄn
Flujo [USGPM] 1.575
ComposiciÄn EGlicol [%masa] 73.1
Propano de enfriamiento Flujo volumátrico [MCSD] 149,300
Tabla 18.- Datos ingresados para la simulaciÄn de Planta Cullen
ComposiciÄn de gas Componente Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
residual obtenida (%mol)
Metano 91.42 91.55 0.1
Etano 4.45 4.44 0.2
Propano 1.44 1.43 0.7
i-Butano 0.28 0.28 0.0
n-Butano 0.38 0.36 5.6
Gas a compresores i-Pentano 0.11 0.10 10
n-Pentano 0.09 0.07 28
n-Hexano 0.08 0.02 300
NitrÄgeno 1.59 1.61 1.2
DiÄxido de carbono 0.16 0.16 0.0
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 0.28
Tabla 19.- CromatografÑa del gas residual obtenida en la simulaciÄn
Corriente o equipo Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
Glicol de separador
ComposiciÄn EGlicol 72.7 70.7 2.8
[%masa]
Unidad de Temperatura de 241.1 242 0.4
regeneraciÄn de glicol regeneraciÄn [èF]
Gas a compresores Water Dew Point [èC] -25.3 -24 5.4
Gasolinas
Flujo volumátrico 36 35 ã 45 Valor
estÖndar [m 3 /d]
Aceptable
Separador de Temperatura [èC] -19.3 -17 13
gasolinas
Tabla 20.- Resultados de la simulaciÄn de Planta Cullen

64
3.4.7 PLANTA POSESIÅN
Datos ingresados y resultados obtenidos:
Corriente o equipo Variable Valor especificado
Temperatura [èC] 23
Gas de entrada
PresiÄn [kg/cm 2 ] 72
Flujo estÖndar de gas [MMMCSD] 7.5
ComposiciÄn Ver Tabla 3
Expansor 1
PresiÄn de descarga [kg/cm 2 ] 42
Flujo que pasa por vÖlvula JT [%] 10
Expansor 2
PresiÄn de descarga [kg/cm 2 ] 27
Flujo que pasa por vÖlvula JT [%] 1
Separador V-21 Temperatura [èC] -74
Intercambiador E-6
Temperatura de corriente de salida -66
por los tubos [èC]
Reflujo de tope [m 3 /d] 1,000
Columna V-5 Etano en Raw Product [fracciÄn molar] 0.016
Flujo P-3 (A horno) [m 3 /d] 1,280
Tabla 21.- Listado de especificaciones utilizadas para simular Planta PosesiÄn
Corriente o equipo Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
Separador V-1 PresiÄn [kg/cm 2 ] 65.88 69.5 5.2
Separador V-21 PresiÄn [kg/cm 2 ] 42 41.1 2.2
PresiÄn Entrada Ex-1 65.88 63.1 4.4
[kg/cm 2 ]
Expansor Ex-1
PresiÄn Entrada Gas 30.6 27.0 13.3
en C-2 [kg/cm 2 ]
PresiÄn Salida Gas en 37.6 30.7 22.5
C-2 [kg/cm 2 ]
PresiÄn Entrada Ex-2 42 40 5.0
[kg/cm 2 ]
Expansor Ex-2
PresiÄn Entrada Gas 26.5 23 15.2
en C-1 [kg/cm 2 ]
PresiÄn Salida Gas en 30 26 15.4
C-1 [kg/cm 2 ]
Tabla 22.-Temperaturas y presiones obtenidas de la simulaciÄn de Planta PosesiÄn
Con respecto a los resultados relacionados con la columna de destilaciÄn V-5 y los
equipos asociados, los resultados obtenidos son:

65
Columna V-5 Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
Corriente de entrada
Temperatura [èC] -45 -47 4.3
PresiÄn [kg/cm 2 ] 32 30 6.7
Fondo de la torre Temperatura [èC] 106.7 110 3.0
Reflujo de fondo Temperatura [èC] 111 120 7.5
Vapores de tope Temperatura [èC] -40 -38 5.3
Reflujo de tope Temperatura [èC] -50 -47 6.4
Gas residual Flujo [MMMCSD] 1.28 1.15 11.3
Raw Product Flujo [m 3 /d] 668.5 750 10
Tabla 23.- Resultados obtenidos al simular la columna V-5
La simulaciÄn entrega los siguientes valores para la cromatografÑa de los gases
reportados en el Informe de Laboratorio:
ComposiciÄn
Componente Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
(%mol)
Metano 78.07 81.69 4.4
Etano 21.56 17.35 24.3
Gases de V-4
Propano 0.01 0.01 0.0
NitrÄgeno 0.32 0.27 18.5
DiÄxido de carbono 0.05 0.69 92.8
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 8.5
Metano 96.29 96.29 0.0
Etano 2.05 2.30 10.9
Gases de V-3
Propano 0.04 0.08 50.0
NitrÄgeno 1.47 1.04 41.3
DiÄxido de carbono 0.15 0.29 48.3
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 0.9
Etano 1.60 1.35 18.5
Propano 50.52 50.10 0.8
i-Butano 12.07 12.62 4.4
Raw Product
n-Butano 15.81 16.94 6.7
i-Pentano 6.05 5.74 5.4
n-Pentano 4.19 4.15 1.0
n-Hexano 9.77 9.11 7.2
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 3.3
Metano 93.00 93.28 0.3
Etano 5.49 5.34 2.8
Gas Residual
Propano 0.03 0.06 50.0
NitrÄgeno 1.26 0.92 37.0
DiÄxido de carbono 0.20 0.40 50.0
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 1.0
Tabla 24.- ComposiciÄn de las corrientes obtenidas en la simulaciÄn

66
3.5 VALIDACIÅN DE LAS SIMULACIONES OBTENIDAS
Considerando que las simulaciones mÖs importantes corresponden a las de Planta
PosesiÄn y Planta Cullen, se ha investigado el comportamiento de los modelos propuestos en
HYSYS para estas plantas.
Se ha contrastado el resultado entregado por las simulaciones creadas en HYSYS con
valores reales obtenidos durante cinco dÑas de operaciÄn de planta (para el caso de Planta
PosesiÄn se han considerado cuatro dÑas, debido a la estabilidad de los valores observados),
ingresando la informaciÄn correspondiente a los Informes de Rutina de Laboratorio y Hojas de
Estado Diario registradas por el operador de procesos de planta. Las fechas corresponden a:
Ä Planta Cullen: Entre el 24 y el 28 de Julio de 2007.
Ä Planta PosesiÄn: Entre el 31 de Julio y el 5 de Agosto de 2007.
Las condiciones de presiÄn, temperatura y flujo de entrada a planta se han considerado
estables para el lapso de tiempo estudiado, y corresponden a:
Condiciones de Variable Planta Cullen Planta PosesiÄn
proceso
Temperatura [èC] 30 23
Entrada a Planta
PresiÄn [kg/cm 2 ] 55 70
Flujo volumátrico 2.0 7.0
estÖndar [MMMCSD]
Tabla 25.- Valores normales de operaciÄn Planta Cullen y Planta PosesiÄn

67
3.5.1 VALIDACIÅN DE PLANTA CULLEN
Las variables que se deben especificar, para obtener los resultados y analizar la
simulaciÄn presentada de Planta Cullen son:
Ä CromatografÑa realizada al gas de entrada a planta: Laboratorio realiza dos
medidas diarias de cromatografÑa al gas de entrada. Se ingresa a la simulaciÄn el
valor promedio de dichos resultados.
Ä Porcentaje de pureza de etilenglicol de recirculaciÄn; tambián reportado por
laboratorio.
Ä Punto de rocÑo del gas de entrada: medido por laboratorio dos veces al dÑa. Se
ingresa a la simulaciÄn el promedio de dichos valores.
La variable que es fundamental a la hora de obtener un buen resultado es la
temperatura a la cual se lleva a cabo la separaciÄn; que se regula mediante el flujo de propano
de enfriamiento. Esta variable presenta constantes variaciones, razÄn por la cual no se puede
dar un dato exacto, pero se ha observado que un valor razonable estÖ entre 140,000 y 160,000
MCSD. Se ajusta dicha variable en el modelo de HYSYS hasta obtener resultados satisfactorios.
y 45 m 3 /dÑa.
Bajo las mismas consideraciones, se considera aceptable un flujo de gasolinas entre 35
Una vez realizadas estas modificaciones se pueden recopilar los resultados y
contrastarlos con el valor reportado por Laboratorio, principalmente cromatografÑa y punto de
rocÑo del gas residual.
entrada son:
Los valores reportados por Laboratorio, para cromatografÑa y punto de rocÑo del gas de

68
Fecha 24-jul 25-jul 26-jul 27-jul 28-jul
Metano 91.68 91.69 91.78 91.67 91.75
Etano 4.33 4.36 4.29 4.24 4.27
Propano 1.50 1.51 1.46 1.43 1.48
i-Butano 0.34 0.34 0.33 0.34 0.34
n-Butano 0.46 0.46 0.46 0.45 0.45
i-Pentano 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16
n-Pentano 0.13 0.13 0.13 0.28 0.13
n-Hexano 0.28 0.25 0.25 0.23 0.28
NitrÄgeno 1.02 1.00 1.03 1.12 1.04
CO2 0.12 0.12 0.12 0.11 0.12
Agua 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Dew Point [èC] -11.00 -12.00 -12.00 -13.00 -11.00
Tabla 26.- Composiciones del gas de entrada para las situaciones analizadas
A continuaciÄn se presentan los resultados obtenidos. Se denomina URG a la Unidad
Regeneradora de Glicol. Se enlistan los datos de cromatografÑa y punto de rocÑo del gas residual,
temperatura de regeneraciÄn de glicol y porcentaje de pureza del glicol que ingresa al sistema
de regeneraciÄn. Para el flujo de propano necesario y la producciÄn de gasolina, se especifica si
el valor obtenido estÖ dentro del rango aceptable ya definido.
24/07/07 Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
Metano 92.11 92.00 0.1
Etano 4.30 4.45 3.4
Propano 1.44 1.43 0.7
i-Butano 0.31 0.30 3.3
n-Butano 0.40 0.39 2.6
i-Pentano 0.12 0.11 9.1
n-Pentano 0.09 0.08 12
n-Hexano 0.11 0.07 57
NitrÄgeno 1.03 1.05 1.9
CO2 0.10 0.13 23
ERROR GLOBAL [%] 0.4
Dew Point Salida[èC] -21.24 -26.0 18.3
Temperatura URG [èF] 237.6 242 1.8
Glicol a URG[%] 69.7 68.4 1.9
Gasolinas [m 3 /d] 43.27 Aceptable
Flujo de propano [MCSD] 148 Aceptable
Tabla 27.- SimulaciÄn de Planta Cullen del dÑa 24/07/07

69
25/07/07 Valor HYSYS Valor real
Diferencia
[%]
Metano 92.12 91.98 0.2
Etano 4.33 4.45 2.7
Propano 1.45 1.44 0.7
i-Butano 0.31 0.30 3.3
n-Butano 0.40 0.40 0.0
i-Pentano 0.12 0.12 0.0
n-Pentano 0.09 0.09 0.0
n-Hexano 0.10 0.07 43
NitrÄgeno 1.01 1.05 3.8
CO2 0.10 0.13 23
ERROR GLOBAL [%] 0.38
Dew Point Salida[èC] -23.1 -24.5 1.6
Temperatura URG [èF] 241.0 242 0.4
Glicol a URG[%] 72.5 68.8 4.4
Gasolinas [m 3 /d] 41.12 Aceptable
Flujo de propano [MCSD] 149.3 Aceptable
Tabla 28.- SimulaciÄn de Planta Cullen del dÑa 25/07/07
26/07/07 Valor HYSYS Valor real
Diferencia
[%]
Metano 92.17 92.12 0
Etano 4.26 4.39 2.9
Propano 1.40 1.38 2.2
i-Butano 0.30 0.29 4.4
n-Butano 0.40 0.38 7.1
i-Pentano 0.12 0.10 22
n-Pentano 0.09 0.07 30
n-Hexano 0.10 0.06 84
NitrÄgeno 1.04 1.09 5
CO2 0.12 0.13 7.7
ERROR GLOBAL [%] 0.35
Dew Point Salida[èC] -22.31 -23.50 5.1
Temperatura URG [èF] 238.20 242 1.6
Glicol a URG[%] 70.4 68.90 5
Gasolinas [m 3 /d] 39.27 Aceptable
Flujo de propano [MCSD] 148 Aceptable
Tabla 29.- SimulaciÄn de Planta Cullen del dÑa 26/07/07

70
27/07/07 Valor HYSYS Valor real
Diferencia
[%]
Metano 92.10 92.03 0.1
Etano 4.21 4.40 4.3
Propano 1.37 1.36 0.7
i-Butano 0.31 0.30 3.3
n-Butano 0.39 0.38 2.6
i-Pentano 0.12 0.11 9.1
n-Pentano 0.18 0.08 125
n-Hexano 0.09 0.11 18
NitrÄgeno 1.13 1.13 0.0
CO2 0.11 0.12 8.3
ERROR GLOBAL [%] 0.4
Dew Point Salida[èC] -20.89 -27.5 24
Temperatura URG [èF] 239.7 242 1.0
Glicol a URG[%] 71.66 68.80 4.2
Gasolinas [m 3 /d] 45.27 Aceptable
Flujo de propano [MCSD] 146.7 Aceptable
Tabla 30.- SimulaciÄn de Planta Cullen del dÑa 27/07/07
28/07/07 Valor HYSYS Valor real
Diferencia
[%]
Metano 92.14 92.03 0.1
Etano 4.24 4.40 3.6
Propano 1.42 1.40 1.4
i-Butano 0.31 0.30 3.3
n-Butano 0.39 0.39 0.0
i-Pentano 0.12 0.12 0.0
n-Pentano 0.09 0.08 12
n-Hexano 0.12 0.09 33
NitrÄgeno 1.05 1.09 3.7
CO2 0.12 0.13 7.7
ERROR GLOBAL [%] 0.4
Dew Point Salida[èC] -21.1 -26.0 18.8
Temperatura URG [èF] 233.2 242 3.6
Glicol a URG[%] 65.6 66.00 0.6
Gasolinas [m 3 /d] 40.9 Aceptable
Flujo de propano [MCSD] 146.7 Aceptable
Tabla 31.- SimulaciÄn de Planta Cullen del dÑa 28/07/07

71
3.5.2 VALIDACIÅN DE PLANTA POSESIÅN
Durante el proceso de recolecciÄn de datos las condiciones operativas de planta se
mantuvieron sumamente estables, para las variables que interesan en la simulaciÄn. Esto
significa que las siguientes variables, para todos los casos estudiados, se especificarÖn al valor
que se presenta a continuaciÄn:
Corriente o equipo Variable Valor especificado
Temperatura [èC] 13
Gas de entrada PresiÄn [kg/cm 2 ] 70
Flujo estÖndar de gas [MMMCSD] 7.0
Expansor 1
PresiÄn de descarga [kg/cm 2 ] 41.5
Flujo que pasa por vÖlvula JT [%] 10
Expansor 2
PresiÄn de descarga [kg/cm 2 ] 26.5
Flujo que pasa por vÖlvula JT [%] 1
Separador V-21 Temperatura [èC] -73
Columna V-5
Reflujo de tope [m 3 /d] 1,000
Flujo P-3 (A horno) [m 3 /d] 1,280
Tabla 32.- Valores estables de operaciÄn de Planta PosesiÄn
La çnica variable que se modificarÖ en cada validaciÄn es la cromatografÑa del gas de
entrada a planta, y se ingresarÖ la fracciÄn de etano en Raw Product reportada por Laboratorio
como especificaciÄn para la columna V-5. Los valores reportados por Laboratorio son:
Fecha 31-ago 01-sep 04-sep 05-sep
Metano 91.23 91.2 91.44 90.58
Etano 5.33 5.24 5.04 6.00
Propano 1.07 1.15 1.12 1.06
i-Butano 0.24 0.26 0.24 0.25
n-Butano 0.31 0.35 0.31 0.33
i-Pentano 0.12 0.12 0.12 0.12
n-Pentano 0.09 0.09 0.09 0.09
n-Hexano 0.20 0.22 0.17 0.18
NitrÄgeno 1.21 1.16 1.25 1.20
CO2 0.20 0.21 0.22 0.19
Tabla 33.- InformaciÄn de laboratorio para la simulaciÄn de Planta PosesiÄn
Y los resultados obtenidos son:

72
Corriente o equipo Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia
[%]
Separador V-1 PresiÄn [kg/cm 2 ] 63.9 68.7 7.0
PresiÄn Entrada [kg/cm 2 ] 63.9 62.5 2.2
Expansor Ex-1 PresiÄn Entrada C-2 [kg/cm 2 ] 29.7 26.7 11.3
PresiÄn Salida C-2 [kg/cm 2 ] 34.1 30.3 12.6
Expansor Ex-2
PresiÄn Entrada [kg/cm 2 ] 41.5 40.0 3.8
PresiÄn Entrada C-1 [kg/cm 2 ] 26.0 23.4 11.1
Entrada V-5 Temperatura [èC] -55.0 -55.0 0.0
Fondo de la torre Temperatura [èC] 106.9 108.7 1.7
Reflujo de fondo Temperatura [èC] 111.6 115.8 3.6
Vapores de tope Temperatura [èC] -36.9 -42.0 12.1
Reflujo de tope Temperatura [èC] -48.2 -52.3 7.9
Gas residual Flujo [MMMCSD] 1.0 1.0 0.0
Raw Product Flujo [m 3 /d] 585.8 580.0 1.0
Tabla 34.- SimulaciÄn de Planta PosesiÄn dÑa 31/07/07
ComposiciÄn
Componente Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
(%mol)
Metano 75.91 81.28 6.6
Etano 23.30 17.82 30.8
Gases de V-4 NitrÄgeno 0.29 0.23 25.1
DiÄxido de carbono 0.50 0.68 27.2
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 11.1
Metano 96.14 96.40 0.3
Etano 2.26 2.27 0.6
Gases de V-3
Propano 0.05 0.08 39.8
NitrÄgeno 1.40 0.99 41.6
DiÄxido de carbono 0.15 0.28 45.4
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 0.8
Etano 1.42 1.42 0.0
Propano 51.05 49.68 2.8
i-Butano 11.86 12.48 5.0
Raw Product
n-Butano 15.35 16.85 8.9
i-Pentano 5.95 6.13 3.0
n-Pentano 4.46 4.21 6.0
n-Hexano 9.91 9.23 7.4
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 4.6
Metano 93.03 93.41 0.4
Etano 5.45 5.26 3.7
Gas Residual
Propano 0.04 0.06 30.6
NitrÄgeno 1.27 0.89 42.4
DiÄxido de carbono 0.20 0.38 46.2
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 1.1
Tabla 35.- CromatografÑa obtenida para la simulaciÄn de Planta PosesiÄn dÑa 31/07/07

73
Corriente o equipo Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia
[%]
Separador V-1 PresiÄn [kg/cm 2 ] 63.9 69.9 8.6
PresiÄn Entrada [kg/cm 2 ] 63.9 59.0 8.3
Expansor Ex-1 PresiÄn Entrada C-2 [kg/cm 2 ] 29.7 26.9 10.5
PresiÄn Salida C-2 [kg/cm 2 ] 34.1 31.3 9.0
Expansor Ex-2
PresiÄn Entrada [kg/cm 2 ] 41.5 40.0 3.8
PresiÄn Entrada C-1 [kg/cm 2 ] 26.0 23.3 11.5
Entrada V-5 Temperatura [èC] -53.0 -53.5 0.9
Fondo de la torre Temperatura [èC] 107.0 109.8 2.5
Reflujo de fondo Temperatura [èC] 111.7 115.7 3.4
Vapores de tope Temperatura [èC] -37.2 -38.0 2.1
Reflujo de tope Temperatura [èC] -48.6 -50.2 3.2
Gas residual Flujo [MMMCSD] 1.0 1.0 0
Raw Product Flujo [m 3 /d] 631.4 573.0 10.2
Tabla 36.- SimulaciÄn de Planta PosesiÄn dÑa 01/08/07
ComposiciÄn
Componente Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
(%mol)
Metano 79.45 79.45 79.45
Etano 19.50 19.50 19.50
Gases de V-4 NitrÄgeno 0.41 0.41 0.41
DiÄxido de carbono 0.65 0.65 0.65
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 7.0
Metano 96.24 96.22 0.0
Etano 2.21 2.42 8.9
Gases de V-3
Propano 0.05 0.09 43.7
NitrÄgeno 1.35 0.99 36.0
DiÄxido de carbono 0.16 0.28 42.8
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 0.7
Etano 1.30 1.30 0.0
Propano 50.94 51.24 0.6
i-Butano 11.92 12.46 4.4
Raw Product
n-Butano 16.08 17.22 6.6
i-Pentano 5.52 4.41 25.1
n-Pentano 4.14 4.20 1.5
n-Hexano 10.12 9.17 10.3
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 4.1
Metano 93.24 92.98 0.3
Etano 5.32 5.69 6.5
Gas Residual
Propano 0.04 0.07 40.9
NitrÄgeno 1.19 0.88 34.7
DiÄxido de carbono 0.21 0.38 43.6
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 1.1
Tabla 37.- CromatografÑa obtenida para la simulaciÄn de Planta PosesiÄn dÑa 01/08/07

74
Corriente o equipo Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia
[%]
Separador V-1 PresiÄn [kg/cm 2 ] 63.9 70.2 9.0
PresiÄn Entrada [kg/cm 2 ] 63.9 63.7 0.3
Expansor Ex-1 PresiÄn Entrada C-2 [kg/cm 2 ] 29.7 27.0 10.1
PresiÄn Salida C-2 [kg/cm 2 ] 34.0 31.0 9.6
Expansor Ex-2
PresiÄn Entrada [kg/cm 2 ] 41.5 39.9 4.0
PresiÄn Entrada C-1 [kg/cm 2 ] 26.0 23.9 8.7
Entrada V-5 Temperatura [èC] -48.0 -48.0 0.0
Fondo de la torre Temperatura [èC] 105.1 111.5 5.7
Reflujo de fondo Temperatura [èC] 109.0 116.8 6.7
Vapores de tope Temperatura [èC] -37.3 -37.0 0.8
Reflujo de tope Temperatura [èC] -49.1 -49.5 0.9
Gas residual Flujo [MMMCSD] 1.0 1.1 9.1
Raw Product Flujo [m 3 /d] 585.3 575.0 1.8
Tabla 38.- SimulaciÄn de Planta PosesiÄn dÑa 04/08/07
ComposiciÄn
Componente Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
(%mol)
Metano 76.59 81.65 6.2
Etano 22.56 17.25 30.8
Gases de V-4 NitrÄgeno 0.29 0.25 17.9
DiÄxido de carbono 0.56 0.85 34.7
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 10.7
Metano 96.17 96.28 0.1
Etano 2.16 2.28 5.2
Gases de V-3
Propano 0.05 0.75 92.9
NitrÄgeno 1.44 1.03 40.0
DiÄxido de carbono 0.17 0.33 48.9
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 1.5
Etano 1.28 1.28 0.0
Propano 52.97 52.13 1.6
i-Butano 11.78 12.15 3.1
Raw Product
n-Butano 15.25 16.36 6.8
i-Pentano 5.91 5.60 5.5
n-Pentano 4.43 3.97 11.7
n-Hexano 8.37 8.51 1.6
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 3.2
Metano 93.35 93.28 0.1
Etano 5.11 5.28 3.3
Gas Residual
Propano 0.05 0.06 24.0
NitrÄgeno 1.28 0.92 38.7
DiÄxido de carbono 0.22 0.46 51.2
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 0.8
Tabla 39.- CromatografÑa obtenida para la simulaciÄn de Planta PosesiÄn dÑa 04/08/07

75
Corriente o equipo Variable Valor HYSYS Valor real Diferencia
[%]
Separador V-1 PresiÄn [kg/cm 2 ] 63.9 69.8 8.5
PresiÄn Entrada [kg/cm 2 ] 63.9 63.3 0.9
Expansor Ex-1 PresiÄn Entrada C-2 [kg/cm 2 ] 29.8 27.1 9.9
PresiÄn Salida C-2 [kg/cm 2 ] 33.9 31.0 9.3
Expansor Ex-2
PresiÄn Entrada [kg/cm 2 ] 41.5 39.2 5.9
PresiÄn Entrada C-1 [kg/cm 2 ] 26.0 24.1 7.8
Entrada V-5 Temperatura [èC] -48.0 -48.0 0.0
Fondo de la torre Temperatura [èC] 108.0 110.2 2.0
Reflujo de fondo Temperatura [èC] 112.0 97.0 15.5
Vapores de tope Temperatura [èC] -37.2 -36.2 2.7
Reflujo de tope Temperatura [èC] -47.2 -49.5 4.7
Gas residual Flujo [MMMCSD] 1.0 1.3 30.0
Raw Product Flujo [m 3 /d] 581.3 581.0 0.0
Tabla 40.- SimulaciÄn de Planta PosesiÄn dÑa 05/08/07
ComposiciÄn
Componente Valor HYSYS Valor real Diferencia [%]
(%mol)
Metano 75.10 83.69 10.3
Etano 24.16 15.43 56.5
Gases de V-4 NitrÄgeno 0.29 0.25 16.5
DiÄxido de carbono 0.45 0.65 31.0
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 17
Metano 96.05 96.51 0.5
Etano 2.35 2.10 11.8
Gases de V-3
Propano 0.04 0.07 40.4
NitrÄgeno 1.42 1.06 33.9
DiÄxido de carbono 0.14 0.27 47.9
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 1.2
Etano 0.48 0.48 0.0
Propano 51.18 50.64 1.1
i-Butano 12.44 12.69 2.0
Raw Product
n-Butano 16.45 17.16 4.2
i-Pentano 5.99 5.85 2.3
n-Pentano 4.49 4.19 7.2
n-Hexano 8.98 8.99 0.1
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 1.9
Metano 92.44 93.68 1.3
Etano 6.11 4.98 22.7
Gas Residual
Propano 0.03 0.05 30.7
NitrÄgeno 1.23 0.91 34.7
DiÄxido de carbono 0.19 0.38 49.1
ERROR GLOBAL RESULTANTE [%] 2.9
Tabla 41.- CromatografÑa obtenida para la simulaciÄn de Planta PosesiÄn dÑa 05/08/07

76
3.6 ANÉLISIS Y DISCUSIÅN DE RESULTADOS
Considerando los resultados expuestos en la secciÄn anterior se pueden analizar los
resultados que entregan las diferentes simulaciones HYSYS realizadas para los procesos de ENAP
Magallanes.
Con respecto a las simulaciones referidas a los compresores recÑprocos HRA-2, HRA-5 y
TLA-3 se puede comprobar que los resultados entregados por las simulaciones resultan
satisfactorios para la precisiÄn que se requiere de una estimaciÄn computacional, las diferencias
en la mayorÑa de las variables estudiadas no superan el 5% del valor real, lo cual se considera
aceptable.
Para la simulaciÄn del compresor centrÑfugo TC-10, se han ingresado las curvas de
diseÜo y para la primera etapa de compresiÄn se ha aÜadido el punto de operaciÄn definido por
las condiciones que garantiza el fabricante, debido a que durante el proceso de creaciÄn de la
simulaciÄn se observaban oscilaciones apreciables y no se observaban los mismos resultados al
variar las condiciones de entrada y volver al caso inicial, lo cual se debe al poco rango de
eficiencias en que se presentan las curvas. Sin embargo la segunda etapa de compresiÄn sÄlo
considera las curvas de diseÜo, y representa eficazmente la eficiencia de operaciÄn que
garantiza el fabricante. Este factor, sumado a que el resto de variables consideradas no difieren
del valor real en mÖs de un 2%, hace concluir que la simulaciÄn representa perfectamente la
situaciÄn garantizada, y que de instalarse dicho equipo e ingresar datos reales a la simulaciÄn, se
obtendrÖn similitudes satisfactorias.
Para la simulaciÄn de Planta Cullen, considerando el proceso de validaciÄn realizado
para cinco dÑas de operaciÄn de planta, se puede concluir que el valor obtenido para las
gasolinas producidas y el flujo de propano necesario para cumplir los requerimientos se
encuentran dentro de los valores esperados, si bien es necesario un flujo de propano
relativamente mÖs bajo que el valor real.

77
El valor para el punto de rocÑo es mÖs alto que el reportado por laboratorio. Esto
sucede debido a la imposibilidad de simular la interacciÄn de glicol y agua con las
termodinÖmicas disponibles en el software.
Con respecto a la cromatografÑa del gas de salida, el error global no supera el 1%, y
considerando la variabilidad de los valores reales se puede concluir que los resultados son
representativos dentro del rango de precisiÄn necesario. Por otra parte sÄlo se realizan dos
muestreos diarios, y las variaciones entre dichas medidas se equiparan a la variaciÄn entre el
dato real y la estimaciÄn que entrega HYSYS. De haber algçn sistema de cromatografÑa en lÑnea
se podrÑa haber depurado mÖs los resultados obtenidos en este punto, pero los valores
referenciales ya presentan discrepancias y por lo tanto se considera cumplido el objetivo.
Para la secciÄn de regeneraciÄn de etilenglicol es donde se observan las mayores
discrepancias. Interfiere directamente en la predicciÄn del punto de rocÑo de salida, entregando
un valor mÖs alto del real. Esto sucede fundamentalmente ya que se utilizÄ el paquete
termodinÖmico de Peng-Robinson, y serÑa preferible un modelo de actividad para simular la
interacciÄn entre el glicol y el agua. Sin embargo la importancia de simular la condensaciÄn de
los hidrocarburos impide cambiar de termodinÖmica, pues se ha podido comprobar que Peng-
Robinson entrega muy buenos resultados para simular gas natural. Los fabricantes de HYSYS
estÖn en conocimiento de las falencias de simular glicol, agua y gas natural, y han presentado un
paquete de actualizaciÄn especÑfico para simular dichas situaciones. Lamentablemente dicha
actualizaciÄn se puede implementar en versiones HYSYS 2004 o superiores, y ya se ha dicho que
ENAP posee licencia sÄlo para la versiÄn 3.2 en estado estacionario, que es anterior a la versiÄn
2004. En la imposibilidad de mejorar este aspecto de la simulaciÄn, se debe considerar esta
falencia como un error propio del programa y no del modelo propuesto.
Para la simulaciÄn de Planta PosesiÄn los resultados obtenidos en la simulaciÄn son
aceptables. Las discrepancias se encuentran bÖsicamente en las presiones de los compresores
C-1 y C-2, pero debido a que no se posee informaciÄn de diseÜo referente a estos compresores
(son necesarias las curvas, principalmente), el çnico parÖmetro disponible de modificar es la
eficiencia adiabÖtica, pero esta variable en un compresor genárico sÄlo actça sobre la

78
temperatura de descarga, y por lo tanto no se pueden ajustar mÖs los valores de presiÄn
obtenidos.
Si bien el error global al simular la corriente de tope de la columna (Gases de V-4, en las
tablas) es aproximadamente un 10%, la relevancia de dicha corriente no es fundamental a la
hora de juzgar el comportamiento de la simulaciÄn, pues interactça con pocos equipos. Con
respecto a flujos y temperatura, en general el comportamiento es satisfactorio. Considerando
que se han simulado casos en que la composiciÄn de etano de la corriente de Raw Product varÑa
entre 0.4% y 1.8%, y no se ha debido modificar las especificaciones de la columna ni la
estructura del modelo para obtener resultados adecuados, se concluye que la simulaciÄn de la
columna V-5 y equipos asociados resulta satisfactoria.
La simulaciÄn general de Planta PosesiÄn es coherente con lo observado en terreno, y
resulta satisfactoria dentro del rango de precisiÄn esperado.
En resumen, las simulaciones de los procesos de ENAP Magallanes en HYSYS que se han
desarrollado en el presente trabajo de titulaciÄn cumplen el objetivo de dar una buena
aproximaciÄn a la situaciÄn real, y permitirÖn al operador obtener una estimaciÄn del efecto que
producirÑa realizar algçn cambio en las condiciones de proceso.

CAPÄTULO IV
CONCLUSIONES

80
IV - CONCLUSIONES
situaciones:
Considerando lo expuesto en el presente trabajo se pueden concluir las siguientes
Se ha logrado implementar simulaciones HYSYS de los procesos productivos diarios de
ENAP Magallanes. Los resultados que entregan estas simulaciones se han contrastado con los
valores reales de operaciÄn y se ha concluido que dichas simulaciones son efectivamente
representativas de las situaciones que se desea modelar, y por lo tanto servirÖn para obtener
una estimaciÄn inicial bastante certera de los efectos que sucederÑan si se modifica algçn set
point o cambian las condiciones de operaciÄn de planta.
En lo referido a las simulaciones de los compresores, se concluye que HYSYS provee
muy buenos resultados para las variables mÖs importantes en estos equipos (flujos
comprimidos, velocidades de rotaciÄn, temperaturas de descarga, etc.) y se puede adaptar a
diversas configuraciones de compresiÄn (de una o mÖs etapas, recÑprocos, centrÑfugos, etc.), lo
que permite simular diferentes situaciones mediante una misma metodologÑa.
Para la simulaciÄn de Planta Cullen se obtienen resultados coherentes y precisos para
el proceso desarrollado. La predicciÄn de cromatografÑa del gas residual es adecuada para
obtener estimaciones rÖpidas de la situaciÄn actual.
Con respecto a la imposibilidad de representar de manera mÖs fiel el proceso de
regeneraciÄn de etilenglicol, se plantea la opciÄn de actualizar el software a la versiÄn HYSYS
2004, que presenta una actualizaciÄn especÑfica para dichas situaciones. De todas formas, dicha
parte del proceso global de Planta Cullen es sumamente estable en planta, no presenta mayores
complejidades de operaciÄn y se deberÑa evaluar apropiadamente quá beneficios reportarÑa el
poder simular adecuadamente dicho sistema.
Para Planta PosesiÄn se presenta una simulaciÄn que entrega resultados confiables, y
las especificaciones elegidas para la columna V-5 generan que sea estable frente a cambios en

81
las condiciones de entrada a planta. De todas formas las temperaturas que entrega la
simulaciÄn presentan ciertas diferencias, esto debido a que el rango de trabajo de la columna V-
5 es bastante amplio (entre -50 y 120 èC) y teÄricamente difÑcil de simular.
Los compresores y expansores de Planta PosesiÄn, debido a la ausencia de curvas de
diseÜo, se han simulado como equipos genáricos, y esto provoca una diferencia en las presiones
que entrega HYSYS de hasta un 10% comparado con el valor real. Sin embargo para los efectos
que se requiere analizar (se hace ánfasis en la predicciÄn de la corriente de Raw Product), la
presiÄn del gas en los compresores no es un factor relevante. Una mejor precisiÄn (asociada a
ingresar las curvas de operaciÄn) no afectarÖ mayormente la simulaciÄn global. En caso de
querer investigar especÑficamente la secciÄn de expansores y compresores de Planta PosesiÄn sÑ
es fundamental el ingreso de las curvas de operaciÄn y, como se ha visto por la simulaciÄn del
compresor centrÑfugo TC-10, los resultados son adecuados y sumamente certeros.
En el proceso de desarrollo de este trabajo se ha confeccionado el ÅManual para
simular procesos productivos de ENAP Magallanes en HYSYSÉ, documento que entrega la
informaciÄn completa y detallada del proceso de creaciÄn de las simulaciones que se han
analizado en el presente informe y otras. AdemÖs, de una forma clara y metodolÄgica, el manual
entrega los conocimientos necesarios para que el usuario pueda recrear estas simulaciones y
analizar los resultados, o generar el caso especÑfico que sea de su interás.
Este manual permitirÖ difundir el uso de HYSYS entre los profesionales de ENAP
Magallanes, y servirÖ tambián de material de estudio para los cursos relacionados con
simulaciones del Departamento de QuÑmica de la UMAG.
Se puede concluir que se han cumplido a cabalidad los objetivos planteados en el
trabajo de titulaciÄn.

CAPÄTULO V
BIBLIOGRAFÄA

83
V - BIBLIOGRAFÄA
5.1 FUENTES CONSULTADAS
[1.] N. Clement, P. Smith, ÅHYSYS 3.2 USER GUIDEÉ, Hyprotech, a subsidiary of
Aspen Technology Inc., 2003.
[2.] R. Russell, ÅA FLEXIBLE AND RELIABLE METHOD SOLVES SINGLE-TOWER AND
CRUDE-DISTILLATION-COLUMN PROBLEMSÉ, CHEMICAL ENGINEERING, Octubre
1983, p. 53-59.
[3.] E. Tarifa, ÅSIMULACIâN DE SISTEMAS QUàMICOSÉ, VersiÄn en PDF obtenido
desde el sitio web http://www.modeladoeningenieria.edu.ar.
[4.] R. Treyball, OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA, 2è Ed., Editorial Mc-
Graw Hill, Mexico, 1980.
5.2 INTERNET Ñ SITIOS CONSULTADOS
[1.] http://support.aspentech.com
[2.] http://www.hyprotech.com
[3.] http://www.enap.cl
[4.] http://www.modeladoeningenieria.edu.ar/index.htm

ANEXOS

85
ASPECTO GRÖFICO DE LAS SIMULACIONES
En las siguientes pÖginas se presentan las capturas de pantalla de las simulaciones
analizadas en el presente trabajo.
Corresponden a:
Ä SimulaciÄn Compresor recÑproco HRA-5.
Ä SimulaciÄn Compresor recÑproco HRA-2.
Ä SimulaciÄn Compresor recÑproco TLA-3.
Ä SimulaciÄn Compresor centrÑfugo TC-10.
Ä SimulaciÄn Turbina del tren SULZER.
Ä SimulaciÄn de Planta Cullen.
Ä SimulaciÄn de Planta PosesiÄn.

SimulaciÉn Compresor recáproco HRA-5
86

SimulaciÉn Compresor recáproco HRA-2
87

SimulaciÉn Compresor recáproco TLA-3
88

SimulaciÉn Compresor centráfugo TC-10
89

SimulaciÉn Turbina Tren Sulzer
90

SimulaciÉn Planta Cullen
91

SimulaciÉn Planta PosesiÉn
92

93
INFORMACIÇN DE COMPRESORES
Se presentan los informes de mantenimiento predictivo para los compresores
recÑprocos analizados, y las curvas de diseÜo del compresor TC-10.
Compresor HRA-2

Compresor HRA-5
94

Compresor TLA-3
95

Curvas compresor TC-10 - Etapa 1
96

Curvas compresor TC-10 - Etapa 2
97

Curvas compresor TC-10 - Potencia
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