“SIMULACIÓN DE INTERCAMBIADORES DE CALOR, DISEÑO DE · PDF fileSe utilizó el programa Aspen Capital Cost Estimator para estimar el costo de equipos y el costo de la inversión

UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

“SIMULACIÓN DE INTERCAMBIADORES

DE CALOR, DISEÑO DE REDES DE

INTERCAMBIO CALÓRICO

Y ESTIMACIÓN DE COSTOS USANDO

ASPEN”

EDUARDO ANTONIO SILVA ALVARADO

2012

UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

“SIMULACIÓN DE INTERCAMBIADORES

DE CALOR, DISEÑO DE REDES DE

INTERCAMBIO CALÓRICO

Y ESTIMACIÓN DE COSTOS USANDO

ASPEN”

Trabajo de titulación presentado

en conformidad a los requisitos

para obtener el título de

Ingeniero Civil Químico

Profesor Guía: Sr. Lorenzo Lazaneo Cerda

EDUARDO ANTONIO SILVA ALVARADO

2012

i

RESUMEN

En el presente Trabajo de Título denominado, “SIMULACIÓN DE

INTERCAMBIADORES DE CALOR, DISEÑO DE REDES DE INTERCAMBIO

CALÓRICO Y ESTIMACIÓN DE COSTOS USANDO ASPEN”, se han utilizado las

herramientas del programa para realizar estimaciones económicas de un proceso,

diseñar redes de intercambio calórico y simular un intercambiador de calor.

Se utilizó el programa Aspen Capital Cost Estimator para estimar el costo

de equipos y el costo de la inversión de capital fijo de un proceso de obtención de

gas natural licuado, simulado en Aspen HYSYS. Los costos entregados por Aspen

Capital Cost Estimator se compararon con los resultados obtenidos a través de

ecuaciones y métodos bibliográficos para la estimación de la inversión de capital

fijo.

Se crearon tres diseños de redes de intercambiadores de calor para un

proceso simple, utilizando las herramientas del Aspen Energy Analyzer. Se

analizaron los diseños creados para luego elegir el más económico. Los valores

objetivo entregados por el programa se compararon con los obtenidos a través de

la resolución de la tabla problema y cascada.

Con el programa Aspen Exchanger Design & Rating, se realizó la

simulación de un intercambiador de calor perteneciente a la empresa Methanex

cuyos datos de dimensionamientos fueron extraídos desde la tesis denominada

“Simulación Estacionaria Usando Aspen Plus” realizada por María Daniela

Bañados García. Las temperaturas de salida del intercambiador se compararon,

para siete paquetes termodinámicos, con las del programa Aspen HYSYS.

ii

Además se creó un manual para cada programa estudiado, para ser

utilizados por los alumnos de las asignaturas de diseño de procesos y diseño de

proyectos, cuyo resumen se puede revisar en este documento.

iii

ÍNDICE

RESUMEN .............................................................................................................................................................. I

ÍNDICE ................................................................................................................................................................ III

ILUSTRACIONES Y TABLAS ......................................................................................................................... VI

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................. X

I - ANTECEDENTES GENERALES .................................................................................................................. 2

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA............................................................................................ 2

1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 2

1.2.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................... 2

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................ 2

II - ANTECEDENTES TEÓRICOS .................................................................................................................... 5

2.1 ESTIMACIÓN DE COSTOS .......................................................................................................... 5

2.1.1 INVERSIÓN DE CAPITAL. ................................................................................................ 6

2.1.2 INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO. ......................................................................................... 6

2.1.3 CAPITAL DE TRABAJO. ................................................................................................... 7

2.1.4 MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA INVERSIÓN DE CAPITAL. .......................................... 8

2.2 ASPEN CAPITAL COST ESTIMATOR ......................................................................................... 10

2.2.1 EVALUACIÓN ECONÓMICA. ......................................................................................... 13

2.2.2 ANÁLISIS DE DECISIONES. ............................................................................................ 19

2.2.3 RESULTADOS GENERADOS POR ASPEN CAPITAL COST ESTIMATOR. ........................... 22

2.3 ASPEN ENERGY ANALYZER ...................................................................................................... 24

2.3.1 SIGNIFICADO DEL TÉRMINO “TECNOLOGÍA PINCH”. ................................................... 24

2.3.2 PRINCIPIOS DEL ANÁLISIS PINCH. ................................................................................ 24

2.3.3 OBJETIVOS DEL ANÁLISIS PINCH. ................................................................................. 25

2.3.4 CONCEPTOS CLAVE DEL ANÁLISIS PINCH. .................................................................... 25

2.3.5 HERRAMIENTAS DE RESOLUCIÓN DE ASPEN ENERGY ANALYZER. .............................. 26

2.3.6 VENTAJAS DEL ASPEN ENERGY ANALYZER. ................................................................. 28

2.4 ASPEN EXCHANGER DESIGN & RATING .................................................................................. 29

2.4.1 TECNOLOGÍA HTFS Y B-JAC. ......................................................................................... 29

2.4.2 TIPOS DE CÁLCULO QUE REALIZA ASPEN ED&R. ......................................................... 30

iv

III - RESUMEN DE LOS MANUALES ............................................................................................................ 33

3.1 ASPEN CAPITAL COST ESTIMATOR ......................................................................................... 33

3.1.1 INTERFAZ DE ICARUS. .................................................................................................. 33

3.1.2 MENSAJES DE ADVERTENCIA Y ERROR EN ASPEN CCE. ............................................... 34

3.1.3 SOLUCIÓN DE ERRORES. .............................................................................................. 35

3.1.4 MODIFICAR UN SERVICIO AUXILIAR. ........................................................................... 36

3.1.5 DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS. ............................................................................ 37

3.1.6 DEFINICIÓN DE LAS BASES DEL PROYECTO. ................................................................. 38

3.1.7 CAMBIO EN LA CAPACIDAD DE LA PLANTA. ................................................................ 41

3.1.8 DESARROLLO ECONÓMICO, DETALLADO, DE UN PROCESO. ....................................... 42

3.1.9 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE UN PROYECTO. ........................................................... 43

3.1.10 RESULTADOS GENERADOS POR ASPEN CCE. ............................................................... 44

3.2 ASPEN ENERGY ANALYZER ...................................................................................................... 49

3.2.1 INTERFAZ DE ASPEN ENERGY ANALYZER. .................................................................... 49

3.2.2 HERRAMIENTAS DE DISEÑO. ....................................................................................... 50

3.2.3 INGRESO DE DATOS. .................................................................................................... 51

3.2.4 AGREGAR UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. .............................................................. 51

3.2.5 DISEÑAR UNA RED DE INTERCAMBIADORES DE CALOR. ............................................. 53

3.2.6 ESPECIFICAR LA INFORMACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR........................ 56

3.2.7 OPTIMIZAR LA RED DE INTERCAMBIADORES DE CALOR. ............................................ 57

3.2.8 RESULTADOS ENTREGADOS POR LAS HERRAMIENTAS DE DISEÑO. ............................ 58

3.2.9 AGREGAR UN DISEÑO. ................................................................................................ 59

3.2.10 DISEÑOS RECOMENDADOS POR ASPEN ENERGY ANALYZER. ...................................... 60

3.2.11 MODO DE RETROFIT. ................................................................................................... 62

3.2.12 APLICACIÓN AUTOMÁTICA DE LAS OPCIONES DEL MODO RETROFIT. ........................ 63

3.2.13 EXTRACCIÓN DE DATOS DESDE UNA SIMULACIÓN ASPEN HYSYS Ó ASPEN PLUS. ...... 65

3.3 ASPEN EXCHANGER DESIGN & RATING .................................................................................. 67

3.3.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA. ...................................................................................... 67

3.3.2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS. .................................................................................. 68

3.3.3 GEOMETRÍA DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR. ......................................................... 71

3.3.4 RESUMEN DE RESULTADOS. ........................................................................................ 72

3.3.5 RESUMEN MECÁNICO. ................................................................................................ 74

IV - PARTE EXPERIMENTAL MODELACIONES Y RESULTADOS ....................................................... 77

4.1 ESQUEMA DE DESARROLLO .................................................................................................... 77

4.2 DATOS Y RESULTADOS ............................................................................................................ 79

4.2.1 MODIFICACIONES DE LA SIMULACIÓN LNG PLANT. .................................................... 79

4.2.2 DATOS DE LA SIMULACIÓN LNG PLANT....................................................................... 84

4.2.3 ASPEN CAPITAL COST ESTIMATOR............................................................................... 86

v

4.2.4 ASPEN ENERGY ANALYZER. ....................................................................................... 101

4.2.5 ASPEN EXCHANGER DESIGN & RATING. .................................................................... 117

4.3 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS .............................................................................. 125

V - CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 129

VI - BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................... 132

6.1 FUENTES CONSULTADAS ...................................................................................................... 132

6.2 INTERNET – SITIOS CONSULTADOS ...................................................................................... 132

ANEXOS ........................................................................................................................................................... 133

A - FÓRMULAS PARA LA ESTIMACIÓN DE COSTOS DE EQUIPOS ................................................ 134

B - CHEMICAL ENGINEERING PLANT COST INDEX DE 1950 A 2010 .......................................... 136

C - COSTO DE LOS EQUIPOS DEL PROCESO ......................................................................................... 137

D - DETALLE ECONÓMICO DE LOS EQUIPOS DEL PROCESO ......................................................... 140

E - MÉTODOS BIBLIOGRÁFICOS PARA EL CÁLCULO DE LA INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO. 142

F - COSTO DE LA INVERSIÓN DEL CAPITAL FIJO ENTREGADO POR ASPEN CCE ................... 147

G - FLUJO DE CAJA DEL PROYECTO ........................................................................................................ 148

H - CALENDARIO DEL PROYECTO .......................................................................................................... 151

I - VIOLACIÓN DEL ∆TMIN EN EL DISEÑO N°2 ...................................................................................... 152

J - DISEÑOS RECOMENDADOS POR ASPEN ENERGY ANALYZER ................................................. 153

vi

ILUSTRACIONES Y TABLAS

ILUSTRACIÓN 1.- ESQUEMA DE LA INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO. ...................................................................... 7

ILUSTRACIÓN 2.- CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO. ..... 9

ILUSTRACIÓN 3.- PASOS EJECUTADOS POR ASPEN CAPITAL COST ESTIMATOR PARA LA EVALUACIÓN

ECONÓMICA DE UN PROCESO. ............................................................................................ 12

ILUSTRACIÓN 4.- MUESTRA EL PROCEDIMIENTO DE RESOLUCIÓN DEL ASPEN ENERGY ANALYZER. .............. 27

ILUSTRACIÓN 5.- MUESTRA LA INTERFAZ DE ICARUS. ..................................................................................... 33

ILUSTRACIÓN 6.- MUESTRA EL ERROR EN EL TANQUE DE ALMACENAMIENTO TK-100. ................................. 35

ILUSTRACIÓN 7.- FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO TK-100. ............. 35

ILUSTRACIÓN 8.- VENTANA DEVELOP UTILITY SPECIFICATIONS, AL MODIFICAR UN SERVICIO AUXILIAR. ..... 36

ILUSTRACIÓN 9.- DATOS DE OPERACIÓN DE UN SERVICIO AUXILIAR DE REFRIGERACIÓN (PROPANO). ......... 37

ILUSTRACIÓN 10.- DATOS DE DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE TK-100. .................................................... 38

ILUSTRACIÓN 11.- MUESTRA LAS OPCIONES DEL CAMPO INDEXING. ............................................................. 39

ILUSTRACIÓN 12.- MUESTRA LOS PARÁMETROS DE INVERSIÓN DEL PROYECTO. .......................................... 41

ILUSTRACIÓN 13.- CAMBIO EN LA CAPACIDAD DE LA PLANTA. ....................................................................... 41

ILUSTRACIÓN 14.- DESARROLLO ECONÓMICO DETALLADO DEL PROCESO. .................................................... 42

ILUSTRACIÓN 15.- ASPECTO DE LA VENTANA EVALUATE PROJECT. ................................................................ 43

ILUSTRACIÓN 16.- ASPECTO DE LA VENTANA SCAN MESSEGES. ..................................................................... 43

ILUSTRACIÓN 17.- ASPECTO DE LA VENTANA EVALUATE PROJECT – CAPITAL COST/SCHEDULE. ................... 44

ILUSTRACIÓN 18.- ASPECTO DE LA HOJA DE CÁLCULO EQUIPMENT. .............................................................. 45

ILUSTRACIÓN 19.- ASPECTO DE LA VENTANA SELECT REPORT TYPE TO VIEW. ............................................... 46

ILUSTRACIÓN 20.- VENTANA APSEN ICARUS REPORTER. SE IMPORTAN Y CARGAN LOS INFORMES DESDE

ASPEN CAPITAL COST ESTIMATOR. ................................................................................... 46

ILUSTRACIÓN 21.- VENTANA ASPEN ICARUS REPORTER, MUESTRA LOS TIPOS DE INFORMES....................... 46

ILUSTRACIÓN 22.- ASPECTO DE UN INFORME ESTÁNDAR. .............................................................................. 47

ILUSTRACIÓN 23.- VENTANA SELECT REPORT TYPE TO VIEW. ESTÁN SELECCIONADOS LOS INFORMES DE

EVALUACIÓN. .................................................................................................................... 48

ILUSTRACIÓN 24.- ASPECTO DE ICARUS EDITOR. ............................................................................................ 48

ILUSTRACIÓN 25.- ASPECTO DE LA INTERFAZ DE HI CASE. .............................................................................. 49

ILUSTRACIÓN 26.- ASPECTO DE LA INTERFAZ DE HI PROJECT. ........................................................................ 49

ILUSTRACIÓN 27.- PALETA DESIGN TOOLS, PARA CADA MODALIDAD DE TRABAJO DEL PROGRAMA ASPEN

ENERGY ANALYZER. ........................................................................................................... 50

ILUSTRACIÓN 28.- ASPECTO DE LA INTERFAZ DE HI CASE, CON LOS DATOS DEL PROCESO. ........................... 51

ILUSTRACIÓN 29.- MUESTRA EL BOTÓN CON EL CUAL SE AGREGAN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR. .. 52

ILUSTRACIÓN 30.- PROCEDIMIENTO GRÁFICO, PARA AGREGAR UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. .............. 52

ILUSTRACIÓN 31.- ASPECTO DEL DIAGRAMA DE RED. ..................................................................................... 53

ILUSTRACIÓN 32.- MUESTRA, EN EL DIAGRAMA DE RED, LA LÍNEA QUE MARCA LAS TEMPERATURAS DEL

PUNTO “PINCH”. ............................................................................................................... 54

vii

ILUSTRACIÓN 33.- ESPECIFICACIONES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR, PESTAÑA DATA. ...................... 56

ILUSTRACIÓN 34.- MUESTRA EL BOTÓN OPEN OPTIMIZATION VIEW, EN LA PALETA DE HERRAMIENTAS. .... 57

ILUSTRACIÓN 35.- ASPECTO DE LA VENTANA OPTIMIZATION OPTIONS. ........................................................ 57

ILUSTRACIÓN 36.- BOTONES DE LA PALETA DESIGN TOOLS, QUE ENTREGAN RESULTADOS DEL DISEÑO DE

UNA RIC. ............................................................................................................................ 58

ILUSTRACIÓN 37.- ASPECTO DE LA VENTANA NETWORK PERFORMANCE. ..................................................... 58

ILUSTRACIÓN 38.- MUESTRA EL BOTÓN ADD, EN EL PANEL VIEWER. ............................................................. 59

ILUSTRACIÓN 39.- ASPECTO DE LA VENTANA ADD DESIGN. ........................................................................... 59

ILUSTRACIÓN 40.- ASPECTO DEL PANEL VIEWER Y MAIN CUANDO SE AGREGA UN NUEVO DISEÑO. ............ 60

ILUSTRACIÓN 41.- MUESTRA LAS OPCIONES DISPONIBLES DEL MENÚ EMERGENTE DEL PANEL VIEWER. .... 60

ILUSTRACIÓN 42.- MUESTRA LA VENTANA RECOMMEND NEAR-OPTIMAL DESIGNS CON LOS NUEVOS

VALORES. .......................................................................................................................... 61

ILUSTRACIÓN 43.- MUESTRA LOS 5 DISEÑOS RECOMENDADOS POR ASPEN ENERGY ANALYZER. ................. 61

ILUSTRACIÓN 44.- VENTANA OPTIONS, AL INGRESAR AL MODO RETROFIT A TRAVÉS DE UN DISEÑO........... 62

ILUSTRACIÓN 45.- ASPECTO DE UN DISEÑO EN MODO RETROFIT. ................................................................. 62

ILUSTRACIÓN 46.- OPCIONES DEL MODO RETROFIT. ...................................................................................... 63

ILUSTRACIÓN 47.- ESCENARIO EN MODO RETROFIT. ...................................................................................... 63

ILUSTRACIÓN 48.- ASPECTO DE LA VENTANA RETROFIT SPECIFICATIONS. ..................................................... 64

ILUSTRACIÓN 49.- INDICA QUE SE APLICÓ, SATISFACTORIAMENTE, LA OPCIÓN MOVE BOTH END OF A HEAT

EXCHANGER. ..................................................................................................................... 64

ILUSTRACIÓN 50.- ASPECTO DEL DIAGRAMA DE RED LUEGO DE EJECUTAR LA OPCIÓN MOVE BOTH END OF A

HEAT EXCHANGER, EN MODO RETROFIT. ......................................................................... 65

ILUSTRACIÓN 51.- ASPECTO DE LA VENTANA EXTRACTION WIZARD, PÁGINA START. ................................... 66

ILUSTRACIÓN 52.- ASPECTO DE LA VENTANA EXTRACTION WIZARD, PÁGINA SELECT FILE. ........................... 66

ILUSTRACIÓN 53.- OPCIONES SELECCIONADAS EN EL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN APPLICATION

OPTIONS. ........................................................................................................................... 67

ILUSTRACIÓN 54.- FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN PROCESS DATA CON LOS DATOS DE OPERACIÓN

INGRESADOS. .................................................................................................................... 68

ILUSTRACIÓN 55.- MUESTRA LOS PAQUETE DE PROPIEDADES FÍSICAS DISPONIBLES. ................................... 69

ILUSTRACIÓN 56.- PROCEDIMIENTO GRÁFICO PARA AGREGAR UN COMPONENTE, DESDE LA VENTANA FIND

COMPOUNDS. ................................................................................................................... 69

ILUSTRACIÓN 57.- PESTAÑA COMPOSITION DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN HOT STREAM (1)

COMPOSITION. ................................................................................................................. 70

ILUSTRACIÓN 58.- PESTAÑA PROPERTY METHODS DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN PROPERTY

DATA. ................................................................................................................................ 70

ILUSTRACIÓN 59.- PESTAÑA PROPERTIES, DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN HOT STREAM (1)

PROPERTIES....................................................................................................................... 71

ILUSTRACIÓN 60.- PESTAÑA SHELL/HEADS, DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN

SHELL/HEADS/FLANGES/TUBESHEETS. ............................................................................. 71

ILUSTRACIÓN 61.- PESTAÑA LAYOUT PARAMETERS, DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN BUNDLE

LAYOUT. ............................................................................................................................ 72

viii

ILUSTRACIÓN 62.- PESTAÑA BAFFLES, DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN BAFFLES/SUPPORTS. ............ 72

ILUSTRACIÓN 63.- PESTAÑA ALL, DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN WARNINGS & MESSAGES. ............ 73

ILUSTRACIÓN 64.- PESTAÑA RECAP OF DESIGN, DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN RECAP OF DESIGN. 74

ILUSTRACIÓN 65.- PESTAÑA SETTING PLAN, DEL FORMULARIO DE ESPECIFICACIÓN SETTING PLAN &

TUBESHEET LAYOUT. ......................................................................................................... 74

ILUSTRACIÓN 66.- PESTAÑA COSTS/WEIGHTS, DEL FORMULARIO SETTING PLAN & TUBESHEET LAYOUT. ... 75

ILUSTRACIÓN 67.- ESQUEMA GENERAL DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE GAS NATURAL LICUADO EN ASPEN

HYSYS. ............................................................................................................................... 80

ILUSTRACIÓN 68.- ENFRIADORES DEL ÁREA DE PRE-ENFRIAMIENTO CON PROPANO. ................................... 80

ILUSTRACIÓN 69.- MUESTRA LOS INTERCAMBIADORES LNG EN EL ÁREA DE LICUADO DEL GAS NATURAL. .. 80

ILUSTRACIÓN 70.- ASPECTO GENERAL DEL PROCESO MODIFICADO. .............................................................. 81

ILUSTRACIÓN 71.- ASPECTO DEL ÁREA DE PRE-ENFRIAMIENTO CON PROPANO. ........................................... 82

ILUSTRACIÓN 72.- ASPECTO DEL ÁREA DE COMPRESIÓN DEL REFRIGERANTE. .............................................. 82

ILUSTRACIÓN 73.- ASPECTO DEL ÁREA DE LICUADO DEL GAS NATURAL. ....................................................... 83

ILUSTRACIÓN 74.- ASPECTO DEL ÁREA DE ALMACENAMIENTO. ..................................................................... 83

ILUSTRACIÓN 75.- MUESTRA EL PROCESO DE ESTUDIO PARA EL ANÁLISIS ENERGÉTICO. ............................ 101

ILUSTRACIÓN 76.- VALORES OBJETIVOS CALCULADOS POR ASPEN EA PARA UN ∆TMIN DE 12ºC. ................. 105

ILUSTRACIÓN 77.- CURVAS COMPUESTAS. .................................................................................................... 106

ILUSTRACIÓN 78.- CURVAS COMPUESTAS CORREGIDAS. .............................................................................. 107

ILUSTRACIÓN 79.- GRAN CURVA COMPUESTA. ............................................................................................. 108

ILUSTRACIÓN 80.- DISEÑO DE LA RIC CON CINCO UNIDADES Y ∆TMIN DE 12ºC. ............................................ 110

ILUSTRACIÓN 81.- DISEÑO DE LA RIC CON CINCO UNIDADES Y ∆TMIN DE 12ºC. ............................................ 111

ILUSTRACIÓN 82.- DISEÑO DE LA RIC CON NUEVE UNIDADES Y ∆TMIN DE 12ºC. ........................................... 112

ILUSTRACIÓN 83.- DISEÑO DE LA RIC CON SIETE UNIDADES Y ∆TÓPTIMO DE 9ºC. ........................................... 114

ILUSTRACIÓN 84.- MUESTRA EL PROCESO CON LA RED DE INTERCAMBIADORES DE CALOR NUEVA........... 116

ILUSTRACIÓN 85.- MUESTRA EL INTERCAMBIADOR DE CALOR SIMULADO EN ASPEN HYSYS. ..................... 117

ILUSTRACIÓN 86.- RESUMEN DE RESULTADOS ENTREGADO POR ASPEN ED&R. .......................................... 123

ILUSTRACIÓN 87.- MUESTRA LA GEOMETRÍA DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR. ........................................ 124

ILUSTRACIÓN 88.- MUESTRA LOS DATOS DE PESO Y ECONÓMICOS DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR. ..... 124

TABLA 1.- TIPO Y PRECISIÓN DE LAS ESTIMACIONES. ........................................................................................ 9

TABLA 2.- NÚMERO DE LOCALIDADES DISPONIBLE EN CADA REGIÓN. ........................................................... 20

TABLA 3.- DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE LA INTERFAZ DE ICARUS. .................................................... 34

TABLA 4.- DATOS DE DIMENSIONAMIENTO PARA LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO DEL PROCESO. ..... 38

TABLA 5.- DATOS DE OPERACIÓN DE LA MATERIA PRIMA. ............................................................................. 84

TABLA 6.- COMPONENTES Y COMPOSICIÓN DE LA MATERIA PRIMA. ............................................................. 84

TABLA 7.- DATOS DE OPERACIÓN DEL PRODUCTO. ......................................................................................... 84

TABLA 8.- COMPONENTES Y COMPOSICIÓN DEL PRODUCTO. ........................................................................ 85

TABLA 9.- EQUIPOS DE CADA ÁREA DEL PROCESO. ......................................................................................... 85

TABLA 10.- DATOS DE LA TORRE DEL SERVICIO AUXILIAR DE AGUA DE ENFRIAMIENTO. ............................... 89

ix

TABLA 11.- ESPECIFICACIONES GENERALES DEL SERVICIO AUXILIAR DE AIRE. ................................................ 89

TABLA 12.- DATOS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA DE OPERACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR. 90

TABLA 13.- DATOS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA DE OPERACIÓN DE LOS SEPARADORES. ............................ 91

TABLA 14.- DATOS DE PRESIÓN Y TEMPERATURA DE OPERACIÓN DE LOS COMPRESORES. ........................... 91

TABLA 15.- DATOS DE PRESIÓN TEMPERATURA DE OPERACIÓN DE LOS ESTANQUES DE

ALMACENAMIENTO. .................................................................................................................... 91

TABLA 16.- MATERIAL SELECCIONADO PARA CADA EQUIPO INVOLUCRADO EN EL PROCESO. ...................... 91

TABLA 17.- MATERIALES DE AISLACIÓN SELECCIONADO PARA LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO. ........ 92

TABLA 18.- DIMENSIONES CALCULADA POR ASPEN CCE PARA LOS TANQUE DE ALMACENAMIENTO. .......... 92

TABLA 19.- POTENCIA CALCULADA POR ASPEN CCE PARA LOS COMPRESORES. ............................................ 92

TABLA 20.- DIMENSIONES CALCULADOS POR ASPEN CCE PARA LOS SEPARADORES. ..................................... 92

TABLA 21.- ÁREA CALCULADA POR ASPEN CCE PARA LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR. .......................... 93

TABLA 22.- ERROR RELATIVO PROMEDIO DEL COSTO DE ADQUISICIÓN Y TOTAL DE LOS EQUIPOS DEL

PROCESO. ..................................................................................................................................... 94

TABLA 23.- MUESTRA LOS FACTORES UTILIZADOS PARA EL MÉTODO DE CHILTON. ...................................... 96

TABLA 24.- MUESTRA LOS FACTORES UTILIZADOS PARA EL MÉTODO DE HOLLAND. ..................................... 96

TABLA 25.- PORCENTAJES UTILIZADOS PARA EL MÉTODO PETERS AND TIMMERHAUS. ................................ 97

TABLA 26.- RESULTADO DE LA INVERSIÓN DEL CAPITAL FIJO. ......................................................................... 98

TABLA 27.- COSTOS POR ÍTEMS DE LOS MÉTODOS CHILTON, HOLLAND Y ASPEN CCE. .................................. 98

TABLA 28.- COSTOS POR ÍTEMS DEL MÉTODO PETERS-TIMMERHAUS Y ASPENCCE. ...................................... 99

TABLA 29.- PARÁMETROS ECONÓMICOS DEL PROYECTO. ............................................................................ 100

TABLA 30.- DATOS TÉRMICOS DE LAS CORRIENTES DEL PROCESO. .............................................................. 102

TABLA 31.- DATOS DE LAS CORRIENTES DE SERVICIO AUXILIAR.................................................................... 102

TABLA 32.- DATOS DE DISEÑO Y COSTO DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR. ....................................... 102

TABLA 33.- VALORES DE ∆TMIN RECOMENDADOS. ......................................................................................... 103

TABLA 34.- RESOLUCIÓN DE LA TABLA PROBLEMA. ...................................................................................... 104

TABLA 35.- MUESTRA LAS VARIABLES CLAVE OBTENIDAS DE LA TABLA PROBLEMA Y DE LA CASCADA. ...... 105

TABLA 36.- OBTENCIÓN DEL ∆TÓPTIMO. ........................................................................................................... 113

TABLA 37.- CARACTERÍSTICAS DE LOS TRES DISEÑOS DE LAS REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

PROPUESTAS. ............................................................................................................................. 115

TABLA 38.- COSTOS DE LOS TRES DISEÑOS DE LAS REDES DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

PROPUESTAS. ............................................................................................................................. 115

TABLA 39.- DATOS DE OPERACIÓN DEL LADO DE LOS TUBOS. ...................................................................... 118

TABLA 40.- MUESTRA LOS COMPONENTES Y LA COMPOSICIÓN DEL LADO DE LOS TUBOS. ........................ 118

TABLA 41.- DATOS DE OPERACIÓN DEL LADO DE LA CARCASA. .................................................................... 118

TABLA 42.- MUESTRA LOS COMPONENTES Y LA COMPOSICIÓN DEL LADO DE LA CARCASA. ....................... 119

TABLA 43.- RESULTADO DE LAS TEMPERATURAS DE SALIDA DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR. ................ 120

TABLA 44.- RESULTADO DE LAS FRACCIONES MOLARES DE VAPOR. ............................................................. 121

TABLA 45.- ERROR RELATIVO DE LAS TEMPERATURAS DE SALIDA Y DE LA FRACCIÓN MOLAR DE VAPOR. .. 121

TABLA 46.- FLUJO DE LOS GASES NO CONDENSABLES EN FASE LÍQUIDA DEL ASPEN HYSYS. ....................... 122

TABLA 47.- FLUJO DE LOS GASES NO CONDENSABLES EN FASE LÍQUIDA DEL ASPEN ED&R. ........................ 122

x

INTRODUCCIÓN

Los simuladores computacionales son una herramienta útil para los

procesos de la industria química, debido a su capacidad de predecir el

comportamiento de un proceso, estimar costos de equipos, cambiar las

condiciones de operación, optimización de las variables de operación y del

proceso, y generar resultados en forma gráfica o de tablas.

En el mercado se encuentran disponibles una serie de simuladores que

cumplen con las características mencionadas en el párrafo anterior (Aspen

HYSYS, Aspen Plus, ChemCad, Pro II, Superpro Design y Design II), algunos de

ellos son poderosas herramientas de cálculo con una inmensa base de datos que

contienen las propiedades físicas de miles de compuestos y sustancias químicas,

selección de modelos termodinámicos, que entrega al simulador la ventaja de una

gran versatilidad. Aspen HYSYS y Aspen Plus tienen en la actualidad cerca del

90% del mercado de los simuladores y constituyen la herramienta de punta en el

diseño de procesos.

Advanced System for Process Engineering (Aspen) fue desarrollado en la

década de 1970 por investigadores del Laboratorio de Energía del Instituto

Tecnológico de Massachusetts (MIT). Este programa ha sido comercializado

desde 1980 por la compañía Aspen Technology, la cual es líder en herramientas

de modelado de proceso de diseño conceptual, optimización y monitoreo de

desempeño para la industria química, polímeros, especialidades químicas,

metales y minerales.

El grupo de programas AspenONE, para los cálculos de ingeniería y las

simulaciones, es la base para el diseño de nuevos procesos o mejoras de los

procesos ya existentes. AspenONE está diseñado para satisfacer las demandas

propias de cada sector de la industria química, y por ello, integra aplicaciones

para que puedan ser implementadas las mejores prácticas para la optimización de

las operaciones de ingeniería, fabricación y cadena de suministros. Como

xi

resultado, se mejoran los márgenes, reducen los costos y energéticamente se es

más eficiente.

AspenOne se divide sus aplicaciones en los siguientes cinco temas:

Proceso de Ingeniería, Planificación y Programación, Control de Proceso

Avanzado, Gestión de la Producción y Ejecución, Suministro y Distribución.

En el presente documento se muestra las herramientas principales de los

programas: Aspen Capital Cost Estimator, Aspen Energy Analyzer y Aspen

Exchanger Design & Rating, pertenecientes al tema Proceso de Ingeniería. Estos

programas se usan para estimar costo de capital y realizar integración de calor de

un proceso, y simular intercambiadores de calor, respectivamente.

CAPÍTULO I

ANTECEDENTES GENERALES

Capítulo I: Antecedentes Generales

2

I - ANTECEDENTES GENERALES

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La justificación de este Trabajo de Título es el estudio de tres de los

programas que posee Aspen V7.0, (Aspen Capital Cost Estimator, Aspen Energy

Analyzer y Exchanger Design & Rating) con la finalidad de hacer el estudio

económico y energético de un proceso, y realizar la simulación rigurosa de un

intercambiador de calor.

Paralelamente, se crea un manual de cada programa estudiado, para ser

utilizados por los alumnos de las asignaturas de diseño de proyecto y procesos de

la carrera Ingeniería Civil Química.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo General

Diseñar un proceso y evaluarlo económicamente usando las

potencialidades del simulador Aspen HYSYS, Aspen Capital Cost Estimator,

Aspen Energy Analyzer y Aspen Exchanger Design & Rating.

1.2.2 Objetivos Específicos

� Diseño y simulación de un proceso químico usando Aspen HYSYS.

� Determinación de la inversión de capital fijo usando Aspen Capital Cost

Estimator y realizar la comparación con otros métodos.

� Evaluación económica y optimización del proceso.

Capítulo I: Antecedentes Generales

3

� Diseño de redes de intercambiadores de calor usando Aspen Energy

Analyzer.

� Simulación detallada de un intercambiador de calor usando Aspen

Exchanger Designs & Rating.

� Generación de un manual para cada programa estudiado.

� Incluir los manuales básicos para el estudio y uso de estas

herramientas, para que sirvan como apoyo a las asignaturas de diseño

de procesos y diseño de proyectos.

CAPÍTILO II

ANTECEDENTES TEÓRICOS

Capítulo II: Antecedentes Teóricos

5

II - ANTECEDENTES TEÓRICOS

En este capítulo se hace referencia, de manera teórica, a la estimación de

costos de una planta de procesos y a los tres programas estudiados: Aspen

Capital Cost Estimator, Aspen Energy Analyzer y Aspen Exchanger Design &

Rating.

2.1 ESTIMACIÓN DE COSTOS

El diseño aceptable de una planta debe presentar un proceso que sea

capaz de operar en condiciones que produzca ganancias. Dado que el beneficio

neto es igual al ingreso total menos todos los gastos, es esencial que el ingeniero

químico esté al tanto de los diferentes tipos de costos que intervienen en el

proceso. El capital tiene que ser asignado a gastos directos de la planta, como los

de las materias primas, mano de obra y equipos. Además de los gastos directos,

muchos de los gastos indirectos incurren en otros, y estos deben ser incluidos si

se va a realizar un análisis completo del costo total. Algunos ejemplos de estos

gastos indirectos son los sueldos administrativos, costos de distribución de

productos, etc.

Una inversión de capital es necesaria para cualquier proceso industrial, y la

determinación de la inversión necesaria es una parte importante en el diseño de la

planta de un proyecto. La inversión total para cualquier proceso consiste en la

inversión de capital fijo para los equipos y las instalaciones en la planta más el

capital de trabajo que debe estar disponible para pagar los salarios, mantener las

materias primas y productos en mano, y manejar otros elementos especiales que

requieren un desembolso directo. Así, en un análisis de los costos en los

procesos industriales, los costos de inversión de capital, costos de fabricación y

gastos generales, incluyendo impuestos sobre la renta deben ser tomados en

consideración.


6

2.1.1 Inversión de capital.

Antes que una planta industrial pueda ser puesta en servicio, una gran

cantidad de dinero debe ser suministrado para adquirir e instalar la maquinaria y

los equipos necesarios. El terreno y los servicios auxiliares deben ser obtenidos, y

la planta debe ser construida completa, con todas las tuberías, los controles y

servicios. Además, es necesario tener dinero disponible para el pago de los

gastos implicados en la operación de la planta.

El capital necesario para la fabricación de las instalaciones necesarias para

la planta se llama inversión de capital fijo, mientras que el capital necesario para

el funcionamiento de la planta se llama capital de trabajo. La suma de capital fijo y

el capital de trabajo se conoce como la inversión de capital total. La inversión de

capital fijo puede ser subdividida en capital fijo directo y capital fijo indirecto.

2.1.2 Inversión de capital fijo.

La inversión de capital fijo directo representa el capital necesario para que

los equipos del proceso estén instalados con todos los servicios que son

necesarios para la operación completa del proceso. El costo de las tuberías,

instrumentación, el aislamiento, las fundaciones, y la preparación del terreno son

ejemplos típicos de costos incluidos en la inversión de capital fijo directo.

El capital fijo necesario para gastos de construcción y para todos los

componentes de la planta que no están directamente relacionados con la

operación del proceso es designado como la inversión de capital fijo indirecto.

Estos componentes de la planta incluyen el terreno, edificios de administración y

otras oficinas, bodegas, laboratorios, transporte, envío, y las instalaciones de

recepción, instalación del servicio público y eliminación de residuo, y otras partes

permanentes de la planta. Los costos generales de construcción se componen de

los costos de la oficina de campo y supervisión, costos de ingeniería, costos de

diversos de construcción, los honorarios del contratista e imprevistos.


7

Ilustración 1.- Esquema de la inversión de capital fijo.

2.1.3 Capital de trabajo.

El capital de trabajo para una planta industrial está formado por la cantidad

total de dinero invertido en:

� Materias primas y abastecimiento que se mantiene en depósito.

� Productos terminados en depósito y productos semi-terminados que

se encuentran en proceso de producción.

� Cuentas a cobrar.

� Dinero en efectivo para el pago mensual de los costos operativos,

como sala, jornales y compras de materias primas.

� Cuentas a pagar.

� Impuestos a pagar.

La relación de capital de trabajo para la inversión de capital total varía con

las diferentes empresas, pero la mayoría de las plantas químicas utilizan un


8

capital inicial de trabajo entre un 10 y 20 por ciento de la inversión de capital total.

Este porcentaje puede aumentar hasta un 50 por ciento o más para las empresas

que producen productos de demanda estacional, debido a los grandes inventarios

que deben mantenerse durante períodos considerables de tiempo.

2.1.4 Métodos de estimación de la inversión de capital.

Existen diversos métodos para estimar la inversión de capital. La elección

del método depende de la información disponible y la exactitud que se desea

obtener.

Los tipos de estimación se definen en función a su precisión. Según la

“Asociación para el Avance en la Ingeniería de Costos” (AACE por sus siglas en

inglés) existen cinco tipos de estimación. En la tabla 1 se muestran los datos

relacionando las cuatro variables fundamentales que se manejan en la

estimación: tiempo y costo de realización, precisión conseguida y datos

empleados. Se observa que existe una relación directa entre el tiempo, costo y

datos necesarios para realizar la estimación, mientras que el error es

inversamente proporcional a aquellas.


9

TIPO DE ESTIMACIÓN ERROR % OBJETO TIEMPO

Orden de magnitud 40 a 50 Estudio de rentabilidad Muy rápida

Estudio 25 a 40 Diseño preliminar Rápida

Preliminar 15 a 25 Aprobación de Presupuesto Media

Definitiva 10 a 15 Control de Construcción Lenta

Detallada 5 a 10 Contratos “Llave en mano” Muy lenta

Tabla 1.- Tipo y precisión de las estimaciones.

La ilustración 2 muestra como se clasifican los métodos para estimar la

inversión del capital fijo según el tipo de estimación.

Ilustración 2.- Clasificación de los métodos de estimación de la inversión de capital fijo.


10

2.2 ASPEN CAPITAL COST ESTIMATOR

Aspen Capital Cost Estimator (Aspen CCE) es una herramienta que

permite hacer la evaluación económica de procesos, ya que estima el costo de

capital y de operación, de modo que puede generar flujos de caja a partir de los

cuales se hace el estudio de rentabilidad.

Una ventaja importante de Aspen CCE es que puede usar simulaciones de

procesos de simuladores como Aspen Plus, Aspen Hysys, ChemCad, entre otros,

para tomar los datos sobre los equipos y las corrientes de proceso con el fin de

hacer la evaluación económica. Si no se dispone de una simulación, el usuario

puede proporcionar la información correspondiente a las corrientes de proceso y

los equipos.

Aspen CCE es capaz de hacer un dimensionamiento de los equipos, con el

cual determina su costo. La estimación de costos de los equipos no se realiza en

base a curvas de factor costo-capital, y la estimación de los costos de instalación,

instrumentación, tubería, etc., no se calcula sólo como un porcentaje del costo de

los equipos, sino que siguen modelos de instalación rigurosos basados en el

diseño de cada equipo.

Aspen CCE utiliza los datos de diseño y los costos proporcionados por las

siguientes empresas:

� Capitan Overlay Technologies,Inc

� DOW Plastic-Lined Piping Products

� Honeywell Inc

� John Zink Company

� Victualic Company of America

� Hawke International


11

Cuando el usuario trabaja con una simulación, Aspen Capital Cost

Estimator toma los datos que necesita y procede a trazar el diagrama de flujo del

proceso en el momento que indique el usuario. Además, Aspen CCE puede hacer

el dimensionamiento básico de los equipos, para posteriormente, con los

parámetros de inversión especificados por el usuario (impuestos, capital de

trabajo, intereses, vida económica del proyecto, etc.) estimar el capital de

inversión, los costos de operación y las ganancias. Con los resultados obtenidos,

Aspen CCE genera el flujo de caja y entrega los valores del VAN, TIR, PR, entre

otros criterios para la evaluación económica del proyecto. Por último, el usuario

puede generar, a través del programa, reportes de los costos involucrados en el

proyecto y los detalles de diseño.

La ilustración que se muestra a continuación resume el proceso descrito en

el párrafo anterior.


12

Ilustración 3.- Pasos ejecutados por Aspen Capital Cost Estimator para la evaluación económica de un proceso.

Obtención de los datos de la simulación

Dimensionamiento y cotización de equipos

Estimación del capital de inversión

Estimación de los costos de operación

Evaluación económica

Análisis de rentabilidad


13

2.2.1 Evaluación económica.

Para llevar a cabo la evaluación económica de un proyecto, el usuario debe

especificar parámetros económicos, de diseño, de proceso, etc., los cuales

constituyen las Bases del Proyecto. Estos parámetros se especifican en la vista

Project Basic del Explorador de Proyectos del Aspen CCE. Para más información

consulte el “Manual Aspen Capital Cost Estimator” que se adjunta.

Las Bases del Proyecto contienen las siguientes categorías:

• Propiedades del proyecto.

En esta categoría, el usuario puede ingresar las siguientes

especificaciones:

� Nombre del proyecto.

� Descripción del proyecto.

� Observaciones.

• Datos generales del proyecto.

En ésta categoría, el usuario puede ingresar, entre otras especificaciones,

las siguientes:

� Tipo de moneda. La moneda predeterminada es el dólar.

� Título del proyecto.

� Ubicación del proyecto. Afecta a los impuestos, los salarios y transportes.


14

� Factor de conversión de moneda. Sólo si el usuario ocupa una moneda

distinta a la predeterminada: euro, yen, libra.

� El usuario puede ingresar la fecha (día/mes/año) de realización de la

evaluación económica del proyecto.

• Bases del costo de capital.

En esta categoría, el usuario puede ingresar, entre otras especificaciones,

las siguientes:

� Unidades de medida.

� Normas generales de diseño mecánico de equipos, tuberías, civil,

instrumentación, aislamiento eléctrico y pintura.

� Contingencia del proyecto. Cargos por concepto de contratos, licencias,

terreno, etc.

� Fuerza de trabajo de construcción. El usuario puede ingresar los

parámetros de productividad, salario, número de turnos, horas por

semana por turno, para trabajadores involucrados en la construcción de

la planta (albañiles, operadores de equipos, eléctricos, choferes,

carpinteros, etc.).

� Incremento. El usuario puede ingresar los efectos de las economías en

contante cambio local y mundial. Los incrementos que puede ingresar el

usuario corresponden a las siguientes categorías: materiales, diseño de

ingeniería y mano de obra de construcción.

� Instrumentación. El usuario puede seleccionar entre una

instrumentación de tipo estándar o completa.


15

• Calendario y ejecución del proyecto.


las siguientes:

� Ajuste de calendario. El usuario puede indicar la fecha (día/mes/año) de

inicio de la etapa de ingeniería y de construcción.

� Tiempos de entrega de equipos. El usuario puede indicar el número de

semanas que se demora la fabricación y envío de cada equipo.

• Diseño del proceso.


las siguientes:

� Tipo de simulador. El usuario puede seleccionar el tipo de simulador

con el que desee trabajar (Aspen Hysys, Aspen Plus, Chemstatios,

Hysim y SimSci).

� Especificación de los equipos del proyecto. El usuario puede cambiar un

equipo que está como predeterminado. Por ejemplo, el compresor

predeterminado es de tipo centrífugo y el usuario puede cambiarlo para

que el predeterminado sea un compresor de tipo recíproco.

� Criterio de diseño. El usuario puede modificar los datos presión y

temperatura de diseño de todos los equipos disponibles en el Aspen

CCE.

Las expresiones para la presión y temperatura de diseño son las

siguientes:


16

P de diseño P de operación � �1 � �� B �Ec. 1�

T de diseño T de operación � �1 � �� B �Ec. 2�

Las ecuaciones (1) y (2) son validas para todos los equipos y los

parámetros A y B pueden ser modificados por el usuario.

A continuación se mencionan otros parámetros de diseño, para cada

equipo, que el usuario puede ajustar.

� Bombas.

- Factor de sobredimensionamiento.

� Compresores.

- Tipo de motor.

� Intercambiadores de calor.

- Aplicación de la regla 2/3 para calcular la presión de diseño.

- Factor de sobredimensionamiento.

- Temperatura de entrada y salida del aire de enfriamiento.

� Columnas empacadas.

- Tipo de empacado.

- Factor de reducción de capacidad.

- Factor de inundación.

- Altura de sección empacada.

- Área superficial de empaque por unidad de volumen empacado.


17

� Columnas de platos.

- Espacio de los platos.

- Factor de inundación.

- Tendencia a formar espuma.

- Factor de reducción de capacidad.

- Volatilidad relativa de los componentes clave.

- Eficiencia del plato.

� Tanques agitados.

- Altura mínima de separación.

- Tiempo de residencia.

- Tipo de agitador.

� Tanques de almacenamiento.

- Días de almacenamiento.

- Horas de almacenamiento en un día.

- Razón entre altura y diámetro.

- Espacio disponible para el vapor (%).

� Tanques horizontales.


- Área del vapor/ área de sección transversal del tanque.

- Longitud mínima de arranque.

- Diámetro mínimo de arranque.

� Tanques verticales.


- Altura mínima por encima del eliminador de rocío.

- Altura del eliminador de rocío.


18

� Servicios auxiliares. El usuario puede modificar los parámetros de

operación (temperatura, presión, etc.) y costo de los servicios auxiliares.

Además el usuario puede crear un servicio auxiliar.

• Análisis de inversión.


las siguientes:

� Parámetros de inversión. El usuario puede modificar los siguientes

parámetros de inversión:

- Tipo de período (año, semanas, etc.).

- Número de semanas por período.

- Número de períodos para el análisis.

- Impuesto sobre los beneficios.

- Tasa de interés.

- Vida económica del proyecto.

- Valor de salvamento del proyecto.

- Método de depreciación.

- Porcentaje de incremento de los costos de: capital del proyecto,

materias primas, producto, mantención y operación, y servicios

auxiliares.

- Capital de trabajo.

- Suministros de operación.

- Cargos de laboratorio.

- Cargos de operación.

- Gastos generales de la planta.

- Gastos generales y administrativos.

- Tipo de planta.

- Modo de operación.

- Duración del período de puesta en marcha.

- Horas de operación por período.


19

- Fluidos de proceso.

� Costos de operación. El usuario puede ingresar el salario de los

operarios y supervisores, el costo de electricidad, combustible, agua

potable y aire de instrumentación.

� Materias primas. El usuario puede indicar que corriente contiene las

materias primas. También puede ingresar el flujo de materia prima y su

costo.

� Producto. El usuario puede indicar que corriente contiene los productos.

También puede ingresar el flujo de producto y su costo.

2.2.2 Análisis de Decisiones.

La tecnología “Análisis de Decisiones” de Aspen, permite al usuario evaluar

alternativas de variación en la capacidad de la planta y ubicación de una planta,

además de realizar análisis detallados de un proyecto.

El Analizador de Decisiones consta de tres módulos: Análisis de

Reubicación, Análisis de Variación en la Capacidad de la Planta y Análisis

Económico. El usuario puede utilizar los tres módulos al mismo tiempo ó por

separado para un proyecto.

• Cambio en la capacidad de una planta.

El “Módulo Análisis de Variación en la Capacidad de la Planta” (ASM, por

sus siglas en inglés) permite modificar la capacidad de la planta, entre 5% y 600%

de la capacidad de la planta del proyecto base.


20

El cambio en la capacidad de la planta no solo afecta a las corrientes del

proceso, sino que también, al tamaño, y en algunos casos, al número de equipos

del proyecto.

El ASM examina automáticamente cada elemento del proyecto, aplicando

un grupo de reglas de escala, únicas, para cada elemento y recrea enteramente la

descripción de la planta de acuerdo a la nueva capacidad.

• Cambio de ubicación de una planta.

El “Módulo Análisis de Reubicación” (ARM, por sus siglas en inglés)

permite evaluar el costo del capital y una variedad de otros parámetros

económicos, cuando se cambia la ubicación de la planta a cualquier parte del

mundo. En concreto se puede “trasladar” el proyecto base a cualquiera de las 89

localidades, que contiene Aspen disponible en todo el mundo. El usuario puede

optar por conservar la ubicación del diseño de ingeniería o elegir entre las 89

localidades.

REGIÓN NÚMERO DE LOCALIDADES

África 3

Asia 15

Australia 3

Canadá 6

América Central 2

Europa 12

Medio Oriente 6

América del Sur 5

Estados Unidos 37

Todas las Localidades 89

Tabla 2.- Número de localidades disponible en cada región.


21

• Desarrollo económico de un proyecto.

El “Módulo Análisis Económico” (AEM, por sus siglas en inglés) es una

poderosa herramienta del Aspen CCE que permite realizar análisis detallados de

un proyecto. El AEM trabaja con dos hojas de cálculo Excel: Specs y Results.

En la hoja de cálculo Specs, el usuario puede variar los costos de materias

primas, de producto, de los servicios auxiliares y ver instantáneamente en la

misma hoja de cálculo, como varía el valor actual neto (NPV), la tasa interna de

retorno (IRR) y el período de recuperación de la inversión (Payout).

Además, en la hoja de cálculo Specs, el usuario puede ingresar nuevos

parámetros económicos, como impuestos, intereses, método de depreciación,

incrementos de los diferentes costos, capital de trabajo; así como también puede

ingresar nuevos períodos de las distintas etapas del proyecto (ingeniería básica,

ingeniería en detalle, adquisición de los equipos, construcción, puesta en marcha,

demolición). En total, el usuario puede variar 72 opciones.

En la hoja de cálculo Results, el usuario puede ver el flujo de caja generado

para el proyecto con las nuevas especificaciones. De esta manera el usuario

puede identificar las oportunidades económicas del proyecto.

Para más información de la tecnología “Analizador de Decisión”, consulte el

“Manual Aspen Capital Cost Estimator” que se adjunta.


22

2.2.3 Resultados generados por Aspen Capital Cost Estimator.

El usuario puede ver los resultados económicos a través de tres opciones:

Aspen Capital Cost Estimator, Aspen Icarus Reporter e Icarus Editor.

• Aspen Capital Cost Estimator.

Aspen CCE entrega cuatro hojas de cálculo Excel, que contienen el análisis

de inversión del proyecto:

� Equipment. Esta hoja de cálculo entrega el costo de adquisición del

equipo y el costo una vez instalado.

� Project Summary. Esta hoja de cálculo entrega información especificada

por el usuario, como el nombre y descripción del proyecto, tipo de

simulador, parámetros de incremento, del costo de capital, del costo de

operación, etc. así como los resultados calculados por Aspen, resumen

del capital del proyecto y de ingeniería, costo de materias primas, de

producto, de mantenimiento, de operación y de los servicios auxiliares,

etc.

� Cashflow. Esta hoja de cálculo entrega el flujo de caja y los valores del

valor actual neto, tasa interna de retorno, etc.

� Executive Summary. Esta hoja de cálculo entrega un resumen los datos

entregados en las hojas de cálculo Project Summary y Cashflow, como

costo total de la inversión de capital, de servicios auxiliares, de materias

primas, nombre del proyecto, ubicación de la planta, capacidad anual de

la planta, etc.


23

• Aspen Icarus Reporter.

Aspen IR es un motor de informes, los cuales contienen información

detallada del costo del capital y de las bases del proyecto.

Aspen IR entrega la información del proyecto en cuatro tipos de informes:

� Standar. La información es presentada en documentos Word, si desea

ver dos o más informes simultáneamente. De lo contrario, la información

es presentada en un documento de Icarus.

� HTML. La información es presentada en el navegador de internet del

usuario y puede ver un informe a la vez.

� Management. La información es presentada en un documento de

Icarus. El usuario puede ver un informe a la vez.

� Excel. La información es entregada en hojas de cálculo Excel.

• Icarus Editor.

Si el usuario utiliza las preferencias por defecto, Aspen Capital Cost

Estimator muestra automáticamente los informes de la evaluación del proyecto,

mediante Icarus Reporter. Aquí se presenta toda la información del proyecto de

manera detallada.

Para más información con respecto a la revisión de resultados, consulte el

“Manual Aspen Capital Cost Estimator” que se adjunta.


24

2.3 ASPEN ENERGY ANALYZER

El programa Aspen Energy Analyzer es una herramienta utilizada para

síntesis y diseño de procesos por medio de la implementación de la tecnología

Pinch por integración de energía. Este programa, calcula los objetivos para la

energía y la inversión de capital, permite el desarrollo de proyectos de mejora de

la integración de calor, reduciendo significativamente los costos de operación, de

capital y de diseño. Se emplea para realizar la modificación (retrofit) de plantas

existentes, así como para desarrollar nuevos diseños.

2.3.1 Significado del término “Tecnología Pinch”.

El término “Tecnología Pinch” fue introducido a fines de la década de 1970

por Linnhoff y Vredeveld para representar una nueva serie de métodos basados

en termodinámica, que garantizan los niveles mínimos de eficiencia energética en

el diseño de las redes de intercambiadores de calor. Los programas rigurosos de

análisis pinch han demostrado ser útiles en la resolución de procesos industriales

complejos, mostrando rapidez y eficiencia.

2.3.2 Principios del Análisis Pinch.

La “Tecnología Pinch” presenta una metodología para el análisis

sistemático de los procesos químicos y los servicios auxiliares con la ayuda de la

Primera y Segunda Ley de la Termodinámica. Con la ecuación de energía de la

Primera Ley de la Termodinámica se calculan los cambios de entalpía en las

corrientes que pasan por los intercambiadores de calor. La Segunda Ley

determina la dirección del flujo de calor, es decir, el calor sólo puede influir en la

dirección de caliente a frío. En la práctica una corriente caliente sólo puede ser

enfriada a una temperatura definida por el acercamiento mínimo de temperaturas

(mínima diferencia permitida, ∆Tmin) del intercambiador. El nivel de temperatura

en el cual ∆Tmin se observa en el proceso, es llamado “punto pinch”. El pinch

define la fuerza motriz mínima permitida en un intercambiador de calor.


25

2.3.3 Objetivos del Análisis Pinch.

El análisis pinch se utiliza para identificar el costo de energía, de la red de

intercambiadores de calor (RIC) y el reconocimiento del punto pinch para un

proceso. El primer procedimiento predice, antes que el diseño, los requisitos

mínimos de energía externa, área de transferencia de calor, y el número de

unidades para un proceso determinado. A continuación se diseña una red

intercambiadores de calor que satisfaga dichos objetivos. Por último, la red se

optimiza mediante la comparación de los costos de la energía y el costo de capital

de la red para que el costo total anual se reduzca al mínimo. Por lo tanto, el

objetivo principal del análisis pinch es lograr ahorros financieros mediante la mejor

integración de calor del proceso (maximizar el proceso mediante la recuperación

de calor y la reducción de las cargas externas de servicios auxiliares).

2.3.4 Conceptos clave del Análisis Pinch.

A continuación se presenta un resumen de los conceptos principales, su

significado y la nomenclatura utilizada en el análisis pinch.

� Curvas compuestas (caliente y fría) combinadas. Se utilizan para

predecir los objetivos de: mínima energía requerida (servicios auxiliares

de calor y enfriamiento), mínima área de transferencia de calor

requerida y número mínimo de unidades de intercambiadores

requeridos.

� ∆Tmin y punto pinch. El valor ∆Tmin determina cuán estrechamente

pueden ser “pinchadas” las curvas compuestas, caliente y fría sin violar

La Segunda Ley de la Termodinámica (ninguno de los intercambiadores

de calor puede tener un cruce de temperatura).

� Gran curva compuesta. Sirve para seleccionar los niveles apropiados de

los servicios públicos (maximizar los servicios auxiliares más baratos)

para atender la demanda energéticas.


26

� Objetivos energéticos y del costo de capital. Se usa para calcular el

costo anual total de los servicios auxiliares y del costo de capital de la

red de intercambiadores de calor.

� Costo total objetivo. Se usa para determinar el nivel óptimo de

recuperación de calor o el valor ∆Tmin óptimo, equilibrando los costos de

energía y capital. Utilizando este método, es posible obtener una

estimación exacta (entre los 10-15%) global de recuperación de calor y

costos del sistema sin necesidad de diseñar dicho sistema.

2.3.5 Herramientas de resolución de Aspen Energy Analyzer.

Para resolver problemas de integración de calor, Aspen Energy Analyzer

emplea, principalmente, dos herramientas: HI Case y HI Project.

� HI Case. Esta herramienta permite trabajar con un escenario y un

diseño. De modo que es conveniente para usuarios que desean realizar

un análisis rápido de energía o para usuarios que desean estudiar el

funcionamiento actual de una planta.

� HI Project. Permite trabajar con múltiples escenarios y cada escenario

puede tener múltiples diseños. Así HI Project es más adecuado para

usuarios que quieren hacer varias modificaciones estructurales para

luego compararlas.

A continuación se presenta un esquema del procedimiento de resolución

del Aspen EA:


27

Ilustración 4.- Muestra el procedimiento de resolución del Aspen Energy Analyzer.

Identifica las corrientes calientes, frías y de

servicio en el proceso

Extrae datos térmicos de las corrientes del

proceso y de servicio

Ingreso del valor inicial del ∆Tmin

Construye la Curva Compuesta, la Gran Curva

Compuesta, etc

Estima los costos mínimos de los objetivos

energéticos

Estima el costo del capital de los objetivos de la

red de intercambiadores de calor

Estima el valor óptimo de ∆Tmin

Diseño de la red de intercambiadores de calor

Estima los objetivos prácticos para el diseño de la

red de intercambiadores de calor


28

2.3.6 Ventajas del Aspen Energy Analyzer.

El programa Aspen EA, al emplear la “Tecnología Pinch” para la resolución

de problemas, posee las siguientes ventajas:

� Posee un método sistemático para el diseño integrado de plantas de

proceso.

� Identifica el mínimo consumo de energía necesario.

� Considera al mismo tiempo el costo de energía y de capital.

� Permite considerar y comparar diferentes opciones de diseño desde el

punto de económico.

� Se puede aplicar en plantas de proceso nuevas o ya existentes.


29

2.4 ASPEN EXCHANGER DESIGN & RATING

El programa Aspen Exchanger Design & Rating (Aspen ED&R) es una

herramienta versátil para la simulación detallada y diseños óptimos de

intercambiadores de calor. Aspen ED&R realiza el diseño, para las principales

industrias, de todos los intercambiadores de tubo y carcasa, incluyendo

intercambiadores de una fase, condensación y evaporación.

Aspen ED&R permite al usuario:

� Diseñar un intercambiador de calor más económico.

� Tomar testimonio del desempeño operacional de métodos basados en

la investigación que se derivan desde Aspen HTFS.

� Comprobar, simular y realizar el diseño mecánico completo en una

interfaz de usuario común para todos los tipos de intercambiadores de

tubos y carcasa.

� “Conectar” fácilmente con cualquier simulador perteneciente a

AspenTech, por lo que con precisión se puede evaluar el desempeño

del intercambiador de calor en el contexto general del proceso.

2.4.1 Tecnología HTFS y B-JAC.

Aspen Exchanger Design & Rating (ED&R) incluye una serie de programas

para el diseño térmico, diseño mecánico, estimación de costos, y planos para

intercambiadores de calor y recipientes a presión. Teniendo como base la

combinación de la tecnología HTFS y B-JAC.

Heat Transfer and Fluid-flow Service (HTFS) fue creado en la década de

1970 para llevar a cabo la investigación experimental de la transferencia de calor


30

y del flujo de fluidos en los intercambiadores de calor. Los resultados de esta

investigación se incorporaron rápidamente en los programas de computadoras

para comprobar y simular el funcionamiento de los intercambiadores de calor, y

luego para el diseño de ellos. La investigación experimental subyacente continuó,

y se centró en la mejora de la transferencia de calor y de los métodos de cambio

de presión en el programa. HTFS pasa a ser parte de AspenTech en el 2002.

La compañía B-JAC también fue creada en los años 70, produciendo

programas para intercambiadores de calor, con literatura abierta basada en la

capacidad térmica pero con fortalezas en el diseño mecánico. Esta compañía se

convierte en parte de AspenTech a mediados de los años 80.

2.4.2 Tipos de cálculo que realiza Aspen ED&R.

En Aspen ED&R el usuario puede seleccionar entre los modos de cálculo

que se describen a continuación:

� Diseño. El modo “Diseño” identifica uno o más intercambiadores de

calor que deben llevar a cabo el trabajo térmico que se especifique,

sujeto a los límites de la pérdida de presión máxima que se especifique

como aceptable para cada corriente. En el modo “Diseño”, el usuario

debe proporcionar cierta información básica sobre la configuración

general del intercambiador (el tipo de carcasa, tipo de cabezal, tipo de

deflector, etc.), de los tubos y el diseño de éstos (longitud, diámetro). El

programa calculará entonces todas las otras características

geométricas, tales como el tamaño del intercambiador, el número de

pasadas, el tamaño de las boquillas, corte de los deflectores, etc.

� Verificación. El modo “Verificación” responde a la pregunta: ¿El

intercambiador de calor será capaz de transferir este calor?

El usuario tiene que especificar la geometría del intercambiador y la

información del proceso que define el calor a transferir. El resultado del

cálculo se expresa como la relación entre la superficie real de


31

transferencia de calor y la superficie de transferencia de calor requerida.

Si la relación de las áreas está por encima de la unidad (>1) implica que

el calor definido puede ser transferido por el intercambiador de calor.

En el ingreso de datos se puede especificar, para cada corriente, el

caudal y las condiciones de entrada y salida. En el modo “Verificación”

el calor transferido, que se calcula de los datos ingresados, se toma

como fijo. La presión de entrada es fija, pero la presión de salida de

cada corriente se vuelve a calcular sobre la base de la caída de presión

prevista en el intercambiador de calor.

� Simulación. El modo “Simulación” responde a la pregunta: ¿Qué calor

debe transferir este intercambiador de calor?

El usuario tiene que especificar la geometría del intercambiador y la

información del proceso que define una primera estimación del calor a

transferir. El usuario normalmente fija el intercambiador de calor, las

condiciones de entrada y el caudal de la corriente caliente y fría. El

programa calcula las condiciones de salida de las corrientes y por lo

tanto el calor transferido. El resultado del cálculo es la relación del calor

real y el calor requerido.

� Incrustación máxima. El modo “Incrustación Máxima” responde a la

pregunta: ¿Cuál es el ensuciamiento máximo para lograr transferir un

determinado calor?

El modo de cálculo “Incrustación Máximo” es similar al modo

“Simulación”, pero aquí se ajusta la resistencia al ensuciamiento para

determinar, si es posible, el valor máximo con el cual da una relación de

área de una unidad. El usuario puede especificar que la resistencia al

ensuciamiento sólo se ajusta en uno de los dos lados (caliente ó frío), ó

que se puedan añadir las resistencias a ambos lados.

Nota: El cálculo en el modo “Verificación”, los tres parámetros

(entrada/salida/caudal) son fijos para cada corriente y la relación entre la

superficie actual y la superficie requerida, es calculada. En ambos modos de

cálculo, “Verificación” y “Simulación”, la presión de entrada se toma como fija y la

presión de salida se calcula.

CAPÍTILO III

RESUMEN DE LOS MANUALES

Capítulo III: Resumen de los Manuales

33

III - RESUMEN DE LOS MANUALES

En este capítulo se presenta un resumen de los manuales creados para los

alumnos de los tres programas estudiados: Aspen Capital Cost Estimator, Aspen

Energy Analyzer y Aspen Exchanger Design & Rating. Este resumen muestra las

principales herramientas de cada programa.

3.1 ASPEN CAPITAL COST ESTIMATOR

En esta sección se describen los elementos del Aspen CCE y se indican

los pasos necesarios para la obtención de los parámetros económicos, con los

que se realiza el análisis económico de un proceso simulado en Aspen Hysys.

3.1.1 Interfaz de Icarus.

Ilustración 5.- Muestra la interfaz de Icarus.


34

La tabla que se muestra a continuación describe los elementos de la

interfaz de Icarus.

ELEMENTO DESCRIPCIÓN

Barra de título Muestra el nombre del archivo del proyecto y la vista actual de la ventana principal.

Barra de menú Muestra las opciones del menú.

Barra de herramientas Permite el acceso a las funciones del Aspen Capital Cost Estimator.

Ventana principal Proporciona espacio para todos los documentos, listas, especificaciones, etc. del Aspen Capital Cost Estimator.

Explorador de proyectos Organiza los elementos del proyecto con formato de árbol.

Paleta Permite el acceso a librerías, proyectos y componentes.

Barra de estado Muestra el estado del sistema del Aspen Capital Cost Estimator.

Ventana de propiedades Describe el campo seleccionado en el formulario de especificaciones.

Tabla 3.- Descripción de los elementos de la interfaz de Icarus.

3.1.2 Mensajes de advertencia y error en Aspen CCE.

Los tipos de mensajes que entrega Aspen CCE son de:

� Información. Este tipo de mensaje es solo entrega información del

proyecto al usuario, no hace referencia a algún error o advertencia.

� Advertencia. El diseño puede ser ejecutado, pero el usuario es

notificado de los problemas existentes.

� Error. Un diseño o costo no puede ser producido debido a un problema.

� Error Fatal. Instancia poco frecuente debido a problemas graves.


35

3.1.3 Solución de errores.

A continuación se muestra la solución al problema que presentan los

tanques de almacenamiento (TK-100 y TK-101) del proyecto, el cual indica que la

presión está fuera de rango.

Ilustración 6.- Muestra el error en el tanque de almacenamiento TK-100.

Para solucionar el error del tanque de almacenamiento TK-100:

1. Haga doble clic sobre el nombre del equipo.

2. Introduzca el valor 0 en la opción Design gauge pressure.

Ilustración 7.- Formulario de especificación del tanque de almacenamiento TK-100.

3. Haga clic en el botón Apply, para guardar los cambios.


36

3.1.4 Modificar un servicio auxiliar.

Para modificar un servicio auxiliar siga los siguientes pasos:

1. Diríjase a la pestaña Project Basis, en el explorador de proyectos.

2. Haga doble clic en el campo Utility Specifications.

3. Marque la casilla Modify, en la ventana emergente.

4. Seleccione el servicio auxiliar (por ej. propane).

5. Haga clic en el botón Modify.

Ilustración 8.- Ventana Develop Utility Specifications, al modificar un servicio auxiliar.

6. Seleccione el fluido del servicio auxiliar desde la lista desplegable,

en la ventana Utility Specification.

7. Modifique los datos según sus necesidades.


37

Ilustración 9.- Datos de operación de un servicio auxiliar de refrigeración (propano).

8. Para finalizar presione OK y a continuación Close, en la ventana

Develop Utility.

3.1.5 Dimensionamiento de equipos.

A modo de ejemplo se muestra el procedimiento para el tanque de

almacenamiento TK-100.

Para dimensionar el tanque TK-100:

1. Sitúese en la pestaña List, en la ventana principal o seleccione Program

Flow Diagram, desde el menú View.

2. Haga clic derecho sobre el equipo.

3. Seleccione la opción Size Item.

4. Ingrese los valores de la tabla 4, en la ventana Interactive Sizing.


38

OPCIÓN VALOR

Storage Vessel Height Diameter Ratio 0.2

Number of Holding Days 15

Tabla 4.- Datos de dimensionamiento para los tanques de almacenamiento del proceso.

5. Borre el valor de la opción Diameter y luego presione el botón Apply.

6. Repita el paso 5 para las opciones Vessel Height y Capacity.

Ilustración 10.- Datos de dimensionamiento del tanque TK-100.

7. Para finalizar presione el botón OK.

3.1.6 Definición de las bases del proyecto.

Son varias las especificaciones que el usuario puede ver o modificar en las

bases del proyecto. Por este motivo sólo se muestran dos ejemplos de

modificación de las bases del proyecto.


39

• Índices de costos.

Si desea actualizar el valor de los equipos, de la instrumentación, de la

pintura, etc. al 2010, ingrese al formulario de especificación Indexing e ingrese,

para los ítems que desee, el cociente de los CEPCI (Chemical Engineering Plant

Cost index) correspondiente al 2010 y 2007, como se muestra a continuación.

100 � 550,8 #2010$525,4 #2007$ 104,83

Ilustración 11.- Muestra las opciones del campo Indexing.

• Parámetros de inversión.

En el formulario Investment Parameters el usuario puede ingresar los

parámetros de inversión del proyecto, los cuales son necesarios para llevar a

cabo la evaluación económica.


40

Los parámetros de inversión del proyecto utilizado en el manual son:

� Period Description = Año

� Number of Weeks per Period = 52

� Number of Periods for Analysis = 20

� Tax Rate = 40

� Interest Rate/Desired Rate of Return = 20

� Economic Life of Proyect = 20

� Salvage Value = 20

� Depreciation Method = Straight Line

� Project Capital Escalation= 0

� Products Escalation = 5

� Raw Material Escalation = 3.5

� Operating and Maintenance Labor Escalation = 3

� Utilities Escalation = 3

� Working Capital Percentage = 20

� Operating Charges = 25

� Plant Overhead = 50

� G and A expenses = 8

� Facility Type = Chemical Processing Facility

� Operating Mode = Continuous Processing - 24 Hours/Day

� Length of Start-up Period = 20

� Operating Hours per Period = 8000

� Process Fluids = Liquids and Gases


41

Ilustración 12.- Muestra los parámetros de inversión del proyecto.

3.1.7 Cambio en la capacidad de la planta.

Para cambiar la capacidad de la planta:

1. Presione el botón , ubicado en la barra de herramientas.

2. Seleccione Change Plant Capacity by (5-600%).

3. Ingrese la nueva capacidad de la planta (85%).

4. Ingrese el nombre del reporte (LNG).

Ilustración 13.- Cambio en la capacidad de la planta.


42

5. Haga clic en OK, para que Icarus realice el redimensionamiento de los

equipo y ajuste los flujos a las nuevas condiciones de operación.

6. Reevalué económicamente la planta.

3.1.8 Desarrollo económico, detallado, de un proceso.

Para desarrollar económicamente un proceso de manera detallada:

1. Presione el botón , ubicado en la barra de herramientas.

2. Seleccione la opción Develop Detailed Process Economic.

Ilustración 14.- Desarrollo económico detallado del proceso.

3. Haga clic en OK, para lanzar la aplicación Analyzer Economic Module.

A continuación se abren dos hojas de cálculo:

� Specs. En esta hoja de cálculo se estudian los impactos económicos de

las alternativas del proyecto.

� Results. En esta hoja de cálculo usted puede revisar las tablas, gráficos

de barras y otras figuras que muestran los resultados de su escenario

económico.

3.1.9

Para realizar la evaluación económica de un proyecto:

1. Haga clic en el botón

seleccione la opción

2. Ingrese el nombre del reporte, en la ventana

Ilustración

3. Presione el botón

4. Presione el botón

Ilustración 16


Evaluación económica de un proyecto.


Haga clic en el botón , ubicado en la barra de herramientas ó

seleccione la opción Evaluate Project, desde el menú

Ingrese el nombre del reporte, en la ventana

Ilustración 15.- Aspecto de la ventana Evaluate Project.

Presione el botón OK.

Presione el botón Continue, en la ventana Scan Messages

Ilustración 16.- Aspecto de la ventana Scan Messeges.


43

proyecto.


, ubicado en la barra de herramientas ó

, desde el menú Run.

Ingrese el nombre del reporte, en la ventana Evaluate Project.

Aspecto de la ventana Evaluate Project.

Scan Messages.

Aspecto de la ventana Scan Messeges.

A continuación se abre la ventana

Cost/Schedule, la cual muestra el porcentaje de avance de la evaluación

económica del proceso.

Ilustración 17

Si alguno de los componentes del proyecto ha sido modificado, el usuario

debe ejecutar nuevamente el proceso de evaluación.

3.1.10

El usuario puede revisar los resultados de la

maneras diferentes:

• Análisis de inversión.

Para ver el análisis de inversión, haga clic en el botón

barra de herramientas.

En la ventana principa

contiene la información económica del proyecto,

� Equipment

� Project Summary


A continuación se abre la ventana Evaluate Project

, la cual muestra el porcentaje de avance de la evaluación

económica del proceso.

17.- Aspecto de la ventana Evaluate Project


debe ejecutar nuevamente el proceso de evaluación.

3.1.10 Resultados generados por Aspen CCE

El usuario puede revisar los resultados de la evaluación económica de tres

maneras diferentes:

Análisis de inversión.

Para ver el análisis de inversión, haga clic en el botón

barra de herramientas.

En la ventana principal de Aspen CCE aparece la pestaña

ormación económica del proyecto, en cuatro hojas de cálculo

Equipment

Project Summary


44

Evaluate Project – Capital

, la cual muestra el porcentaje de avance de la evaluación

Aspecto de la ventana Evaluate Project – Capital Cost/Schedule.


por Aspen CCE.

evaluación económica de tres

Para ver el análisis de inversión, haga clic en el botón , ubicado en la

aparece la pestaña Results, ésta

cuatro hojas de cálculo:


45

� Cashflow

� Executive Summary

Ilustración 18.- Aspecto de la hoja de cálculo Equipment.

• Aspen Icarus Reporter.

Para ver los informes a través de Aspen Icarus Reporter:

1. Haga clic en el botón , ubicado en la barra de herramientas.

2. Mantenga la opción Interactive Reports, en la ventana Select Report

Type To View.

3. Presione el botón OK.


46

Ilustración 19.- Aspecto de la ventana Select Report Type To View.

Ilustración 20.- Ventana Apsen ICARUS Reporter. Se importan y cargan los informes desde

Aspen Capital Cost Estimator.

Después de que los informes son importados y cargados aparece la

ventana Apsen ICARUS Reporter. Esta ventana permite seleccionar el tipo de

informe en que son presentados los resultados.

Ilustración 21.- Ventana Aspen ICARUS Reporter, muestra los tipos de informes.


47

Los tipos de informes que entregan los resultados económicos son:

� Estándar.

� HTML.

� Administrativo.

� Excel.

Ilustración 22.- Aspecto de un informe estándar.

• Icarus Editor.

Para ver los resultados a través de Icarus Editor:

1. Haga clic en el botón , ubicado en la barra de herramientas. 2. Seleccione la opción Evaluation Reports. 3. Presione OK.


48

Ilustración 23.- Ventana Select Report Type To View. Están seleccionados los informes de

evaluación.

Ilustración 24.- Aspecto de Icarus Editor.


49

3.2 ASPEN ENERGY ANALYZER

En esta sección se describen las principales elementos del Aspen EA e

indican los pasos necesarios para la obtención de una red óptima de

intercambiadores de calor, utilizando las herramientas del programa Aspen EA.

El Aspen EA resuelve y optimiza problemas de redes de intercambio

calórico por medio de dos modalidades de trabajo: HI Case y HI Project.

3.2.1 Interfaz de Aspen Energy Analyzer.

Ilustración 25.- Aspecto de la interfaz de HI Case.

Ilustración 26.- Aspecto de la interfaz de HI Project.


50

En ambas modalidades de trabajo, HI Case y HI Project, el usuario puede

especificar información de las corrientes de proceso, seleccionar los servicios

auxiliares, modificar parámetros económicos, modificar parámetros para obtener

el costo capital, ver los valores objetivos del proceso y, ver gráficos económicos y

de operación.

3.2.2 Herramientas de diseño.

Para acceder a las herramientas de diseño, haga clic en el botón Palette

, ubicado en la esquina inferior derecha del diagrama de red ó presione la tecla f4

de su computador.

Ilustración 27.- Paleta Design Tools, para cada modalidad de trabajo del programa Aspen

Energy Analyzer.

Las instrucciones que se describen a continuación son aplicables para

ambas modalidades de trabajo, HI Case y HI Project.


51

3.2.3 Ingreso de datos.

Para ingresar datos en Aspen EA:

1. Ubíquese en la: 1.1 Pestaña Process Streams, en HI Case.

1.2 Opción Process Streams de la pestaña Data, del nivel Case1, en

HI Project.

2. Ingrese la información de las corrientes del proceso.

3. Seleccione los servicios auxiliares.

Ilustración 28.- Aspecto de la interfaz de HI Case, con los datos del proceso.

3.2.4 Agregar un intercambiador de calor.

Para agregar un intercambiador de calor, siga los siguientes pasos:

1. Haga en el botón Open Palette View ( ). 2. Para agregar un intercambiador de calor, haga clic derecho y mantenga

presionado, sobre el botón Add Heat Exchanger.


52

Ilustración 29.- Muestra el botón con el cual se agregan los intercambiadores de calor.

3. Arrastre el botón sobre una corriente de proceso (por ej. corriente

caliente) y suelte cuando aparezca la siguiente figura .

Luego aparecerá un círculo de color rojo, el cual representa un


4. Haga clic izquierdo y mantenga presionado, sobre el intercambiador de

calor, luego únalo con una corriente fría y suelte.

Ilustración 30.- Procedimiento gráfico, para agregar un intercambiador de calor.


53

3.2.5 Diseñar una red de intercambiadores de calor.

Para diseñar una red de intercambiadores de calor haga clic en el icono

HEN Grid Diagram ( ), para ingresar al diagrama de red. En él se observan las

corrientes del proceso y las corrientes de los servicios auxiliares.

Ilustración 31.- Aspecto del diagrama de red.

Para trabajar el diagrama de red con respecto a la temperatura “pinch”,

siga los siguientes pasos:

1. Haga clic derecho sobre la superficie gris.

2. En el menú emergente, seleccione la opción Show/Hide Pinch Lines.


54

Ilustración 32.- Muestra, en el diagrama de red, la línea que marca las temperaturas del punto

“pinch”.

• Recordando.

La temperatura del pinch es crucial para el diseño de Redes de Mínimo

Requerimiento Energético que logran los objetivos planteados de acuerdo al

siguiente criterio:

1) Dividir el problema en el punto pinch y diseñar cada parte

separadamente.

2) Empezar el diseño en el pinch y moverse hacia afuera.

3) Inmediatamente después del punto pinch obedecer las restricciones:

Cp CALIENTE ≤ Cp FRÍO (arriba)

Cp CALIENTE ≥ Cp FRÍO (debajo)

4) No debe existir transferencia de calor a través del pinch.

5) Suministro de calentamiento externo sólo arriba del pinch, y

enfriamiento externo sólo debajo del pinch.


55

Estas son las cinco reglas básicas de diseño del pinch y deben cumplirse

rigurosamente, de lo contrario resulta en un requerimiento de energía mayor que

el mínimo requerimiento teóricamente posible.

El número mínimo de unidades en una red de intercambiadores de calor,

no considerando el punto pinch es:

N),*+, N- . 1 �Ec. 3� donde, Nu, min = número de unidades mínimas.

NS = número de corrientes de proceso y de servicios auxiliares.

En un diseño que cumpla con el requerimiento mínimo energético no se

permite transferencia de calor a través del pinch por lo que el número de

intercambiadores mínimo es la suma de los intercambiadores tanto arriba como

abajo del pinch, por separado.

N/,012 #N� . 1$ � # N3 . 1$ �Ec. 4�

donde,

NU, MER = número de unidades mínimas el requerimiento mínimo energético.

NA = número de corrientes de proceso y de servicios auxiliares arriba del

pinch.

NB = número de corrientes de proceso y de servicios auxiliares abajo del

pinch.


56

3.2.6 Especificar la información de un intercambiador de

calor.

Para especificar la información de un intercambiador de calor, haga doble

clic en el nodo de un intercambiador.

Posteriormente se abre la ventana Heat Exchanger “Nombre del

Intercambiador” (ver ilustración 33), esta ventana contiene 5 pestañas: Data,

Conectivity, Parameters, T-H PLot y Notes. En la pestaña Data el usuario puede

ingresar la temperatura de entrada y/o salida, de las corrientes.

Ilustración 33.- Especificaciones de un intercambiador de calor, pestaña Data.


57

3.2.7 Optimizar la red de intercambiadores de calor.

Para optimizar una red de intercambiadores de calor:

1. Haga clic sobre el botón Open Pallete View ( ).

2. Haga clic en el botón Open Optimization View.

Ilustración 34.- Muestra el botón Open Optimization View, en la paleta de herramientas.

Luego se abre la ventana Optimization Options. En esta ventana puede

elegir las variables a optimizar con respecto a una función.

Ilustración 35.- Aspecto de la ventana Optimization Options.

Luego que el usuario seleccione las variables a optimizar, debe presionar el

botón OK.


58

3.2.8 Resultados entregados por las herramientas de diseño.

A continuación se muestran los botones, de la ventana Design Tools, que

entregan los resultados de una RIC.

Ilustración 36.- Botones de la paleta Design Tools, que entregan resultados del diseño de una

RIC.

Por ejemplo, si el usuario presiona el botón Open Network Performance

View ( ) podrá acceder al rendimiento, con respecto a los valores objetivos, de

las principales variables de la RIC.

Ilustración 37.- Aspecto de la ventana Network Performance.

Las instrucciones que se describen a continuación son aplicables,

solamente, para la modalidad de trabajo HI Project.


59

3.2.9 Agregar un diseño.

Para agregar un diseño:

1. Haga clic en el nivel scenario (Case1).

2. Haga clic en el botón Add en el panel Viewer.

Ilustración 38.- Muestra el botón Add, en el panel Viewer.

3. Ingrese el nombre del nuevo diseño, en la ventana Add Design.

Ilustración 39.- Aspecto de la ventana Add Design.

4. Presione el botón Enter, de su computador.

Luego aparece, en el panel Viewer, el nuevo diseño y en el panel Main,

aparece el diagrama de red con las corrientes de proceso.


60

Ilustración 40.- Aspecto del panel Viewer y Main cuando se agrega un nuevo diseño.

3.2.10 Diseños recomendados por Aspen Energy Analyzer.

Para generar los diseños que recomienda Aspen Energy Analyzer:

1. Haga clic en el nivel Scenario (Case1). 2. Haga clic derecho en la zona blanca, en el panel Viewer. 3. Seleccione la opción Recommed Designs, desde el menú emergente.

Ilustración 41.- Muestra las opciones disponibles del menú emergente del panel Viewer.

A continuación se abre la ventana Recommend Near-optimal Designs.

4. Ingrese el valor 3 en la columna Max Split Branches.


61

5. Ingrese el valor 5 en el campo Maximum Designs. 6. En este caso no se modifican los parámetros de la sección Preview

Input.

Ilustración 42.- Muestra la ventana Recommend Near-optimal Designs con los nuevos

valores.

7. Haga clic en el botón Solve.

Posteriormente se originan 5 diseños, para la RIC creada. La ilustración

que se muestra a continuación muestra los 5 diseños, en el panel Viewer,

recomendados por Aspen EA y muestra el diseño nº3, en el panel Main.

Ilustración 43.- Muestra los 5 diseños recomendados por Aspen Energy Analyzer.


62

3.2.11 Modo de Retrofit.

Para entrar al modo de trabajo Retrofit, seleccionando un diseño:

1. Seleccione el diseño A_Design3, desde el panel Viewer.

2. Haga clic en el botón Enter Retrofit Mode .

Ilustración 44.- Ventana Options, al ingresar al modo Retrofit a través de un diseño.

3. Seleccione la opción la opción Create New Retrofit Scenario.

4. Haga clic en el botón Enter Retrofit Environment, en la ventana Options.

Ilustración 45.- Aspecto de un diseño en modo Retrofit.


63

3.2.12 Aplicación automática de las opciones del modo

Retrofit.

Las opciones del modo Retrofit son las que muestra la ilustración 46:

Ilustración 46.- Opciones del modo Retrofit.

Como ejemplo se muestra la aplicación de la herramienta Move both end of

a Heat Exchanger del modo de trabajo Retrofit.

Para utilizar las herramientas del modo Retrofit:

1. En el panel Viewer, seleccione el diseño A_Design3 en el escenario que

está en el modo Retrofit.

Ilustración 47.- Escenario en modo Retrofit.

2. Haga clic en el botón Open Palette View – F4 .

3. En la paleta de herramientas haga clic en el botón Move both end of a

Heat Exchanger .


64

Si selecciona cualquier botón de las herramientas Retrofit, excepto el botón

Modify utility heat exchanger, aparecerá la ventana Retrofit specifications.

Ilustración 48.- Aspecto de la ventana Retrofit specifications.

4. En la ventana Retrofit specifications ingrese el valor 10000, el cual

corresponde a la cantidad máxima de dinero que será invertido en la

adaptación de la RIC.

5. Elija la opción Cost desde la lista desplegable. Dicha opción

corresponde a la monda americana (dólar).

6. Haga clic en el botón Run.

A continuación aparece un mensaje que indica que se aplicó,

satisfactoriamente, la opción Move both end of a Heat Exchanger.

Ilustración 49.- Indica que se aplicó, satisfactoriamente, la opción Move both end of a Heat

Exchanger.

Después de ejecutar la opción Move both end of a Heat Exchanger, en el

diagrama de red aparece un intercambiador de color verde, lo que indica que ese

intercambiador ha sido cambiado de posición.


65

Ilustración 50.- Aspecto del diagrama de red luego de ejecutar la opción Move both end of a

Heat Exchanger, en modo Retrofit.

3.2.13 Extracción de datos desde una simulación Aspen Hysys

ó Aspen Plus.

Para extraer los datos desde una simulación:

1. Abra la modalidad de trabajo HI Case ó HI Project. 2. Diríjase a la pestaña ó página Process Stream, según corresponda la

modalidad de trabajo abierta.

3. Haga clic en el botón Process Stream Data Extraction From Simulation

m , para abrir la ventana Extraction Wizard.

A continuación se abre el asistente de extracción.


66

Ilustración 51.- Aspecto de la ventana Extraction Wizard, página Start.

Al llegar a la página Select File, el usuario debe seleccionar la simulación a

trabajar, siguiendo los siguientes pasos:

1. Haga clic en la casilla correspondiente al tipo de simulación que desee importar.

2. Haga clic en el botón Browse, correspondiente al grupo Simulation File

to Import.

Ilustración 52.- Aspecto de la ventana Extraction Wizard, página Select File.

3. Seleccione el archivo que desee extraer. 4. Haga clic en el botón Next hasta llegar a la página Finish.


67

3.3 ASPEN EXCHANGER DESIGN & RATING

En esta sección se indican los pasos necesarios para llevar a cabo el

dimensionamiento de un intercambiador de calor, utilizando las herramientas del

Aspen ED&R.

3.3.1 Definición del problema.

Para definir el problema:

1. Seleccione el formulario de especificación Application Options.

2. Entre otras opciones, elija desde las listas desplegables:

� El modo de cálculo.

� La ubicación del fluido caliente.

� Seleccionar la fase del fluido que pasa por el lado caliente y frío.

Ilustración 53.- Opciones seleccionadas en el formulario de especificación Application

Options.


68

3. Seleccione el formulario de especificación Process Data.

4. Ingrese el nombre de las corrientes y los datos de operación del

intercambiador de calor en el campo que corresponda. Puede

seleccionar las unidades de cada variable desde las listas desplegables.

Ilustración 54.- Formulario de especificación Process Data con los datos de operación

ingresados.

3.3.2 Propiedades de los fluidos.

Para seleccionar los componentes, ingresar su composición y elegir un

paquete termodinámico para cada corriente del intercambiador de calor, siga los

siguientes pasos:

1. Seleccione el formulario de especificación Hot Stream (1) Composition o

Cold Stream (2) Composition.

2. En la pestaña Composition seleccione el paquete de propiedades

físicas Aspen Properties.


69

Ilustración 55.- Muestra los paquete de propiedades físicas disponibles.

3. Haga clic en el botón Search Databank para seleccionar los

componentes de ambas corrientes. A continuación se abre la ventana

Find Compounds.

4. En la ventana FInd Compounds ingrese el nombre del componente que

desee agregar (por ejemplo: hidrógeno).

5. Haga clic en el botón Find now.

6. Seleccione - con un clic - el hidrógeno desde la lista de componentes.

7. Haga clic en el botón Add selected compounds para agregar el

componente.

8. Cuando finalice de agregar los componentes, haga clic en el botón

Close.

Ilustración 56.- Procedimiento gráfico para agregar un componente, desde la ventana Find

Compounds.


70

9. En la columna Composition ingrese el flujo másico ó el porcentaje en

masa de los componentes del fluido caliente.

Ilustración 57.- Pestaña Composition del formulario de especificación Hot Stream (1)

Composition.

10. Haga clic en la pestaña Property Methods.

11. Seleccione la opción PENG-ROB, de la lista desplegable de la opción

Aspen property method.

Ilustración 58.- Pestaña Property Methods del formulario de especificación Property Data.

12. Seleccione el formulario Hot Stream (1) Properties o Cold Stream (2)

Properties.

13. Haga clic en el botón Get Properties para ver las propiedades del fluido

elegido en su rango de temperatura correspondiente.


71

Ilustración 59.- Pestaña Properties, del formulario de especificación Hot Stream (1)

Properties.

3.3.3 Geometría del intercambiador de calor.

Para dimensionar un intercambiador de calor:

1. Seleccione el formulario de especificación Geometry Summary.

2. Elija la configuración del intercambiador de calor (1 - 1, 1 - 2, etc.).

3. Ingrese datos de la geometría de la carcasa, tubos y deflectores.

Ilustración 60.- Pestaña Shell/Heads, del formulario de especificación

Shell/Heads/Flanges/Tubesheets.


72

Ilustración 61.- Pestaña Layout Parameters, del formulario de especificación Bundle Layout.

Ilustración 62.- Pestaña Baffles, del formulario de especificación Baffles/Supports.

3.3.4 Resumen de resultados.

En la carpeta de especificación Result Summary el usuario puede ver,

entre otros, los siguientes formularios de especificación:

1. Haga clic en el formulario de especificación Warnings & Messages.


73

En este formulario de especificación puede ver una serie de errores,

advertencias y otros mensajes que le ayudarán a utilizar el programa.

Ilustración 63.- Pestaña All, del formulario de especificación Warnings & Messages.

2. Haga clic en el formulario de especificación Recap of Design.

En este formulario de especificación, el usuario puede comparar la

geometría básica y el funcionamiento de dos ó más diseños para un

intercambiador de calor, como se muestra en la ilustración 64.


74

Ilustración 64.- Pestaña Recap of Design, del formulario de especificación Recap of Design.

3.3.5 Resumen mecánico.

En la carpeta de especificación Mechanical Summary el usuario puede ver,

entre otros, los siguientes formularios de especificación:

1. Haga clic en el formulario de especificación Setting Plan & Tubesheet

Layout, para ver, por ejemplo, el plano del intercambiador de calor.

Ilustración 65.- Pestaña Setting Plan, del formulario de especificación Setting Plan &

Tubesheet Layout.

2. Haga clic en el formulario de especificación Cost/Weights, para ver el costo del intercambiador de calor.


75

Ilustración 66.- Pestaña Costs/Weights, del formulario Setting Plan & Tubesheet Layout.

En el “Manual Exchanger Design & Rating”, que se adjunta, puede ver el

resto de los formularios de especificación correspondiente a los resultados de un


CAPÍTILO IV

PARTE EXPERIMENTAL, MODELACIONES Y

RESULTADOS

Capítulo IV: Parte experimental, Modelaciones y Resultados

77

IV - PARTE EXPERIMENTAL MODELACIONES Y

RESULTADOS

En este capítulo se presenta las consideraciones y metodología utilizada en

los tres programas estudiados para el presente Trabajo de Título. Se analizan

también, diferentes casos en cada programa para posteriormente compararlos.

Por último, se analizan los resultados obtenidos.

4.1 ESQUEMA DE DESARROLLO

Este trabajo se realiza sobre la necesidad de la industria por reducir tiempo

y costo al realizar evaluaciones económicas de un proceso, análisis energéticos y

diseños de equipos de transferencia de calor.

El desarrollo del trabajo se ha dividido en las siguientes etapas:

� Modificación de la simulación estacionaria de una planta tipo para la

obtención de Gas Natural Licuado (GNL).

� Definición de los parámetros de inversión para el posterior análisis

económico realizado a través del Aspen Capital Cost Estimator.

� Comparación del resultado obtenido en el Aspen CCE con diferentes

métodos bibliográficos (Lang, Chilton, Holland y Peters-Timmerhaus).

� Definición de las especificaciones de las corrientes de un proceso para

el análisis energético realizado a través del Aspen Energy Analyzer.

� Desarrollo y análisis de diseños para el análisis energético.

� Análisis de diseños recomendados por Aspen Energy Analyzer, a través de la herramienta Recommend Designs.


78

� Definición de las corrientes (componentes y composiciones) y datos del

dimensionamiento para la simulación de un intercambiador de calor a

través del Aspen Exchanger & Rating.

� Análisis de los resultados obtenidos en la simulación de un

intercambiador de calor, a través de Aspen ED&R.

� Comparación de los resultados obtenido en el Aspen ED&R con el

resultado obtenido en Aspen HYSYS, para siete paquetes

termodinámicos.


79

4.2 DATOS Y RESULTADOS

En esta sección se entrega los datos y resultados que se han especificado

para cada programa estudiado.

4.2.1 Modificaciones de la Simulación LNG Plant.

Para el estudio del programa Aspen CCE se utilizó una simulación creada

en Aspen Hysys, ésta es de una planta tipo para la obtención de Gas Natural

Licuado. Dicha simulación es uno de los ejemplos que incluye AspenOne. El

nombre del archivo de dicha simulación es LNG Plant Simulation.

La simulación LNG Plant Simulation originalmente contiene cuatro áreas de

proceso:

1) Purificación del Gas Natural: en esta área se remueve el dióxido de

carbono y el agua del gas natural.

2) Pre-enfriamiento con Propano: en esta área se pre-enfría el gas natural

y el refrigerante mixto compuesto por metano, etano, propano, iso-

butano y nitrógeno

3) Compresión del Refrigerante: en esta área se aumenta la presión del

refrigerante mixto.

4) Licuado del Gas Natural: en esta área el gas natural es convertido en

gas natural licuado. Además, contiene tres intercambiadores tipo LNG,

los cuales se encargan de simular una red de intercambiadores de

calor, pero con el inconveniente que este tipo de intercambiadores no

los dimensiona Aspen Hysys (ver ilustración 69).


80

Ilustración 67.- Esquema general del proceso de obtención de Gas Natural Licuado en Aspen Hysys.

Ilustración 68.- Enfriadores del área de pre-enfriamiento con propano.

Ilustración 69.- Muestra los intercambiadores LNG en el área de licuado del gas natural.

Las modificaciones que se le realizaron a la simulación, son las siguientes:


81

1) Eliminación del área de purificación. Debido a que esta área posee

equipos que no se pueden dimensionar en Aspen Hysys y por ende no

se les puede estimar su costo en el Aspen CCE.

2) Sustitución de los intercambiadores LNG por intercambiadores de calor

tipo Weighted.

3) Los enfriadores del área de pre-enfriamiento con propano (ilustración

68) se sustituyeron por intercambiadores de tipo Weighted y se

agregaron tres compresores de tipo centrífugo.

4) La corriente que ingresa al compresor MR-Comp1, cuyo flujo es de

367.547 CFM, se dividió en dos, debido a que los compresores de tipo

centrífugo admiten como máximo un flujo de 200.000 CFM.

5) Sustitución del enfriador Comp1-Cooler por un intercambiador de calor

de tipo Weighted.

6) Se añadió el área de almacenamiento, la cual consta de dos tanques de

almacenamiento.

Por lo tanto, la simulación quedó de la siguiente manera:

Ilustración 70.- Aspecto general del proceso modificado.


82

Ilustración 71.- Aspecto del área de pre-enfriamiento con propano.

Ilustración 72.- Aspecto del área de compresión del refrigerante.


83

Ilustración 73.- Aspecto del área de licuado del gas natural.

Ilustración 74.- Aspecto del área de almacenamiento.


84

4.2.2 Datos de la Simulación LNG Plant.

A continuación se presenta los valores de la materia prima y producto de la

simulación utilizada en Aspen CCE.

CORRIENTE VARIABLE VALOR

Natural Gas Feed Flujo Másico (Ton/hr) 382,3

Temperatura (ºC) 24,95

Presión (kg/cm2) 51

Fracción de Vapor 1

Tabla 5.- Datos de operación de la materia prima.

CORRIENTE COMPONENTE COMPOSICIÓN (%)

Natural Gas Feed Nitrógeno 6,86

Metano 81,73

Etano 8,1

Propano 2,13

Iso-Butano 0,33

n-Butano 0,52

Iso-Pentano 0,09

n-Pentano 0,11

n-Hexano 0,13

Tabla 6.- Componentes y composición de la materia prima.

CORRIENTE VARIABLE VALOR

LNG Product Flujo Másico (Ton/hr) 343,9

Temperatura (ºC) -163,7

Presión (kg/cm2) 1,5

Fracción de Vapor 0

Tabla 7.- Datos de operación del producto.


85

CORRIENTE COMPONENTE COMPOSICIÓN (%)

LNG Product Nitrógeno 2,71

Metano 84,8

Etano 8,87

Propano 2,33

Iso-Butano 0,36

n-Butano 0,57

Iso-Pentano 0,1

n-Pentano 0,12

n-Hexano 0,14

Tabla 8.- Componentes y composición del producto.

• Equipos del proceso.

A continuación se muestran los equipos que hay en cada área de la

simulación:

ÁREA DE PROCESO TIPO DE EQUIPO EQUIPO

Pre-enfriamiento con propano

Intercambiadores de calor Prechiller1, Prechiller2, Prechiller3, Condenser1, MR-Chill1, MR-Chill2,

MR-Chill3, Condenser2

Compresores K-100, K-101, K102

Compresión del refrigerante

Intercambiadores de calor E-100, Comp1-Cooler,Comp2-

Cooler, Condenser3

Compresores MR-Comp1, MR-Comp2, MR-Comp3

Licuado del gas natural

Intercambiadores de calor E-101, E-102, E-103, E-104, E-105, E-106, E-107, E-108

Separadores Horizontales V-100, V-101, V-102

Área de almacenamiento Tanques de almacenamiento TK-100, TK-101

Tabla 9.- Equipos de cada área del proceso.


86

4.2.3 Aspen Capital Cost Estimator.

Las ecuaciones utilizadas para realizar la estimación del costo de los

equipos del proceso se encuentran en el anexo A y los métodos de estimación de

la inversión del capital fijo se encuentran en el anexo D.

El error relativo de los costos de los equipos y de la inversión del capital fijo

del proyecto, se calcula mediante la ecuación 5.

45 678 9 � :;<=5 >??@ A :;<=5 @? , BC?D�:;<=5 >??@ E · 100% �Ec. 5�

Donde,

- Valor ACCE es el costo entregado por Aspen Capital Cost Estimator.

- Valor EC es el costo entregado por ecuaciones.

- Valor MICF es el costo entregado por los métodos de estimación de la

inversión del capital fijo.

Como se aprecia en la ecuación 5, los errores del costo de los equipos y de

la inversión de capital fijo se calculan con respecto al valor entregado por Aspen

Capital Cost Estimator, debido a la exactitud entregada por el programa para una

planta de metanol (2,14%), evaluada en Aspen IPE versión 2004.2.

A continuación se muestran los datos ingresados, y resultados obtenidos

en el programa Aspen CCE.


87

• Especificaciones económicas.

El proyecto se evalúa a partir de la etapa de ingeniería básica. Otras

especificaciones para el análisis económico, son las siguientes:

- Fecha de inicio = 11 de febrero de 2010

- Vida económica de la planta = 20

- Método de depreciación = Línea recta.

- Periodos para el análisis = 20

- Valor de rescate de la planta = 20%

- Capital de trabajo = 20% del capital fijo de inversión.

- Cargos de operación = 25% del costo de mano de obra de operación

(ya incluye cargos de laboratorio y suministros de operación).

- Gastos generales de la planta = 50% del costo de mano de operación y

mantenimiento.

- Gastos generales y administrativos = 8% del subtotal del costo total de

operación.

- Impuestos = 40%

- Incremento de precios = 0% para capital fijo de inversión; 5% para los

producto; 3.5% para la materia prima; 3% para la mano de obra de

mantenimiento y operación; 3% para los servicios auxiliares.

- Tipo de planta = Procesamiento químico

- Tipo de operación = Continuo 24 hr/día

- Duración del período de puesta en marcha = 20 semanas

- Fluidos de proceso = Líquidos y gases

- Salario de supervisor = 35 dólares/hr

- Salario de operador = 20 dólares/hr

- Electricidad = 0,0775 dólares/KWH

- Combustible = 7,85 dólares/MMBTU

- Gas natural = 2 dólares/MMBTU

- Gas natural licuado = 10 dólares/MMBTU


88

Nota: El incremento de la inversión del capital fijo (ICF) se refiere a cuánto

debe aumentar este capital desde la fecha de la base de datos de costos de

Aspen CCE (2007) hasta el inicio de la ingeniería del proyecto a evaluar (2010).

Es por esta razón que se ingresa como 0% el aumento de la inversión del capital

fijo y se utilizan índices de costos (CEPCI) para ajustar el precio de los materiales,

ya que, la ICF incluye porcentajes contingencias, impuestos, gastos de ingeniería

y salarios, los que no se incrementan significativamente con el tiempo.

• Especificaciones de la planta.

Para realizar una evaluación económica más completa del proceso de

obtención de gas natural licuado se añadieron, en el programa Aspen CCE, los

siguientes elementos

� Elementos añadidos: - Sala de control.

- Almacenamiento.

- Servicio auxiliar: Agua de enfriamiento y, Aire de instrumentación y

de planta.

- Antorcha.

- Sanitario.

- Comedor/cafetería.

- Oficinas.

- Garajes.

- Taller de mantenimiento.

- Estacionamiento.

Las especificaciones del servicio auxiliar de agua de enfriamiento, y del

servicio auxiliar de aire para la planta e instrumentación se muestran en la tabla

10 y 11, respectivamente.


89

OPCIÓN VALOR UNIDAD

Water flow rate 61.261 GPM

Temperature range 10 Delta °C

Approach gradient 4,5 Delta °C

Wet bulb temperature 15,5 °C

Length each heater 6 M

Tabla 10.- Datos de la torre del servicio auxiliar de agua de enfriamiento.

ITEM DESCRIPTION ENTER

PREFERRED VALUE

2.- Ambient Air Conditions

Dry bulb temperature 75

Wet bulb temperature 60

3.- Air Requirements

Instrument air, % excess capacity 15

Plant Air, % excess capacity 15

4.- Air Intake: Screens/Filters

Adjustment to estimated equipment cost 110

Adjustment to estimated weight 110

5.- Compressors

Install a Stand-by Spare Compressor? Yes

Water-cooled or Air-cooled Exchangers Air

6.- Air Storage Receiver(s)

One common main air receiver for both IA and PA No

Install a stand-by spare receiver Yes

7.- Air Dryvers

Common dryver for instrument and plant air No

Install a stand-by spare dryver Yes

8.- Line Filters, Pre-and-Post-Drying

Instrument Air: Number of pre-filters 2

Instrument Air: Number of post-filters 2

Plant Air: Number of pre-filters 2

Plant Air: Number of post-filters 2

Tabla 11.- Especificaciones generales del servicio auxiliar de aire.


90

• Parámetros de diseño, material y datos de dimensionamiento

entregados por Aspen, de los equipos del proceso.

En las tablas siguientes se muestran los parámetros de presión y

temperatura de operación, el material seleccionado y los datos de

dimensionamiento calculados por Aspen CCE, para los equipos del proceso.

INTERCAMBIADORES DE CALOR

TUBOS CARCASA

P op (Psia) T op (°C) P op (Psia) T op (°C)

Comp1-Cooler 80 24 17 -38

Comp2-Cooler 50 20 377 103

Condenser1 50 20 171 30

Condenser2 50 20 171 30

Condenser3 50 20 171 30

E-100 50 20 374 32

E-101 712 -87 32 -112

E-102 683 -114 33 -144

E-103 654 -156 38 -170

E-104 467 -87 32 -112

E-105 467 -114 32 -139

E-106 438 -156 38 -169

E-107 467 -113 33 -125

E-108 467 -87 32 -112

MR-Chill1 469 5 17 -38

MR-Chill2 468 -15 17 -38

MR-Chill3 467 -35 17 -38

Prechiller-1 725 5 17 -38

Prechiller-2 721 -15 17 -38

Prechiller-3 716 -35 17 -38

Tabla 12.- Datos de presión y temperatura de operación de los intercambiadores de calor.


91

SEPARADORES HORIZONTALES

PRESIÓN DE OPERACIÓN (PSIA)

TEMPERATURA DE OPERACIÓN (°C)

V-100 467 -35

V-101 467 -87

V-102 22 -163

Tabla 13.- Datos de presión y temperatura de operación de los separadores.

COMPRESORES PRESIÓN DE

OPERACIÓN DE ENTRADA (PSIA)

TEMPERATURA DE DISEÑO

DE ENTRADA (°C)

PRESIÓN DE OPERACIÓN

DE SALIDA (PSIA)

MR-Comp1 27 -48 80

MR-Comp2 27 -48 80

MR-Comp3 77 24 377

K-100 14 -14 171

K-101 14 -14 171

K-102 14 -14 171

K-103 14 19 171

Tabla 14.- Datos de presión y temperatura de operación de los compresores.

ESTANQUES DE ALMACENAMIENTO

PRESIÓN DE OPERACIÓN (PSIA)

TEMPERATURA DE OPERACIÓN (°C)

TK-100 21 -163

TK-101 21 -163

Tabla 15.- Datos de presión temperatura de operación de los estanques de almacenamiento.

EQUIPOS SECCIÓN MATERIAL TIPO

Intercambiadores de calor

Tubos

Carcasa

Acero inoxidable

Acero inoxidable

304LW

SS304

Compresores Carcasa Acero al carbono CS

Tanques de almacenamiento

Tanque principal

Tanque secundario

Acero criogénico, 9%Ni

Acero al carbono

A353

CS

Separadores Carcasa Acero inoxidable SS304

Tabla 16.- Material seleccionado para cada equipo involucrado en el proceso.


92

SECCIÓN DE AISLACIÓN MATERIAL CANTIDAD (ft 3)

Techo tanque principal Lana de vidrio 108.728

Anular (entre ambos tanques)

Perlita expandida 368.191

Suelo tanque principal Vidrio celular 99.478

Tabla 17.- Materiales de aislación seleccionado para los tanques de almacenamiento.

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

DIÁMETRO (ft) ALTURA (ft)

Principales 234,5 111

Secundarios 244,5 135

Tabla 18.- Dimensiones calculada por Aspen CCE para los tanque de almacenamiento.

COMPRESORES POTENCIA (HP)

MR-Comp1 34.912

MR-Comp2 34.912

MR-Comp3 49.500

k-100 14.461

k-101 41.073

k-102 41.073

k-103 4.456

Tabla 19.- Potencia calculada por Aspen CCE para los compresores.

SEPARADORES PESO (Lb) DIÁMETRO (ft)

V-100 107.500 12

V-101 134.600 13

V-102 13.300 10,5

Tabla 20.- Dimensiones calculados por Aspen CCE para los separadores.


93

La siguiente tabla muestra el área y la cantidad de intercambiadores de

calor (que en la práctica se deberían utilizar) calculada por Aspen CCE, para los

equipos de transferencia de calor de la simulación utilizada.


ÁREA TOTAL (ft 2) NÚMEROS DE

INTERCAMBIADORES

Comp1-Cooler 6.367 1

Comp2-Cooler 7.614 2

Condenser1 17.328 3

Condenser2 98.480 16

Condenser3 4.240 1

E-100 39.284 7

E-101 35.310 6

E-102 3.913 1

E-103 19.578 3

E-104 109.922 17

E-105 9.662 2

E-106 26.028 4

E-107 10.966 2

E-108 7.792 2

MR-Chill1 12.066 2

MR-Chill2 37.902 6

MR-Chill3 117.249 19

Prechiller-1 3.128 1



Tabla 21.- Área calculada por Aspen CCE para los intercambiadores de calor.


94

• Costo de los equipos del proceso.

El costo de compra de los equipos, calculado a través de ecuaciones, es de

USD 171MM y el costo total es de USD 259MM.

Por otro lado, el costo de compra de los equipos, entregado por Aspen

CCE, es de USD 179MM y el costo total es de USD 263MM.

Ver el anexo C para ver los costos de compra y totales de cada equipo del

proceso, calculado a través de ecuaciones y obtenido en el Aspen CCE.

La tabla 22 presenta el error relativo promedio de los costos de compra y

total de los equipos del proceso.

EQUIPOS ERROR RELATIVO PROM. % COSTO COMPRA

ERROR RELATIVO PROM. % COSTO TOTAL

Intercambiadores de Calor 51 33

Compresores 21 17

Separadores Horizontales 56 52

Tanques de Almacenamiento 7 11

Tabla 22.- Error relativo promedio del costo de adquisición y total de los equipos del proceso.


95

• Inversión del Capital Fijo.

Para estimar la inversión de capital fijo a través de los métodos de Lang,

Chilton, Holland y Peters-Timmerhaus se utiliza el costo total de adquisición de los

equipos del proceso (costo de compra + costo de envío), USD 144.181.254. El

costo de envío de los equipos se considera de un 5% del costo de compra de los

equipos.

El costo total de adquisición no incluye el costo de los siguientes equipos:

� Intercambiadores de calor: Condenser1, Condenser2 y Condenser3.

� Compresores de tipo centrífugo: K-100, K-101, K-102 y K-103.

El costo de estos equipos se deja fuera del costo total de adquisición,

debido a que los equipos son parte del servicio auxiliar del proceso y los métodos

de Lang, Chilton, Holland y Peters-Timmerhaus utilizan el costo de los equipos

principales del proceso para estimar la inversión de capital fijo de un proceso.

A continuación se muestran los factores utilizados para los diferentes

métodos de estimación de la inversión de capital fijo.

� Método de Lang (estimación de estudio). En el método de Lang se

utiliza el factor de 4.8, el cual corresponde a una planta de fluidos.

� Método Chilton (estimación preliminar). Para este método se utilizan los

siguientes factores:


96

DESCRIPCIÓN FACTORES DE CHILTON

Costo de compra + envío de los equipos 1

Instalación de los equipos 1,43

Tuberías del proceso 0,35

Instrumentación 0,16

Edificios y terrenos 0,35

Suministros auxiliares 0,25

Líneas exteriores 0,02

Ingeniería y construcción 0,35

Factor de tamaño 0,02

Contingencia 0,15

Tabla 23.- Muestra los factores utilizados para el método de Chilton.

� Método Holland (estimación preliminar). Para este método se utilizan los

siguientes factores:

DESCRIPCIÓN FACTORES DE HOLLAND


Fluidos del proceso 1,47

Tuberías 0,35

Instrumentación 0,075

Edificios y terrenos 0,35

Suministros auxiliares 0,25

Líneas exteriores 0,02

Ingeniería y construcción 0,35

Factor de tamaño 0,02

Contingencias 0,15

Tabla 24.- Muestra los factores utilizados para el método de Holland.


97

� Método de Peters and Timmerhaus (estimación preliminar). Para este

método se utilizan los porcentajes que corresponden a una planta de

fluidos:

DESCRIPCIÓN % DEL COSTO DE

ADQUISICIÓN DE LOS EQUIPOS


Instalación 47

Instrumentación y control 18

Tuberías 66

Eléctrico 11

Edificios 18

Mejoras de terreno 10

Suministros auxiliares 70

Terreno 6

COSTO TOTAL DIRECTO DE LA PLANTA 346

Ingeniería y supervisión 33

Gastos de construcción 41

COSTO TOTAL DIRECTO E INDIRECTO DE LA PLANTA 420

Beneficio contratista (5%*) 21

Contingencias (10%*) 42

Tabla 25.- Porcentajes utilizados para el método Peters and Timmerhaus.

* Porcentaje del costo total directo e indirecto de la planta.


98

La inversión del capital fijo que entrega el Aspen CCE no incluye el costo

del terreno, éste solamente es entregado en el módulo “Analizador Económico”.

El capital fijo de inversión entregado por Aspen CCE es de USD

506.366.868 e incluyendo el costo del terreno resulta una inversión de capital fijo

de total de USD 516.494.205.

La tabla 26 muestra el costo de la inversión de capital fijo, calculados a

través de métodos bibliográficos y el error respecto al costo calculado con el

programa.

MÉTODO CAPITAL FIJO DE INVERSIÓN (MUSD) ERROR %

Lang 692.070 34

Peters, Timmerhaus 696.395 35

Chilton 667.526 29

Holland 658.814 28

Tabla 26.- Resultado de la inversión del capital fijo.

A continuación se entregan los costos de los ítems más importantes de los

métodos de estimación preliminar utilizados en este trabajo y se comparan con los

entregados por Aspen CCE.

ITEMS MÉTODO CHILTON (MUSD)

MÉTODO HOLLAND (MUSD)

ASPEN CCE (MUSD)

Costo de instalación 61.998 67.765 58.093

Tuberías del proceso 72.163 74.181 38.023

Instrumentación 32.989 15.896 3.637

Ingeniería y construcción 153.707 151.701 78.129

Contingencia 65.874 65.015 77.242

Tabla 27.- Costos por ítems de los métodos Chilton, Holland y Aspen CCE.


99

ITEMS MÉTODO PETERS AND TIMMERHAUS (MUSD)

ASPEN CCE (MUSD)

Costo de instalación 67.765 50.367

Tuberías del proceso 95.160 38.023

Instrumentación 25.953 3.637

Eléctrico 15.860 7.727

Ingeniería y supervisión 47.580 38.358

Gastos de construcción 59.114 39.771

Beneficio contratista 30.278 12.459

Contingencia 60.556 77.242

Tabla 28.- Costos por ítems del método Peters-Timmerhaus y AspenCCE.

• Módulo Análisis Económico.

Para el análisis del flujo de caja de un proyecto es recomendable utilizar el

módulo Analisis Económico, debido a que en éste, el usuario puede variar el valor

de las materias primas, del producto, del servicio auxiliar, y ver como varían al

instante, los parámetros económicos (VAN, TIR, PR, etc.). Además en el módulo

Analisis Económico se puede variar un total 72 parámetros, entre los cuales se

puede ingresar información sobre la demolición y número de operadores de la

planta.

El Analizador Económico entrega sugerencias al usuario en varias de las

72 opciones, por ejemplo para la demolición, terreno y personal sugiere:

� De 1 a 2% del capital fijo de inversión para el costo del terreno (2%

opción seleccionada).

� 6,3 semanas de duración para la ingeniería de demolición.

� 0,2% del capital fijo de inversión para el costo de la ingeniería de

demolición.

� 70,4 semanas de duración para la demolición.


100

� 0,9% de la ICF para el costo de demolición.

� 9 semanas de puesta en marcha.

� 9 operadores y 1 supervisor por turno.

Utilizando las sugerencias mencionadas anteriormente, el Analizador

Económico entrega un costo para la demolición de USD 5.570.035 y del terreno

de USD 10.127.337.

La tabla 29 muestra los principales parámetros económicos del proyecto.

PARÁMETRO ECONÓMICO VALOR UNIDAD

VAN 1.517 MMUSD

TIR 44 %

PR 8,3 Años

Tabla 29.- Parámetros económicos del proyecto.


101

4.2.4 Aspen Energy Analyzer.

En el programa Aspen EA, se busca el diseño más económico de una red

de intercambio calórico para el proceso que se muestra en la ilustración 75.

Ilustración 75.- Muestra el proceso de estudio para el análisis energético.

• Datos del problema para el análisis energético.

Del esquema del proceso (ilustración 75) se observa que existen cuatro

corrientes en las que se puede realizar el análisis energético.

Las cuatro corrientes y sus propiedades energéticas se presentan en la

tabla 30, los servicios auxiliares utilizados para el problema, en la tabla 31. Y por

último los datos de dimensionamiento de los intercambiadores y el método de

obtención de su costo se presentan en la tabla 32.


102

CORRIENTE Te (ºC) Ts (ºC) MCp (KW/ºC) ∆Q (KW)

Salida del reactor 270 160 18 1.980

Producto 220 60 22 3.520

Alimentación 50 210 20 3.200

Recirculación 160 210 50 2.500

Tabla 30.- Datos térmicos de las corrientes del proceso.

SERVICIO TEMPERATURA ENTRADA (ºC)

TEMPERATURA SALIDA (ºC)

COSTO (USD/KW *AÑO)

Agua de enfriamiento (cw) 15 20 6,7

Vapor de alta presión (s) 250 249 79

Tabla 31.- Datos de las corrientes de servicio auxiliar.

TIPO INTERCAMBIADOR U (W/m2ºC) COSTO

(USD, m2) OPERACIÓN DE

EQUIPOS (hrs/año)

Calentador 986

16.000 + 3.200*A0,7 8.765 Enfriador 856

Proceso 568

Tabla 32.- Datos de diseño y costo de los intercambiadores de calor.

Para el análisis económico se considera una tasa de retorno del 10%

(ROR) y un tiempo de vida de la planta (PL) de 10 años.

El factor de anualización de los costos está dado por la siguiente fórmula:

FA ��J KLKMNN �OP

QR �Ec. 6�

Para este problema se utiliza un ∆Tmin inicial de 12ºC. La tabla 33 muestra

valores recomendados de ∆Tmin para diferentes sectores industriales.


103

SECTOR INDUSTRIAL ∆TMIN INICIAL

Refinería 20 – 40

Petroquímica 10 – 20

Química 10 – 20

Procesos de baja temperatura 3 – 5

Tabla 33.- Valores de ∆Tmin recomendados.


104

• Algoritmo tabla problema y cascada.

A continuación se muestra la tabla problema típica cuando se resuelve un

problema de análisis energético, de manera manual.

Tabla 34.- Resolución de la tabla problema.


105

De la tabla 35 obtenemos la temperatura “pinch” y los servicios mínimos

requeridos de calefacción y enfriamiento:

VARIABLE VALOR

Pinch ficticio 166 ºC

Pinch Caliente 172 ºC

Pinch Frío 160 ºC

Servicio mínimo de calefacción 680 kW

Servicio mínimo de enfriamiento 480 kW

Tabla 35.- Muestra las variables clave obtenidas de la tabla problema y de la cascada.

De la ecuación 3 obtenemos cinco unidades mínimas de intercambio de

calor, sin considerar el punto pinch, para este problema. Y de la ecuación 4

obtenemos siete unidades de intercambio de calor para la máxima recuperación

energética (MER).

La ilustración 76 muestra las temperaturas “pinch”, los servicios mínimos

requeridos de calefacción y enfriamiento, entregados por Aspen EA, con un ∆Tmin

de 12 ºC.

Ilustración 76.- Valores objetivos calculados por Aspen EA para un ∆Tmin de 12ºC.


106

• Curvas obtenidas manualmente y entregadas por Aspen EA.

En las ilustraciones 77, 78 y 79, se muestran las curvas (Compuesta,

Compuesta Corregida y Gran Curva Compuesta) obtenidas de manera manual y

las entregadas por Aspen EA.

Ilustración 77.- Curvas Compuestas.


107

Ilustración 78.- Curvas Compuestas Corregidas.


108

Ilustración 79.- Gran Curva Compuesta.


109

• Diseño de la red de intercambio de calor óptima.

Para encontrar el diseño óptimo de una red de intercambio de calor se

realizan las siguientes propuestas:

1) El diseño de una RIC para la cantidad mínima de unidades de

transferencia de calor (utilizando este diseño como base se utiliza la

herramienta Recommend Designs para que genere 5 diseños de RIC).

2) El diseño de una RIC que cumpla con los objetivos energéticos, con un

∆Tmin de 12ºC.

3) El diseño de una RIC que cumpla con los objetivos energéticos, con el

∆Tóptimo.

Los intercambiadores de calor son de tipo contracorriente (1-1).

La ilustración 80 muestra el diseño de la RIC de la primera propuesta, la

ilustración 81 muestra un diseño representativo de los diseños generados por la

herramienta Recommend Designs. Para ver los diseños restantes ver el anexo J.

La ilustración 82 y 83 muestran el diseño de la RIC correspondiente

segunda y tercera propuesta, respectivamente.


110

Ilustración 80.- Diseño de la RIC con cinco unidades y ∆Tmin de 12ºC.


111

Ilustración 81.- Diseño de la RIC con cinco unidades y ∆Tmin de 12ºC.


112

Ilustración 82.- Diseño de la RIC con nueve unidades y ∆Tmin de 12ºC.


113

• Obtención del ∆Tóptimo.

El Aspen EA sólo calcula el valor de ∆Tóptimo para intercambiadores de tipo

1 - 2. Por esta razón, en este trabajo se determina de forma manual el valor del

∆Tóptimo.

Para la obtención del ∆Tóptimo se calcula el costo total para varios valores de

∆Tmin. Por lo tanto, el ∆Tóptimo corresponde al que tenga el menor costo total de la

red de intercambio calórico.

∆Tmin COSTO TOTAL (USD/AÑO)

COSTO SERVICIO AUXILIAR (USD/AÑO)

2 ºC 194.883 22.626

4 ºC 175.008 29.474

6 ºC 167.377 36.321

8 ºC 164.534 43.169

9 ºC 164.215 46.593

10 ºC 165.274 50.017

12 ºC 165.586 56.864

14 ºC 167.956 63.712

16 ºC 171.070 70.560

18 ºC 174.733 77.407

Tabla 36.- Obtención del ∆Tóptimo.

De la tabla anterior obtenemos un ∆Tóptimo 9ºC con un valor total para la

red de intercambio calórico de 164.215 USD/año.


114

Ilustración 83.- Diseño de la RIC con siete unidades y ∆Tóptimo de 9ºC.


115

• Costo de inversión de los diseños propuestos.

A continuación se presenta las características y costos correspondientes a

cada red de intercambiadores de calor diseñada.

RIC Nº HXs ∆T (ºC) ÁREA (m 2) SERVICO DE

CALEFACCIÓN (KW)

SERVICIO DE ENFRIAMIENTO

(KW)

Diseño 1 5 12 226 1454 1254

Diseño 2 9 12 455 680 480

Diseño 3 7 9 555 560 360

Tabla 37.- Características de los tres diseños de las redes de intercambiadores de calor propuestas.

RIC COSTO TOTAL (USD/AÑO)

COSTO DE CAPITAL (USD)

COSTO OPERACIONAL

(USD/AÑO)

Diseño 1 202.275 304.969 123.119

Diseño 2 192.417 522.250 56.866

Diseño 3 184.021 529.477 46.594

Tabla 38.- Costos de los tres diseños de las redes de intercambiadores de calor propuestas.


116

• Esquema del proceso con la RIC óptima.

En la ilustración 84, se muestra la RIC derivada del diseño de la propuesta

nº3, el cual representa la RIC óptima.

Ilustración 84.- Muestra el proceso con la red de intercambiadores de calor nueva.


117

4.2.5 Aspen Exchanger Design & Rating.

Para el análisis de las herramientas del Aspen ED&R se utilizaron los datos

de operación y de dimensionamiento de un intercambiador de calor perteneciente

a la empresa Methanex. El flujo y los datos de dimensionamiento del

intercambiador de calor fueron extraídos desde la tesis “Simulación Estacionaria

Usando Aspen Plus”.

Ilustración 85.- Muestra el intercambiador de calor simulado en Aspen HYSYS.

A continuación se muestran los datos ingresados y resultados obtenidos

para la simulación del intercambiador de calor, en los programas Aspen HYSYS y

Aspen ED&R.


118

• Datos de las corrientes del intercambiador de calor.

Por el lado de los tubos (lado caliente) tenemos las siguientes

especificaciones:

TUBOS FLUJO (kg/hr) TEMPERATURA (ºC) PRESIÓN (kg/cm 2)

Entrada 513.899 131,2 84,93

Tabla 39.- Datos de operación del lado de los tubos.

COMPONENTES COMPOSICIÓN MOLAR (%) FÓRMULA

Hidrógeno 0,805 H2

Monóxido de carbono 0,011 CO

Dióxido de carbono 0,011 CO2

Nitrógeno 0,010 N2

Metano 0,096 CH4

Metanol 0,050 CH4O

Agua 0,016 H2O

Tabla 40.- Muestra los componentes y la composición del lado de los tubos.

Por el lado de la carcasa (lado frío) tenemos las siguientes

especificaciones:

CARCASA FLUJO (kg/hr) TEMPERATURA (ºC) PRESIÓN (kg/cm 2)

Entrada 513.904 47,8 86,53

Tabla 41.- Datos de operación del lado de la carcasa.


119

COMPONENTES COMPOSICIÓN MOLAR (%) FÓRMULA

Hidrógeno 0,836 H2

Monóxido de carbono 0,038 CO

Dióxido de carbono 0,025 CO2

Nitrógeno 0,009 N2

Metano 0,088 CH4

Metanol 0,003 C2H6

Agua 0,001 C3H8

Tabla 42.- Muestra los componentes y la composición del lado de la carcasa.

• Geometría seleccionada para el intercambiador de calor.

La geometría seleccionada para el intercambiador de calor es la siguiente:

� Configuración del intercambiador: BEM

� Material del intercambiador de calor: acero inoxidable 304

� Carcasa: - Diámetro interno: 1,56 m

- Diámetro externo: 1,72 m

� Tubos:

- Longitud: 8,1 m

- Diámetro externo: 0,625 in

- Espesor: 0,065 in

- Pitch: 0,875 in

- Arreglo: 30- triangular

- Pasos por los tubos: 1

� Deflectores:

- Numero: 5

- Espacio (centro-centro): 1,35 m

- Orientación: horizontal

- Corte %: 25,3


120

• Resultado de las simulaciones.

Luego de realizar la simulación del intercambiador de calor en Aspen

HYSYS y Aspen ED&R, para siete paquetes termodinámicos, se obtuvieron las

siguientes temperaturas de salida:

PAQUETE TERMODINÁMICO

ASPEN HYSYS TEMPERATURA(ºC) SALIDA

ASPEN ED&R TEMPERATURA(ºC) SALIDA

CARCASA TUBOS CARCASA TUBOS

Peng-Robinson 99,7 99,1 114,9 94,5

PR-BM 105,3 93,3 114,3 92,8

PRMHV2 101,2 93,9 110,1 89,9

PSRK 101,0 98,2 111,9 93,2

RK-Souve 99,9 100,7 115,8 95,7

RKS-BM 102,8 106,5 115,6 94,6

RKSMHV2 101,2 98,2 111,8 93,5

Tabla 43.- Resultado de las temperaturas de salida del intercambiador de calor.

En las simulaciones de ambos programas utilizados, la corriente de salida

por el lado de los tubos presenta un pequeño grado de condensación.

En la siguiente tabla se presentan las fracciones molares de vapor, de la

corriente de salida por el lado de los tubos, obtenidos en Aspen HYSYS y Aspen

ED&R.


121

PAQUETE TERMODINÁMICO ASPEN HYSYS ASPEN ED&R

Peng-Robinson 0,98 0,97

PR-BM 0,98 0,97

PRMHV2 0,98 0,97

PSRK 0,98 0,97

RK-Souve 0,98 0,97

RKS-BM 0,97 0,97

RKSMHV2 0,98 0,97

Tabla 44.- Resultado de las fracciones molares de vapor.

La tabla 45 muestra los errores relativos de las variables analizadas en las

simulaciones, con respecto a los valores del Aspen ED&R.

PAQUETES TERMODINÁMICOS

ERROR % TEMPERATURAS DE SALIDA

ERROR % FRAC. VAPOR

CARCASA TUBOS SALIDA POR LOS TUBOS

Peng-Robinson 13 5 1

PR-BM 8 1 1

PRMHV2 8 5 1

PSRK 10 5 1

RK-Souve 14 5 1

RKS-BM 11 13 0

RKSMHV2 10 5 1

Tabla 45.- Error relativo de las temperaturas de salida y de la fracción molar de vapor.

También se analizó para los mismos paquetes termodinámicos los

componentes condensados en la corriente de salida por el lado de los tubos.

Principalmente, se observa el estado físico de los gases no condensables

(hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno y metano).


122

PAQUETES TERMODINÁ_MICOS

ASPEN HYSYS GASES NO CONDENSABLES

H2 (kg/hr)

CO (kg/hr)

CO2

(kg/hr) N2

(kg/hr) CH4

(kg/hr) Total

(kg/hr)

Peng-Robinson 21 4 90 5 69 189

PR-BM 26 5 198 4 92 324

PRMHV2 247 63 250 53 154 767

PSRK 55 11 92 8 77 242

RK-Souve 17 4 105 5 65 195

RKS-BM 24 39 370 35 402 870

RKSMHV2 84 17 140 15 148 404

Tabla 46.- Flujo de los gases no condensables en fase líquida del Aspen HYSYS.

PAQUETES TERMODINÁ_MICOS

ASPEN ED&R GASES NO CONDENSABLES

H2 (kg/hr)

CO (kg/hr)

CO2

(kg/hr) N2

(kg/hr) CH4

(kg/hr) Total

(kg/hr)

Peng-Robinson 0 0 18 0 0 18

PR-BM 0 0 24 0 0 24

PRMHV2 24 11 108 8 21 172

PSRK 0 0 39 0 2 41

RK-Souve 0 0 18 0 0 18

RKS-BM 0 0 26 0 0 26

RKSMHV2 0 0 66 0 17 83

Tabla 47.- Flujo de los gases no condensables en fase líquida del Aspen ED&R.

La ilustración 86 muestra el resumen de resultado entregado por Aspen

ED&R considerando, para ambas corrientes, el paquete termodinámico Peng

Robinson.

En las figuras 87 y 88 muestran la geometría y el costo del intercambiador

de calor simulado, respectivamente.


123

Ilustración 86.- Resumen de resultados entregado por Aspen ED&R.


124

Ilustración 87.- Muestra la geometría del intercambiador de calor.

Ilustración 88.- Muestra los datos de peso y económicos del intercambiador de calor.


125

4.3 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En esta sección se analizan los resultados expuestos en la sección 4.2, los

cuales fueron entregados por los programas Aspen Capital Cost Estimator, Aspen

Energy Analyzer y Aspen Exchanger Design & Rating.

Con respecto al programa Aspen CCE, se puede decir que la gran

diferencia entre el resultado de los costos dado por las ecuaciones empleadas y el

programa, para los intercambiadores de calor, separadores horizontales y

compresores, se debe a que los costos obtenidos por las ecuaciones dependen

de una ó dos variables. Por el contrario, los costos entregados por Aspen CCE

dependen de la temperatura y presión de operación, material, datos de

dimensionamientos, etc. Únicamente los tanques de almacenamiento presentan

un error relativo aceptable en el costo tanto de adquisición, como total.

En relación al factor de instalación utilizado para los compresores,

separadores horizontales y tanques de almacenamiento, se puede decir que es

aceptable, ya que el error relativo promedio del costo de compra y del costo total

de estos equipos no difiere en más de un 4%.

En cuanto a los métodos de estimación de la inversión de capital fijo,

podemos decir que el resultado obtenido en el método de Lang está en el rango

del error esperado para un método de estimación de estudio (34%). En el caso de

los métodos de estimación preliminar, Holland y Chilton, el resultado obtenido

está levemente por sobre el rango superior del error esperado para un método de

estimación preliminar, 28% y 29% respectivamente. El método de Peters-

Timmerhaus, entregó un 35% de error relativo, esto debe principalmente a la

sobre valoración porcentual del costo en algunos de sus ítems, como por ejemplo:

instrumentación, tuberías, eléctrico, etc.

Analizando los resultados del Aspen EA se puede decir que la temperatura

pinch y los requerimientos energéticos entregados por el programa, son los


126

mismos que resultan al resolver de manera manual la tabla problema. Como

consecuencia de lo anterior, se obtienen las mismas curvas compuesta,

compuesta corregida y gran curva compuesta.

Con respecto al número mínimo de unidades de transferencia de calor que

cumplen con el requerimiento mínimo de energía, se observa que para el caso de

un ∆Tmin de 12ºC no se cumple con el valor teórico (siete), ya que existe una

violación del ∆Tmin en el intercambiador E-102 (ver anexo I). Para corregir este

problema fue necesaria la introducción de dos intercambiadores de calor, de esta

manera se obtiene el diseño nº2.

El diseño nº3, que considera el ∆Tóptimo (9ºC), cumple con el NU,MER teórico

y resulta ser el más económico de los tres diseños propuestos. Con este diseño

se reduce en USD 355.613 el costo total anual, si se considera que el proceso

funciona sin integración energética, con cuatro intercambiadores de calor como se

muestra en la ilustración 75.

Por otro lado, la herramienta de Aspen EA, Recommend Designs, no es de

gran utilidad para encontrar el diseño óptimo de una RIC que cumpla con los

requerimientos mínimos de energía para un proceso simple, ya que, los diseños

creados por esta herramienta presentan violaciones del ∆Tmin y transferencia de

calor a través del punto pinch.

En relación a la simulación realizada de un intercambiador de calor en los

programas Aspen HYSYS y Aspen ED&R, se puede decir que el paquete

termodinámico que entrega los valores más cercanos de temperaturas de salida

del intercambiador de calor y de fracción de vapor, entre ambos programas, es el

de Peng-Robinson-Boston-Mathias (PR-BM).

En la corriente que pasa por los tubos condensa parte de los componentes

no condensables debido al cambio de fase parcial del fluido. En este ámbito, se


127

obtuvo que los paquetes termodinámicos Peng Robinson y Redlich-Kwong-Soave

entregan menor cantidad de condensado de gases no condensables, en ambos

programas.

CAPÍTILO V

CONCLUSIONES

Capítulo V: Conclusiones

129

V - CONCLUSIONES

Luego de analizar los resulados expuestos en el presente trabajo se puede

concluir lo siguiente:

El programa Aspen Capital Cost Estimator brinda ayuda para optimizar el

diseño de un proceso creado en un simulador, ya que, alerta al usuario de

posibles errores en el dimensionamiento de equipos.

Aspen CCE resulta ser una gran herramienta para realizar evaluaciones

económicas, debido a que el programa entrega información con gran detalle de

una planta de proceso en un período corto de tiempo. Ésto permite comparar

diferentes alternativas en etapas iniciales del proyecto.

A través del Aspen CCE se evaluó cuatro métodos de estimación de la

inversión de capital fijo, Lang, Chilton, Holland y Peters-Timmerhaus, dando buen

resultado en los tres primeros métodos.

En referencia al módulo Analizador Económico, se puede decir que es una

herramienta de gran utilidad para obtener la evaluación económica de un

proyecto, debido a que este módulo entrega algunas sugerencias, de acuerdo con

los datos de entrada, para tener mayor exactitud en el flujo de caja. También

permite variar el costo de las materas primas, productos y servicios auxiliares y

ver de manera instantánea con varían los parámetros económicos del proyecto,

de este modo el usuario realiza sensibilizaciones de manera fácil y rápida.

Como desventaja, se puede mencionar que Aspen CCE que no dimensiona

reactores en fase gaseosa.

Capítulo V: Conclusiones

130

El programa Aspen EA es de gran utilidad, ya que en él se pueden crear

varias redes de intercambiadores de calor, compararlas económica y

energéticamente, y de esta manera encontrar la RIC óptima.

Una limitante del Aspen EA es que sólo compara los valores de una red de

intercambiadores de calor de un diseño creado, con los valores objetivo de una

RIC con intercambiadores de tipo 1-2. Además entrega sólo el ∆Tóptimo para una

RIC con intercambiadores del mismo tipo.

Aspen ED&R es una herramienta poderosa para simular intercambiadores

de calor, ya que, con poca información inicial el programa entrega información

altamente detallada. Como por ejemplo: térmica, física (planos), económica, de

vibración del equipo, etc.

De los programas Aspen HYSYS y Aspen ED&R, éste último es el que

mejor simula el comportamiento de los gases no condensables para la corriente

que pasa por los tubos, para los siete paquetes termodinámicos empleados. Con

el paquete termodinámico Peng Robinson y Redlich Kwong Souve, en el

programa Aspen ED&R, se obtiene solamente condensación de dióxido de

carbono en un 0,043% en relación al flujo de entrada de dicho gas.

Para finalizar se puede concluir que se han cumplido los objetivos

planteados en este trabajo de titulación.

CAPÍTILO VI

BIBLIOGRAFÍA

Capítulo VI: Bibliografía

132

VI - BIBLIOGRAFÍA

6.1 FUENTES CONSULTADAS

[1] Aspen Capital Cost Estimator V7.0, User Guide. [2] Aspen Energy Analyzer, Reference Guide. [3] Aspen Energy Analyzer, User Guide. [4] Aspen Exchanger Design & Rating Help. [5] Aspen Physical Property System. [6] MS Peters, KD Timmerhaus. Plant Design and Economics for Chemical

Engineers 4th ed. New York: McGraw-Hill, 1991.

[7] Publicación: Liquefied Natural Gas – Market Challenges and

Opportunities for Innovation, HYDROCARBON WORLD 2007. Versión

PDF obtenida desde el sitio http://www.touchoilandgas.com.

[8] Stanley M. Walas, Chemical Process Equipment: Selection and Design.

Ed. Butterworth – Heinemann, 1990.

[9] Tesis denominada “Simulación Estacionaria Usando Aspen Plus”,

realizada por María Daniela Bañados García.

[10] Tesis denominada “Evaluación Económica Preliminar de Plantas

Químicas Usando Aspen Icarus Process Evaluator 2004.2”, realizada

por José Roberto Esquivel Elizondo. Versión PDF obtenida desde el

sitio http://catarina.udlap.mx.

6.2 INTERNET – SITIOS CONSULTADOS

[1] http://www.ecured.cu/index.php/Simuladores_de_Procesos

[2] http://es.scribd.com/doc/59382271/CEPCI-2011

[3] http://es.scribd.com/doc/30495605/VARIACION-DE-CEPCI

[4]http://es.scribd.com/doc/39185438/DK5739-CH4

ANEXOS

134

A - FÓRMULAS PARA LA ESTIMACIÓN DE COSTOS DE

EQUIPOS

• Intercambiadores de calor tipo Fixed-head (1985).

C UV · UW · UX · YZ

C[ exp�8,821 . 0,30863 · Ln#A$ � 0,0681 · #LnA$^� UV exp�.1,1156 � 0,0906 · Ln#A$�

`abcd ef ghf8iób #g8ic$ UX

100 . 300 j 0,7771 � 0,04981 · #LnA$ 300 . 600 j 1,0305 � 0,07140 · #LnA$ 600 . 900 j 1,1400 � 0,12088 · #LnA$

UW 0,8193 � 0,15984 · #LnA$

Donde,

- A es el área de transferencia de calor del intercambiador en pies cuadrados.

- UW es el factor realcionado con el material del equipo. Acero inoxidable 304.

• Compresores (1981).

C 6490 · #HP$�,l^

Donde HP es la potencia del compresor.

135

• Separadores horizontales (1985).

C mn · YZ � Yo

YZ exp �8,571 . 0,2330 · #LnW$ � 0,04333 · #LnW$^

Yo 370 · q�,^�^r

mn 1,7

Donde,

- W es el peso de la carcasa, en libras.

- D es el diámetro de la carcasa, en pies.

- mn es el factor relacionado con el material del equipo. Acero inoxidable

304.

• Tanques de almacenamiento (2007).

El costo de cada tanque de almacenamiento se considera como USD

400/m3 de gas natural licuado almacenado.

• Factor de instalación de los equipos.

EQUIPO FACTOR

Intercambiadores de calor 1,9

Compresores 1,3

Separadores horizontales 1,7

Tanque de almacenamiento 1,5

136

B - CHEMICAL ENGINEERING PLANT COST INDEX DE

1950 A 2010

AÑO CEPCI AÑO CEPCI AÑO CEPCI

1950 73,9 1974 164,4 1993 359,2

1953 84,7 1975 182,4 1994 368,1

1955 88,3 1976 192,1 1995 381,1

1958 99,7 1977 204,1 1996 381,7

1959 101,8 1978 218,8 1997 386,5

1960 102 1979 238,7 1998 389,5

1961 101,5 1980 261,2 1999 390,6

1962 102 1981 297 2000 394,1

1963 102,4 1982 314 2001 394,3

1964 103,3 1983 316,9 2002 395,6

1965 104,2 1984 322,7 2003 401,7

1966 107,2 1985 325,3 2004 442,2

1967 109,7 1986 318,4 2005 468,2

1968 113,6 1987 323,8 2006 499,6

1969 119 1988 342,5 2007 525,4

1970 125,7 1989 355,4 2008 575,4

1971 132,3 1990 357,6 2009 511,8

1972 132,3 1991 361,3 2010 550,8

1973 144,1 1992 358,2

137

C - COSTO DE LOS EQUIPOS DEL PROCESO

La siguiente tabla muestra el costo de adquicisión obtenido a través de

ecuaciones y el costo entregado por Aspen CCE.

EQUIPO (CANTIDAD) ECUACIONES (USD) ASPEN CCE (USD) ERROR %


Comp1-Cooler 278.558 210.400 32

Comp2-Cooler 441.545 330.900 33

Condenser1 (3) 752.160 608.900 24

Condenser2 (16) 4.296.497 3.385.200 27

Condenser3 180.916 162.00 12

E-100 (7) 2.321.473 1.588.600 46

E-101 (6) 2.778.140 1.496.900 86

E-102 299.743 186.800 61

E-103 (3) 1.556.164 801.600 94

E-104 (17) 6.572.974 4.148.000 59

E-105 (2) 565.485 401.100 41

E-106 (4) 1.557.089 978.000 59

E-107 (2) 646.996 447.400 45

E-108 (2) 452.036 334.600 35

MR-Chill1 (2) 717.094 466.800 54

MR- Chill2 (6) 2.261.586 1.445.800 56

MR-Chill3 (19) 6.982.123 4.494.000 55

Prechiller1 238.246 154.000 55

Prechiller2 467.349 250.500 87

Prechiller3 (2) 709.765 429.500 65

COMPRESORES

MR-Comp1 9.524.689 8.011.000 19

MR- Comp2 9.524.689 8.011.000 19

MR-Comp3 12.682.111 16.407.500 23

K-100 4.568.795 6.064.900 25

138

K-101 11.054.782 16.059.800 31

K-102 11.054.782 16.059.800 31

K-103 2.201.912 2.195.200 0,3


V-100 343.717 619.300 45

V-101 409.482 761.700 46

V-102 83.682 47.300 77

TANQUES DE ALMACENAMIENTO

TK-100 37.950.372 40.981.400 7

TK-101 37.950.372 40.9814.00 7

En la tabla que a continuación se presenta, muestra el costo total de los

equipos obtenido a través de ecuaciones y el costo entregado por Aspen CCE.

EQUIPO (CANTIDAD) ECUACIONES (USD) ASPEN CCE (USD) ERROR %


Comp1-Cooler 529.260 463.000 14

Comp2-Cooler 838.935 569.300 47

Condenser1 (3) 1.429.104 888.600 61

Condenser2 (16) 8.163.343 6.946.100 18

Condenser3 343.740 321.800 7

E-100 (7) 4.410.798 2.202.300 100

E-101 (6) 5.278.466 3.401.000 55

E-102 569.511 584.600 3

E-103 (3) 2.956.711 1.704.300 74

E-104 (17) 12.488.650 11.474.800 9

E-105 (2) 1.074.421 935.900 15

E-106 (4) 2.958.470 1.945.900 52

E-107 (2) 1.229.292 1.121.200 10

E-108 (2) 858.869 853.500 0,6

MR-Chill1 (2) 1.362.479 904.700 51

MR- Chill2 (6) 4.297.013 2.294.200 87

MR-Chill3 (19) 13.266.035 11.973.500 11

139

Prechiller1 452.668 457.300 1

Prechiller2 887.963 643.800 38

Prechiller3 (2) 1.348.554 1.158.700 16

COMPRESORES

MR-Comp1 12.382.095 9.838.200 26

MR- Comp2 12.382.095 9.838.200 26

MR-Comp3 16.486.745 17.888.100 8

K-100 5.939.434 6.588.300 10

K-101 14.371.216 17.045.600 16

K-102 14.371.216 17.045.600 16

K-103 2.862.486 2.465.200 16


V-100 584.319 1.098.300 47

V-101 696.120 1.407.900 51

V-102 142.259 336.600 58

TANQUES DE ALMACENAMIENTO

TK-100 56.925.558 64.214.600 11

TK-101 56.925.558 64.214.600 11

140

D - DETALLE ECONÓMICO DE LOS EQUIPOS DEL

PROCESO

141

142

E - MÉTODOS BIBLIOGRÁFICOS PARA EL CÁLCULO DE LA

INVERSIÓN DE CAPITAL FIJO.

• Método de Lang.

TIPO DE PLANTA CAPITAL FIJO DE INVERSIÓN

Planta de sólidos 3,9

Planta mixta 4,1

Planta de fluidos 4,8

C m · s 4

Donde,

- F es el factor de Lang, que depende del tipo de planta.

- E es el costo de compra de los equipos principales del proceso.

143

• Método de Peters and Timmerhaus.

DESCRIPCIÓN PLANTA DE SÓLIDOS* PLANTA MIXTA* PLANTA DE

FLUIDOS*

Delivered equipment cost 100 100 100

Purchased-equipment installation 45* 39* 47*

Instrumentation and control 9* 13* 18*

Piping 16* 31* 66*

Electrical 10* 10* 11*

Buildings 25* 29* 18*

Yard improvements 13* 10* 10*

Service facilities 40* 55* 70*

Land 6* 6* 6*

TOTAL DIRECT PLANT COST 264 293 346

Engineering and supervisión 33* 32* 33*

Construcction expenses 39* 34* 41*

TOTAL DIRECT AND INDIRECT PLANT COSTS 336 359 420

Contractor’s fee (5%**) 17 18 21

Contingency (10%**) 34 36 42

FIXED-CAPITAL INVESTMENT 387 413 483

* Porcentajes del costo de compra + envío de los equipos. ** Porcentaje del costo total directo e indirecto de la planta.

144

• Método de Chilton.

En las dos tablas siguientes se muestran los factores del método de

Chilton.

ÍTEMS FACTOR RANGES

1. Delivered equipment cost 1.0

2. Installed equipment cost 1.43

3. Process piping

Type of plant

Solid 0.07 - 0.10

Solids and fluid 0.10 - 0.30

Fluid 0.30 - 0.60

4. Instrumentation

Amount

None 0.03 - 0.05

Some 0.05 - 0.12

Extensive 0.12 - 0.20

5. Buildings and site development

Type of plant

Outdoor 0.10 - 0.30

Outdoor-indoor 0.30 - 0.60

Indoor 0.60 - 1.00

6. Auxiliaries

Extent

Existing 0

Minor addition 0 - 0.05

Major addition 0.05 - 0.25

New facilities 0.25 - 1.00

7. Outside lines

Average length

Short 0 - 0.05

145

Intermediate 0.05 - 0.15

Long 0.15 - 0.25

8. TOTAL PHYSICAL PLANT COSTS tuvw xwyz { · |}~�w. xwyz� � s }~�w. u} w�y xwyzv�

��

9. Engineering and construction

Complexity

Simple 0.20 - 0.35

Difficult 0.35 - 0.60

10. Contingencies

Process

Firm 0.10 - 0.20

Subject to change 0.20 - 0.30

Speculative 0.30 - 0.50

11. Side factor

Size of plant

Large commercial unit >$10MM 0 - 0.05

Small commercial unit $0.5MM to $10MM 0.05 - 0.15

Experimental unit<$0.5MM 0.15 – 0.35

12. TOTAL INDIRECT PLANT COSTS ��t · s }~�w. u} w�y xwyzv��

�

TOTAL FIXED PLANT COST TPPC* + TIPC**

Para estimar el costo de cada ítem, se multiplica el costo del equipo

instalado por el factor correspondiente.

* Costo total físico de la planta, por sus siglas en inglés. ** Costo total indirecto de la planta, por sus siglas en inglés.

146

• Método de Holland.

�� · �{ · �� · ��

tw� = fixed capital cost of plant

ty� = major process equipment cost, delivered

�� = 1.45 for solids processing

�� = 1.39 for mixed solids – fluid processing

�� = 1.47 for fluid processing

�{ = 1 + f1 + f2 + f3 + f4 + f5

�� = 1 + f6 + f7 + f8

Process piping factor range: Engineering and construction factor ranges:

f1 = 0.07 - 0.10 for solids processing f6 = 0.20 - 0.35 for straightforward plants

f1 = 0.10 - 0.30 for solids-fluid processing f6 = 0.35 - 0.50 for complex plants

f1 = 0.30 - 0.60 for fluid processing Size factor ranges:

Instrumentation factor ranges: f7 = 0 - 0.05 for large plants

f2 = 0.02 - 0.05 for little automatic control f7 = 0.05 - 0.15 for small plants

f2 = 0.05 - 0.10 for some automatic control f7 = 0.15 - 0.35 for experimental units

Buildings factor ranges: Contingency factor ranges:

f3 = 0.05 - 0.20 for outdoor units f8 = 0.10 - 0.20 for a firm process

f3 = 0.20 - 0.60 for mixed indoor outdoor units

f8 = 0.20 - 0.30 for a process subject to change

f3 = 0.60 - 1.00 for indoor units

Facilities factor ranges:

f4 = 0 - 0.05 for minor additions

f4 = 0.05 - 0.25 for major additions

f4 = 0.25 - 1.00 for a new site

Outside lines factor ranges:

f5 = 0 - 0.05 for existing plant

f5 = 0.05 - 0.15 for separated units

f5 = 0.15 - 0.25 for scattered units

147

F - COSTO DE LA INVERSIÓN DEL CAPITAL FIJO

ENTREGADO POR ASPEN CCE

148

G - FLUJO DE CAJA DEL PROYECTO

A continuación se presenta la 1era parte del flujo de caja, entregado por el

módulo “Analizador Económico”.

Los valores que se encuentran entre paréntesis, son valores negativos.

149

A continuación se muestra la 2da parte del flujo de caja del proyecto. En

esta parte se presenta un gráfico el cual analiza la variación del VAN con respecto

al tiempo.

Para finalizar, el Analizador Económico indica cuanto capital se gasta por

período, hasta la puesta en marcha de la planta.

Los gastos de demolición y del terreno se destacan, ya que sólo se pueden

obtener desde el Analizador Económico.

150

151

H - CALENDARIO DEL PROYECTO

A continuación se muestra el calendario del proyecto, hasta el año 5.

152

I - VIOLACIÓN DEL ∆TMIN EN EL DISEÑO N°2

A continuación se presenta el diseño de la RIC, que exhibe una violación

del ∆Tmin en el intercambiador de calor E-102.

153

J - DISEÑOS RECOMENDADOS POR ASPEN ENERGY

ANALYZER

154

Documents

“SIMULACIÓN DE INTERCAMBIADORES DE CALOR, DISEÑO DE · PDF fileSe utilizó el programa Aspen Capital Cost Estimator para estimar el costo de equipos y el costo de la inversión