Claves para Seleccionar el Modelo Termodinámico Correcto en HYSYS
- Pavel Gonzalez
- 4 oct
- 8 Min. de lectura
Actualizado: 13 oct
Elegir el modelo termodinámico adecuado es una de las decisiones más importantes al simular un proceso químico. Una elección incorrecta puede llevar a errores que afectan el diseño de equipos y la rentabilidad del proceso.
En esta guía te explicamos, de forma práctica, cómo seleccionar el paquete de propiedades más apropiado según el proceso, el tipo de fluido y las condiciones operativas.
La Predicción de las Propiedades
La selección de un paquete termodinámico correcto es esencial para que la simulación de procesos arroje resultados válidos, la precisión del modelo dependerá de la capacidad del método seleccionado para predecir el comportamiento de las fases y las propiedades del sistema en condiciones de operación específicas.
Debemos entender que en Aspen HYSYS, los principales enfoques termodinámicos se dividen en tres grandes categorías, cada una con un enfoque fundamentalmente diferente para modelar el comportamiento del fluido.
Tipos de Modelos Termodinámicos en HYSYS
Las Ecuaciones de Estado (EOS)
Las Ecuaciones de Estado (EOS) son modelos matemáticos que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un fluido y se utilizan para modelar el comportamiento de sistemas de fase simple, doble y triple.
¿Cuando se deben emplear las Ecuaciones de Estado?
En general las ecuaciones de estado son preferibles para cualquier sustancia no polar, por su amplio rango de amplicacion y su precisión. Algunas de sus ventajas son:
Fueron desarrolladas originalmente para tratar sistemas de gas de hidrocarburos.
Han demostrado ser muy confiables para predecir las propiedades de la mayoría de los fluidos basados en hidrocarburos en un amplio rango de condiciones de operación.
Su aplicación se centra principalmente en componentes no polares o ligeramente polares.
Las EOS son rigurosas y resuelven la mayoría de los sistemas de fase simple, doble y triple con un alto grado de eficiencia y fiabilidad.
Las EOS generan todas las propiedades de equilibrio y termodinámicas requeridas directamente, incluyendo coeficientes de fugacidad, y cálculos de entalpía y entropía.
Algunas de las Ecuaciones de Estado (EOS) usadas comunmete en HYSYS son:
• Peng-Robinson (PR)
• Soave-Redlich-Kwong (SRK)
• PRSV
• Lee-Kesler Plocker (LKP)
• Kabadi Danner (KD)
• BWRS y MBWR
Modelos de Coeficiente de Actividad (Activity Models)
Los Modelos de Actividad se basan en el concepto de exceso de energía de Gibbs y utilizan el concepto de composición local para predecir las propiedades de los fluidos.
Características de los Modelos de Actividad
Están diseñados para manejar sistemas químicos que no tienen comportamiento ideal.
Son mucho más empíricos (requieren validación experimental y/o data industrial).
Se limitan a realizar cálculos solo para la fase líquida.
Requieren un enfoque de modelo dual: se emplea una EOS para predecir el comportamiento de la fase vapor, mientras que el modelo de actividad se usa para la fase líquida.
Debido a su naturaleza empírica y al ajuste de parámetros con datos experimentales dentro de un rango específico, no se pueden utilizar de manera confiable para la aplicación generalizada o para la extrapolación a condiciones operativas no probadas.
Los Modelos de Actividad son utiles para analizar la fase líquida, especialmente en mezclas de componentes polares.
¿Cuándo se recomienda el uso de Modelos de Actividad en una Simulación?
En General es recomendable usarlos en caso de líquidos No ideales, con componentes polares (fluidos electrolíticos), es decir que sus moléculas se reordenan en la presencia un campo eléctricos.
• Sistemas Químicos No Ideales con componentes polares como alcoholes o ésteres.
• Sistemas a Baja Presión, generalmente por debajo de 10 bares.
• Prediccion de Equilibrio Líquido-Líquido (LLE)
Algunos Modelos de Actividad disponible en HYSYS son:
NRTL (Non-Random-Two-Liquid) Capaz de representar VLE, LLE y VLLE.
UNIQUAC (Universal Quasi Chemical): Capaz de representar LLE, VLE y VLLE.
Wilson
Margules y van Laar
Métodos Semi-Empíricos (Chao Seader & Grayson Streed)
Los métodos Chao Seader (CS) y Grayson Streed (GS) son métodos semi-empíricos más antiguos que combinan correlaciones empíricas con principios termodinámicos, pero con limitaciones específicas de rango.
Características de los Métodos Semi-Empíricos
HYSYS Utiliza solo los datos de equilibrio (K-values) producidos por estas correlaciones.
Las entalpías y entropías de las fases líquida y vapor se calculan con el modelo de Lee-Kesler
En cálculos trifásicos, están restringidos al uso de H₂O pura como la segunda fase líquida (fase acuosa).
¿Cuándo se recomienda el uso de Modelos Semi-Empíricos en una Simulación?
Chao Seader (CS): Se utiliza para hidrocarburos pesados.
Grayson Streed (GS): Es una extensión del método Chao Seader con un énfasis especial en el hidrógeno. Se recomienda para simular sistemas de hidrocarburos pesados con un alto contenido de hidrógeno y puede ser preciso en la simulación de torres de vacío.
Diferencias Clave entre los Modelos Termodinámicos usados por HYSYS
Claves para seleccionar el Modelo Termodinámico Correcto en Aspen HYSYS
La selección del Paquete de Propiedades es crucial, ya que debe adaptarse a las características del sistema que se simula, como la presión, la temperatura, el grado de no-idealidad y la presencia de fases múltiples.
Tomando como base las recomendaciones de Aspen, te ofrecemos las siguientes Claves para Seleccionar el Modelo Termodinámico Correcto en HYSYS considerando el tipo de fluido y las condiciones de operación que se desea simular..
Asistente de HYSYS para Selección de Metodo Termodinámico
Siempre que sea posible puedes acudir al asistente del propio software a traves de su ayuda (Show Help), y buscar el " Property Package Selection Assistant"; esto te permitirá navegar entre diferentes procesos o tipos de fluido y verificar si tu proceso se ajusta a los alcances y las recomendaciones de uso para este paquete.
A continuación se muestra una vista del asistente donde se categorizan diferentes tipos procesos , se debe seleccionar el mas parecido al que se desee modelar y a continuacion mostrará las opciones disponibles y sus rango sugeridos.
Conclusiones:
La selección del paquete de fluidos no es un paso trivial, sino el fundamento sobre el que se apoya toda la simulación de procesos en Aspen HYSYS. La elección correcta depende intrínsecamente del sistema químico, los componentes presentes y las condiciones de operación, principalmente presión y temperatura. Dedicar el tiempo necesario para analizar estas variables y seleccionar el paquete más adecuado desde el inicio no es una pérdida de tiempo; es la mejor inversión para garantizar la confiabilidad, precisión y validez de los resultados obtenidos. Un modelo robusto comienza con una termodinámica correcta..
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El Autor:
Pavel Gonzalez Trujillo
Ingeniero Mecánico / Diplomado en Ingeniería de Gas Natural
20 años de Experiencia en Proyectos EPC en la Disciplina Procesos
Instructor en:
Simulación de Procesos Químicos con Aspen HYSYS & Aspen Plus
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