Claves para Seleccionar el Modelo Termodinámico Correcto en HYSYS
- Pavel Gonzalez
- 4 oct 2025
- 8 Min. de lectura
Actualizado: 13 oct 2025
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
Característica | Ecuaciones de Estado (EOS) | Modelos de Actividad | Métodos Semi-Empíricos (CS/GS) |
Idealidad/Polaridad | Ideal para componentes no polares o ligeramente polares (Hidrocarburos). | Diseñados para componentes polares. | Diseñados para hidrocarburos pesados y mezclas H₂/HC. |
Rango de Presión | Alta Presión (> 10 bares). Son más robustos para condiciones críticas y amplios rangos. | Baja a Moderada Presión (< 10 bares). Su precisión disminuye con el aumento de P y T. | Rangos de presión y temperatura intermedios, con límites estrictos de aplicabilidad |
Fases Calculadas | Calcula ambas fases (Vapor y Líquido) directamente y de forma rigurosa. | Calcula solo la fase líquida, requiere un modelo EOS para la fase vapor. | Solo calcula datos de equilibrio (K-values); usa Lee-Kesler para entalpía/entropía. |
Capacidad de Extrapolación | Buena. Se pueden aplicar a un amplio rango de condiciones y composiciones con mayor confianza. | Pobre. Son empíricos y deben limitarse a la región donde se ajustaron los parámetros experimentales. | Pobre. Restringidos a rangos definidos de temperatura, presión y composición. |
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..
Modelo Termodinámico | Tipo de Fluido o Aplicación | Condiciones y Recomendaciones Clave |
Ecuaciones de Estado Cúbicas y Generales (EOS) | ||
Peng-Robinson (PR) | Aplicaciones de petróleo, gas y petroquímicos. Separación de aire. Fluidos de hidrocarburos. Sistemas con mercurio (Hg). | El más recomendado, resuelve rigurosamente la mayoría de los sistemas de fase simple, doble y triple. Ideal para cálculos de Equilibrio Líquido-Vapor (VLE). Temperatura > -271°C (-456°F) y Presiones hasta 100,000 kPa (15,000 psia) |
Soave-Redlich-Kwong (SRK) | Aplicaciones de petróleo, gas y petroquímicos. Fluidos de hidrocarburos. Sistemas con mercurio (Hg). | Proporciona resultados generalmente similares a PR. Temperatura > -143 °C (-225 °F) y Presión < 5,000 psia (35,000 kPa) |
PRSV | Sistemas moderadamente no ideales, como sistemas agua-alcohol y algunos hidrocarburo-alcohol. Fluidos de hidrocarburos. Separación de aire. | Recomendado si hay compuestos polares presentes. Utiliza una modificación de la ecuación PR para una mejor predicción de la presión de vapor. Recomendado a Altas Presiones (>10 bares). |
Kabadi-Danner (KD) | Sistemas hidrocarburo-agua (VLLE). | Una modificación de SRK para mejorar los cálculos de Equilibrio Vapor-Líquido-Líquido (VLLE), particularmente en regiones diluidas. Recomendado a Altas Presiones (>10 bares). |
Lee-Kesler Plocker (LKP) | Sustancias y mezclas no polares. | El método general más preciso para sustancias no polares y mezclas. Se recomienda a Altas Presiones (>10 bares). |
BWRS | Aplicaciones de compresión y estudios de fase gas. | Específicamente para componentes en fase gas que manejan termodinámica compleja durante la compresión. |
Cubic Plus Association (CPA) | Fluidos con componentes polares/asociativos: agua, alcoholes, glicoles (MEG, DEG, TEG), ácidos orgánicos. Deshidratación con glicol. Inyección de metanol. Estudios de formación de hidratos. Sistemas con mercurio. | Combina SRK con el término de asociación Wertheim. Recomendado para Deshidratación con Glicol (uso preferido sobre Glycol Package para casos V10+). Recomendado a Altas Presiones (>10 bares). |
Métodos Semi-Empíricos / Basados en Presión de Vapor | ||
Chao Seader (CS) | Hidrocarburos pesados. | Presión < 10342 kPa (1500 psia) y Temperatura entre -18 y 260 °C (0-500 °F). Solo se usa el equilibrio; las entalpías y entropías usan el método Lee-Kesler. |
Grayson Streed (GS) | Hidrocarburos pesados con alto contenido de hidrógeno. Torres de vacío y atmosféricas. | Presión < 20,000 kPa (3000 psia) y Temperatura entre -18 y 425 °C (0-800 °F). Es una extensión de Chao Seader con énfasis en el hidrógeno. |
Braun K10 / Esso Tabular | Sistemas de hidrocarburos pesados. Torres de vacío (presión < 10 mmHg). | Aplicable estrictamente a Bajas Presiones (<100 psia / <700 kPa). No se recomienda para VLE a altas presiones o con grandes cantidades de hidrocarburos ligeros. |
Modelos de Actividad | ||
NRTL, Ext. NRTL, Gen. NRTL | Sistemas altamente no ideales. Procesos ambientales. | Solo realiza cálculos para la fase líquida; requiere la especificación de un modelo de fase vapor. Apropiado a Bajas Presiones (<10 bares). |
UNIQUAC | Sistemas de Equilibrio Líquido-Líquido (LLE). Procesos ambientales. | Apropiado a Bajas Presiones (<10 bares). |
Wilson / Margules / van Laar | Sistemas no LLE (Wilson), sistemas que exhiben desviaciones positivas o negativas de la Ley de Raoult (van Laar). Sistemas no ideales débiles (Wilson). | Apropiado a Bajas Presiones (<10 bares). Wilson no soporta Equilibrio Líquido-Líquido (LLE). |
Paquetes Especializados de Limpieza de Gases Ácidos (Acid Gas Cleaning) | ||
Acid Gas - Chemical Solvents | Eliminación de H₂S, CO₂ y otros gases ácidos utilizando solventes químicos (aminas: MDEA, MEA, DEA, PZ, etc.). Sistemas Gas-Líquido (absorbedores). | Basado en Electrolyte NRTL (líquido) y Peng-Robinson (vapor). Adecuado para bajas presiones parciales de gases ácidos. Soporta el modo Dinámico (con la opción Reduced Order Model). |
Acid Gas – Physical Solvents | Eliminación de gases ácidos utilizando solventes físicos (DEPG, Metanol, Genosorb™ 1753). | Basado en PC-SAFT (para DEPG) o CPA (para Metanol). Favorable para la eliminación a granel (bulk removal) a Alta Presión. Siempre utiliza el modelo Advanced Modeling (rate-based) o Equilibrium. |
Acid Gas - Liquid Treating | Eliminación de gases ácidos de hidrocarburos líquidos (LPG/NGL) utilizando solventes de amina. Sistemas Líquido-Líquido (extractores). | Utiliza el mismo marco termodinámico que Chemical Solvents, pero optimizado para Equilibrio Líquido-Líquido (LLE) con hidrocarburos ligeros (etano, propano). No debe usarse para absorbedores tradicionales Gas-Líquido. |
Acid Gas - Caustic Wash (V11+) | Modelado del proceso de lavado cáustico (Caustic Wash). Adecuado para alimentaciones de hidrocarburos líquidos y de vapor que contienen H₂S y mercaptanos ligeros. | Utiliza Peng-Robinson (vapor) y Electrolyte NRTL (líquido). Soporta columnas absorbedoras y extractoras líquido-líquido. |
Paquetes Especializados Misceláneos | ||
OLI_Electrolyte | Modelado de sistemas químicos acuosos y complejos (electrolitos, sales, ácidos). | Rango de aplicabilidad: Temperatura 0–300 °C, Presión 0–1500 atm, Fuerza Iónica 0–30 molal. No puede compartir el flowsheet con otros paquetes. |
Hydrogen Package (V14+) | Mezclas que contienen hidrógeno con conversión orto/para. Procesos criogénicos que involucran hidrógeno. | Las propiedades se calculan a partir de orto-hidrógeno y para-hidrógeno utilizando la EOS Peng-Robinson de HYSYS. Contiene parámetros mejorados de H2 con otros componentes. |
Clean Fuels Pkg | Sistemas que contienen tioles e hidrocarburos (para VLE preciso). | Diseñado para la representación precisa de VLE en estos sistemas. |
ASME Steam / NBS Steam / IAPWS-IF97 | Flujos de Agua Pura (H2O). | Restringido al componente H2O. Utiliza las tablas de vapor específicas (por ejemplo, ASME 1967 o NBS 1984). |
Glycol Package | Deshidratación de gas utilizando TEG (Trietilenglicol). | Utiliza la EOS TST. Recomendado para casos legacy o cuando se requiere un rendimiento más rápido, aunque se recomienda CPA para V10+. |
Sour Water | Eliminación de H₂S, NH₃ y otros contaminantes del agua (agua agria). | Basado en la EOS Peng-Robinson y Electrolyte NRTL. |
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