NO SE JUEGA CON LAS PROPIEDADES FÍSICAS PARA SIMULACIONES RESUMEN POR: CORRAL PALAFOX J. R. El objetivo de este artículo es encontrar buenos valores para los parámetros de propiedades físicas inadecuadas o inexistentes, esto es la clave para una simulación exitosa. Y esto depende de la elección de los métodos de estimación adecuados. Los ingenieros químicos usan el proceso simulación para realizar muchos trabajos importantes. Estos trabajos varían desde cálculos de balances de masa y energía de grandes diagramas de flujo hasta predecir el rendimiento de alternativas de proceso que pueden ahorrar millones de dólares. Hoy, un solo ingeniero puede configurar las especificaciones básicas de simulación, incluidas las propiedades físicas, en muy poco tiempo. Sin embargo, las propiedades físicas faltantes o inadecuadas pueden truncar la precisión de un modelo o incluso impedir que se realice la simulación. La falta de información requerida no es una falla en el simulador. Después de todo, para la mayoría de los compuestos, los parámetros de propiedades físicas no se conocen para todos los modelos termodinámicos o para todos los rangos de temperatura o presión. Los modelos tienen suposiciones incorporadas y límites prácticos que deberían aplicarse. La descripción exitosa de las propiedades físicas que se utilizarán en una simulación implica cinco tareas: 1. Seleccionar los métodos apropiados de propiedad física; 2. Validar las propiedades físicas; 3. Describir los componentes que no son del banco de datos (especies químicas o compuestos) y los parámetros faltantes. 4. Obtener y usar datos de propiedad física; y 5. Estimar cualquier parámetro de propiedad faltante. Seleccionar los métodos de propiedad física apropiados Este primer paso es esencial, afectará todas las tareas posteriores en el desarrollo de propiedades físicas precisas en la simulación. De hecho, la elección de los modelos de propiedad física para una simulación puede ser una de las decisiones más importantes para un ingeniero. Los cuatro factores que debe considerar al elegir los métodos de propiedad son: • • • • La naturaleza de las propiedades de interés; La composición de la mezcla; El rango de presión y temperatura; y La disponibilidad de parámetros. Para facilitar la selección de los métodos correctos de propiedad física, sugerimos usar los árboles de decisión que se muestran en las Figuras 1-3. Estos árboles se basan en los cuatro factores para seleccionar métodos de propiedad, y pueden usarse cuando se conocen los componentes químicos y los rangos aproximados de temperatura y presión. Si bien estos diagramas son simplificaciones, muestran los pasos básicos del proceso de toma de decisiones, mientras que las notas en la barra lateral amplifican algunos de los puntos clave. La elección puede afectar fuertemente la predicción de la simulación. Se debe seleccionar una colección de métodos que predigan mejor las propiedades o los resultados que sean de interés. Debido a que muchas simulaciones de procesos químicos incluyen destilación, separación o evaporación, una consideración potencial importante para la elección de modelos de propiedades físicas es el equilibrio vapor / líquido (EVL). Esta es el área en la que la mayor parte del trabajo de propiedad física se centra en la ingeniería química. El equilibrio líquido / líquido (ELL) también se vuelve importante en procesos como la extracción con solventes y la destilación extractiva. Otra consideración crítica es la entalpía de componentes puros y mezclas. Las entalpías y las capacidades de calor son importantes para las operaciones de la unidad, como intercambiadores de calor, condensadores, columnas de destilación y reactores. Además, la densidad, la viscosidad, el pH y la conductividad térmica pueden ser esenciales para otros cálculos del proceso. Las propiedades de transporte son importantes cuando se realizan cálculos de dimensionamiento de equipos. Además, procesos como la metalurgia y la minería requerirán cálculos para equilibrios de fase, incluidos los sólidos. La composición influirá en todas las propiedades, debido a la forma en que se calculan las propiedades de la mezcla. Afectará en gran medida los equilibrios de fase debido a la interacción de los componentes en la mezcla. Por lo general, la interacción en la fase líquida es más importante debido a la proximidad de las moléculas en esa fase. La naturaleza de la fase de vapor también puede ser significativa si los componentes forman complejos. Las fuerzas intermoleculares importantes son la electrostática, la inducción, la atracción y la repulsión entre componentes no polares y las fuerzas químicas, como los enlaces de hidrógeno. Validación de las propiedades físicas Un paso necesario en cualquier proyecto de simulación es la validación de las propiedades físicas. Esto implica informar, tabular o trazar propiedades de componentes y mezclas puras y comparar los resultados con los datos conocidos o el comportamiento esperado. Este es un paso importante en cualquier simulación y debe realizarse tanto para el banco de datos como para los componentes que no son del banco de datos. Los simuladores pueden proporcionar estas propiedades calculadas en formato de tabla y gráfico. Esta es una herramienta útil para comprender cómo las propiedades de los componentes puros y las mezclas, como la densidad, la capacidad calorífica y las propiedades en exceso, varían con la temperatura, la presión y la composición, y cómo se comportan cuando se extrapolan.
