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Producción de Etilen glicol
El Etilen Glicol (EGlycol) se obtiene por reacción del Oxido de Etileno (C2Oxide) y agua, y
posterior separación en una columna de destilación. En la Fig. se presenta el !lo"s#eet del
proceso.
$e %uiere obtener Etilen Glicol por reacción de Oxido de Etileno y &gua, para separarla
posteriormente en una columna de destilación.
'as condiciones de las corrientes de alimentación al sistema, se indican en la abla .
'as corrientes de alimentación se meclan pre*iamente en un Mixer . 'a corriente resultante ingresa
a un reactor tan%ue agitado continuo %ue !unciona a temperatura constante y a + atm de presión.
'as reacciones, %ue se describen en abla 2, ocurren en !ase l%uida. El reactor tiene un *olumen de
- m, se supone cada de presión nula y mantiene un ni*el de l%uido de -/ 0. En la abla se
indican los datos cin1ticos.
Comenzando a “dialogar” con el simulador...
Creando un Set de unidades
El primer paso en la construcción de un nue*o caso ( New Case) de simulación es elegir el conunto
de unidades con el %ue se pre!iere trabaar. 34$4$ no permite modi!icar los tres conuntos deunidades b5sicos (SI, EuroSI, Field ) %ue trae incorporado, pero si posibilita generar a partir de ellos,
un nue*o set %ue se auste a nuestras exigencias6pre!erencias.
.7 Para cambiar las unidades debemos seleccionar 3erramientas (Tools) del men8 principal9
posicionar el cursor sobre Pre!erencias (Preferences), aparecer5 una pantalla titulada :Pre!erencias
$esion (&spen 3y#ys ; (Session Preferences (HYSYS.prf)>. Posicionar el cursor sobre
la p5gina Units y #acer clic?9 esto puede *erse en la Fig. 2. El $et de @nidades por de!ecto es el
conunto SI, pero se puede modi!icar desde esta pantalla.
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3acer clic en la pestaAa ;ariables, seleccionar @nids. 3acer clis en $B.
Para cambiar las unidades utiliadas se procede de la siguiente manera
2.7 Clic? en SI en la lista Cons. de unidades disp. (Available Unit Set) para asegurarse %ue 1ste sea
el set acti*o. otar %ue la unidad por de!ecto para la presión es ?Pa. $e debe cambiar a atm.
.7 Presionar el botón Clone. e"@ser aparecer5 resaltado en Cons. de unidades disp. Unit Set
Name). Este es el nombre %ue asigna 34$4$ al nue*o set de unidades9 para cambiarlo debemos
ingresar t!li (nombre %ue decida asignar al set de unidades %ue utiliar5 para el caso) en esta
casilla.
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D.7 os mo*emos #asta la celda Pressure #aciendo clic? en ?Pa.
&brir la lista desplegable de las unidades disponibles en la arra de Edición #aciendo clic? en
/.7 3aciendo clic? en atm, seleccionaremos la nue*a unidad. El nue*o conunto de unidades %ueda
as de!inido. Presionando el botón Close se regresa al entorno de simulación.
Inicio de la simulaci"n# Construcci"n del $lo%s&eet
$i #ay otros casos en uso, es con*eniente cerrarlos. Para ello, seleccionar Close All del men8 $ile.
Comenar un nue*o caso seleccionando &rc#i*o ($ile) ue*o (Ne%) Caso (Case) tal como
se muestra en la Fig. D.
&parecer5 la *entana del &dmin de base de simul. (Simulation 'asis anaer) como se muestra
en la Fig. /.
El próximo paso es crear el Pa%uete de !luido ($luid Pac*ae). Este contiene los componentes y el
m1todo elegido para la predicción de propiedades !isicos7%umicas.
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Para agregar un nue*o Pa%uete de !luido ($luid Pac*ae), estando en la p5gina Pa% de !luido($luid P*s), presionar el botón &gregar ( Add). 'a elección del pa%uete de propiedades se realia
en la p5gina Con!ig. Para nuestro eemplo utiliaremos ilson.
@tiliando la barra de desplaamiento buscar +ilson en la lista $elección del pa%uete de
propiedades ('ase Propert, Pac*ae Selection).
@bicar el cursor sobre la palabra +ilson y #acer clic?. &parecer5 un cartel en amarillo con la
leyenda +ilson al pie de la *entana, como se muestra en la Fig. H
El siguiente paso es agregar los compuestos utiliados en el caso, para ello seleccionar la p5gina
Compuestos (Components)- #acer clicl en &gregar, como se muestra en la Fig. . @na *e %ue aparece el componente en aul,
presionar el botón &greg puro ( Add pure). En la sección Compuesto $eleccionado (Current
Component ist) aparecer5 32O.
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Volver a la celda Buscar (Match), hacer click, borrar Water e ingresar Ethylene_Glycol , presionar Add pure.Volver a la celda Match, ingresar EthyleneOxide, presionar el botón Add pure.Repetir para el último componente, ingresando Ethylene_Diglycol
@na *e seleccionados todos los componentes aparecer5 en la pantalla, dentro de la sección
Compuestos $eleccionados (Current Component ist), una lista con los cuatro componentes
adicionados
C/lculo de los coeficientes binarios faltantes
Br a la p5gina Coe! binarios ('inar, Coeffs), si aparecen algunos coe!icientes binarios sin calcular
(esto es, si #ay guiones de color roo), presionar el botón $olo desconocidos (Unknows Only) tal
como se muestra en la Fig. I.
0efinici"n de la reacci"n 1u2mica
=ecordar %ue la de!inición de la reacción %umica pertenece a las acti*idades b5sicas o
preliminares. Por lo tanto, lo primero %ue se debe #acer es acceder al denominado 'asis anaer,
si es %ue no estamos all. Para ello se puede seleccionar el botónJ
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$i esta en la *entana $luid Pac*ae se puede proceder de la siguiente maneraJ
Br a la pestaAa =eaccs. (34ns).
Presionar el botón ase de simulación Kgr. ( Simulation Basis Mgr...), aparece la pantalla &dmin
de base de simul (Simulation 'asis anaer). ;er Fig. +.
Br a la p5gina 3eactions.
Presionar el botón Add Comps..., aparecer5 la pantalla 3eaction Component Selection.
Presionar el botón Add tis !roup o" Components. &parecer5n los componentes en el recuadroSelected 3eaction Components.
Presionar el botón Close. ;er Fig.
Presionar el botón &gr. =eacL ( Add #$n..), aparecer5 una pantalla titulada 3eactions. ;er Fig.
$eleccionar el tipo de reacciónJ posicionar el cursor sobre Cinetica ( 5inetic). Presionar el botón
&gr. =eac. ( Add #eaction). &parecer5 la pantalla =eaccion cinetica =xn7 (5inetic 3eaction#
34n67), en su primera p5ginaJ Bn! sobre este%uiom y !rec c (Stoic&iometr,).
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&gregar los componentes de la reacción seleccion5ndolos de la lista desplegable en el campo
superior e la pantalla. &parecer5n los pesos moleculares de cada componente. En primer lugar se
de!ine la reacción para la obtención del Etilenglicol, por lo tanto se seleccionan los compuestos
32O, Eglycol y C2Oxide. ;er Fig.
Completar los coe!icientes este%uiom1tricos, recordando %ue se deben asumir *alores negati*os
cuando los coe!icientes correspondan a reacti*os. ;eri!icar %ue el campo denominado 'alance
rror sea igual a cero. ótese %ue los órdenes de reacción aparecen autom5ticamente, y son iguales
a los coe!icientes, pero pueden ser modi!icados ya %ue 34$4$ los #a colocado en color roo.
C2H4O + H2O → HOCH2CH2OH
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_etilenohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_etilenohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_etilenohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_etilenohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_etilenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_etileno
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Pasar a la p5gina ase ('asis). ;er Fig. D. En el campo 'asis seleccione Fraccion molar (ole
$raction). En el campo Compuesto ase ('ase Component) colocar C894ide seleccion5ndo de la
lista desplegable del campo superior. En el campo 34n P&ase, colocar i1uidP&ase , tambi1n
seleccion5ndo de la lista desplegable del campo superior. omar en cuenta las unidades de
*elocidad utiliadas, las cuales son independientes del $et de @nidades seleccionado, y son las %ue
determinar5n las unidades de la constante en la ecuación de &rr#enius.
Pasar a la p5gina Par5mts. (Parameters) e ingresar los *alores de los par5metros de la reacción con
las unidades %ue correspondan. Para el caso de E, es posible ingresar el *alor y seleccionar la
unidad correspondiente de la lista desplegable, en nuestro caso podemos ingresar E con el *alor dado al inicio y seleccionar cal6gmol de la lista desplegable (;er Fig. /). @na *e ingresados los
par5metros de la reacción directa, el cartel en roo o est5 listo (Not 3ead,) cambiar5 por el de3ead, en color *erde. Esto signi!ica %ue para 34$4$ estos datos son su!icientes ya %ue #emos
elegido una reacción cin1tica y no una cin1tica re*ersible, y si bien se podran agregar los datos para
la reacción indirecta, esto no es necesario. Presionar el botón Close.
3asta a%u se #a de!inido la primera de las reacciones consideradas. Es necesario de!inir la reacción
correspondiente a la obtención del MEGlycol. Por lo tanto, solo basta repetir los pasos enunciados
anteriormente cambiando la este%uiometria y los par5metros cin1ticos & y E.
'a reacciones %ue #emos de!inido se encuentran en el Grupo de =eacciones denominado !lobal34n Set, y es necesario adicionarlo al Pa%uete de propiedades %ue #emos de!inido, para ello,
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posicionados en la p5gina 3eactions de la *ista Simulation 'asis anaer, seguir los siguientes
pasosJ
Presionar el botón Add to %& . &parecer5 una pantalla titulada Add :!lobal 34n Set;, seleccionar
con el cursor el Pa%uete de Propiedades 'ASIS67 NC#< PP#+ilson, y cuando se #aya coloreado en
aul, presionar el botón Add Set to %luid &ackage. 'a palabra 'asis67 aparecer5 en el recuadro
Assoc. $luid P*s. ;er Fig. H
3asta a%u #emos de!inido las bases de nuestro caso. Presionando el botón 'nter to Simulation
'n(iroment se ingresa al 5mbito de simulación.
ntorno de Simulaci"n
&l ingresar al 5mbito de simulación, aparecer5 una *entana denominada PFM en la cual se ir5
construyendo el caso, y se *isualiar5 adem5s la plantilla de operaciones denominada Obect Palette
(*er Fig.
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@na *e ingresados estos *alores se puede obser*ar %ue las dem5s celdas permanecen con la
palabra empty, por%ue a8n es necesario agregar la composición de cada corriente. ;er Fig. -
$eleccionar la p5gina Compositions, y agregar las composiciones molares para cada componenteJ
Mespu1s de ingresar el primer *alor de la composición de la corriente 94idotileno, aparecer5 una
pantalla llamada Input composition for Stream# 94idotileno. Bngresar el resto de los *alores,*eri!icar %ue el *alor de la celda Total sea , y luego presionar el botón O . ;er Fig. I. =epetir la
operación para la corriente de Aua.
&ntes de continuar con la simulación, *ol*er a la p5gina aterial Streams y *eri!icar %ue se #ayan
calculado el resto de los *alores para cada corriente. Bngresar al PFM (diagrama de !luo)J #acer
clic? en el icono PFM. &parecer5 una pantalla titulada P$0 6 Case ain. &ll aparecen las dos
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corrientes ya de!inidas. Podemos mo*erlas de lugar #aciendo clic? sobre cada una y arrastrando con
el mouse.
2.7 $eleccionar el i4er Posicionar el cursor sobre el icono del i4er en la paleta de obetos
(Obect Palette), y #acer clic?, luego posicionar el cursor en la posición del PFM dónde deseamos
ubicar el i4er, y #acer nue*amente clic?, aparecer5 el diseAo de un obeto cuya 8nica !unción es
la de meclar *arias corrientes para obtener una sola de salida. ;er Fig. 2+
.7 Me!inir las propiedades del i4er o meclador
3acer doble clic? sobre el icono del i4er, aparecer5 una pantalla titulada I=67>>, en su primera
p5gina. &%u debemos de!inirJ
ConnectionsJ Podemos ingresar *arias corrientes de alimentación (Inlets). Posicionar el cursor en??Add Stream??, abrir la lista desplegable de la barra situada en la parte superior de esta pantalla.
$eleccionar Aua con el cursor, y autom5ticamente aparecer5 esta corriente como alimentación del
reactor. =epetir la operación para 94idotileno. Posicionarse en la celda 9utlet e ingresar el
nombre e@cla. 'os datos ingresados #asta el momento son su!icientes para %ue se e!ect8en los
c5lculos correspondientes para determinar las propiedades de la corriente de salida del i4er. ;er
Fig. 2
ParametersJ $e puede continuar sin modi!icar los *alores de esta p5gina.D.7 $eleccionar el 3eactor de Tan1ue Aitado (C$=)
Posicionar el cursor sobre el icono del C$= de la paleta de obetos (Obect Palette), y #acer clic?,
luego posicionar el cursor en la posición del PFM dónde deseamos ubicar el reactor, y #acer
nue*amente clic?, aparecer5 el diseAo del reactor. ;er Fig. 22.
/.7 Me!inir los par5metros del reactor
3acer doble clic? sobre el icono del reactor,aparecer5 una pantalla titulada CST3#
CST3 67>>, en su primera p5gina. &%u se
debe de!inirJ
Cone4iones (Connections)J se puede
ingresar *arias corrientes de alimentación
($eeds). Posicionar el cursor en Ne%
$eedB, abrir la lista desplegable de la barra
situada en la parte superior de esta pantalla.
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$eleccionar e@cla con el cursor, y autom5ticamente aparecer5 esta corriente como alimentación
del reactor.
Posicionarse en la celda $alida de *apor (apour 9utlet) e ingresar el nombre enteo, #acer lo
mismo en la celda $alida li%uidos (i1uid 9utlet) ingresando la palabra Productos, y luego en
ner, (9ptional) ingresar Dreactor. &parecer5 un cartel en amarillo con la leyenda Not Solved,
pues a8n !altan datos para %ue 34$4$ pueda e!ectuar los c5lculos.
ParametersJ a%u se encuentran colocados por de!ecto el *olumen del reactor. En la sección
9ptional Heat Transfer seleccionar Coolin, ya %ue la reacción es exot1rmica.
3eactionsJ abrir la lista desplegable en la celda 3eaction Set y seleccionar !lobal 3eaction Set.
&parecer5 un cartel *erde con la leyenda 3ead,. Esto signi!ica %ue #a sido asignada una reacción al
reactor. En la sección essel Parameters, modi!icar el *olumen del reactor a - m y el ni*el dell%uido (i1uid evel) a -/0. ;er Fig. 2
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+or*s&eetJ en esta p5gina obser*amos todas las corrientes %ue entran o salen del reactor, mientras
en la parte in!erior se obser*a la leyenda Not Solved en color amarillo, esto es por%ue 34$4$ no
dispone de todos los datos necesarios para resol*er el modelo del reactor. El reactor puede !uncionar
de las siguientes manerasJ
B) Bsot1rmicoJ Para eempli!icar ingresar el *alor I-.H22 QC (*alor correspondiente a la mecla de
reacti*os) en la celda de temperatura de la corriente Productos. 'a leyenda Not Solved debe
cambiar a 95 , en color *erde. ;er Fig. 2D. ótese %ue se #an completado todos los *alores de las
corrientes Productos y enteo. Podemos ir a la p5gina 3eactions para *er el 0 de con*ersiónalcanado.
BB) &diab5ticoJ *ol*er a la p5gina or?s#eet, posicionar el cursor sobre la temperatura de la
corriente Productos y presionar SUP3B, con ello se *ol*er5 al *alor original empt,B de 1stacelda y de todas las %ue se calcularon a partir de ella. 'uego posicionarse en Heat $lo% de la
corriente Dreactor e ingresar el *alor cero. 34$4$ comiena a calcular y despu1s de algunos
momentos mostrar5 los *alores calculados (2
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BBB) PolitrópicoJ $iguiendo los procedimientos anteriores se pueden resol*er casos de
!uncionamiento no sot1rmico7no adiab5tico. En este caso ingresar -+QF en la celda de temperatura
de la corriente Productos.
El PFM desarrollado #asta este momento debe modi!icarse, si es necesario, para %ue su apariencia
sea similar a la Fig. 2/. Grabar el caso seleccionando File R$a*e.
&parecer5 la casilla de di5logo Save Simulation Case As. b) Escribir un nue*o nombre, por eemplo C&$OEG, en la celda File ame. ótese nue*amente
%ue no es necesario ingresar la extensión .3$C9 34$4$ lo aAadir5 autom5ticamente.c) Presionar el botón OS, y 34$4$ sal*ar5 el caso bao el nue*o nombre.
Uso de Case Studies
Con el obeto de realiar un estudio sobre la reacción de obtención de Etilenglicol para di!erentes
condiciones operati*as, se puede #acer uso de una de las posibilidades o!recidas a tra*1s de la
#erramienta Mataboo?, estudios sobre un caso o Case $tudies.
En primer t1rmino analiaremos la in!luencia producida por la relación de reacti*os. Para poder
especi!icar el *alor de una *ariable de una corriente dada en !unción del *alor tomado de otra
*ariable se #ace uso de la operación Con. (ST). ;er Fig. 2H.
Eliminar la especi!icación de !luo molar en la corriente 94idotileno. otar %ue al eliminar el
*alor, 34$4$ no puede calcular completamente la corriente.
3acer doble clic sobre el icono del ST. En el grupo Taret ariable presionar el botón Select
*ar....Bngresar la propiedad olar $lo% de la corriente 94idotileno como *ariable obeti*o seg8n
se muestra en la Fig. 2
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En el grupo Fuente (Source) seleccionar como obeto *ariable !uente la corriente Aua. ;er Fig.
2-. Me esta manera el caudal molar de Oxido de Etileno ser5 !unción lineal del caudal molar de la
corriente de agua. Es necesario a#ora especi!icar el *alor de los par5metros %ue determinan esta
!unción. En la pestaAa Par5mts. (Parameters) es necesario de!inir el !actor multiplicador %ue en el
eemplo se utiliar5 +./ por el momento. ;er Fig. 2I. Me esta manera el caudal molar de Oxido de
Etileno ser5 la mitad del de &gua.
& continuación se utiliar5 la #erramienta 0ataboo* para seleccionar las *ariables in*olucradas en
el an5lisis.
En primer lugar, seleccionaremos 0ataboo* del men8 Tools, aparecer5 una pantalla con *arias p5ginas como se muestra en la Fig. +.
'a primera sección ariables se utilia para seleccionar las *ariables a estudiar. Presionamos el
botón +nsert , y seleccionamos ST67 de la columna Obeto (9bEect) y luego ultiplier de la
columna ariable. ;er Fig. . Presionar el botón &ceptar (O) al !inaliar.
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$iguiendo el mismo procedimiento insertar a continuación las *ariables indicadas la Fig. 2
@na *e ingresadas todas las *ariables de inter1s, seleccionar la pestaAa Est de casos (Case
Studies). Presionar el botón Add . &parecer5 la leyenda Caso (Case Studies 7) en el recuadro
Casos disponibles (Available Case Studies). ora ser5 necesario de!inir las *ariables
independientes y dependientes. Entienda por *ariables independientes a%uellas %ue puede *ariar su
*alor y a partir de la cuales se determinan los *alores de las dem5s *ariables.
$eleccionaremos la *ariable ultiplier del obeto ST67 como *ariable independiente. 'a
composición de los compuestos de la corriente Productos ser5n las *ariables dependientes. ;er Fig.
.
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& continuación presionar el botón ;erL (*iew.) para establecer los lmites e incremento de la
*ariable independiente. $e sugiere #acer el estudio en el rango de +.++ a con incrementos de +..;er Fig. D. Obser*ar el recuadro 8mero de estados ( Number of States), indica la cantidad de
estados %ue se calcular5n.
Presionando el botón Bniciar ( Start ) comiena a eecutarse los c5lculos. Kientras esperamos
podemos presionar el botón #esults... y obser*ar el Gr5!ico o la abla de *alores %ue se genera. ElGr5!ico !inal puede *erse en la Fig. /.
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Obser*ando el gr5!ico se puede suponer %ue es m5s con*eniente trabaar a relaciones OE6&gua
baas donde la producción de EtilenGlicol se *e !a*orecida !rente a la de MietilenGlicol.
$e puede plantear el mismo an5lisis seleccionando la temperatura de la corriente Productos como
*ariable independiente. Me este modo podemos *er la in!luencia de la temperatura sobre la
*elocidad de reacción.
Aplicaci"n de Columnas de 0estilaci"nEn este eercicio se deber5 comenar a trabaar con el arc#i*o Planta.#sc %ue contiene el diagrama
de !luo, representado en la Fig. 2/
El obeti*o es incrementar el diagrama de !luo de acuerdo con el de la Fig. H
El primer paso consiste en incorporar una *5l*ula cuya 8nica !unción es disminuir la presión de la
corriente %ue !luye del reactor. Presionando FD aparecer5 la paleta de obetos, la *5l*ulacorresponde al icono mostrado en la Fig.
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En la p5gina de D ingresar los siguientes datosJ
T 8mero de etapasJ 7>
T Plato de alimentaciónJ F
T ombre de la alimentaciónJ $eedColumna
T ipo de condensadorJ Total
T ombres de las corrientes de materia y energa seg8n se muestra en la Fig. D.
Completada la p5gina se #abilitar5 el botón $igte. ( ,e$t). Presionando este pasaremos a la p5gina
siguiente.
En la p5gina de / se de!ine el per!il de presión dentro de la columna. 'os *alores sonJ
T Presión en el condensadorJ /.++ psia
T Presión en el re#er*idorJ
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!l terminar presionar el botón "isto (DONE).
'os datos del sistema %uedan completamente de!inidos. @na *e posicionados en el libro de c5lculo
correspondiente a la columna en la #oa Specs se debe notar %ue las especi!icaciones establecidas
deben ser tales %ue garanticen %ue los grados de libertad sean igual a + indicando %ue la columna ya
est5 lista para ser resuelta. &dem5s el INPUT =P3T indica %ue se re%uiere la especi!icación en
2 *ariables a !in de con!ormar el conunto de datos %ue con!iguren esta condición (grados de
libertad U +). 'a adición de especi!icaciones distintas de las sugeridas por el INPUT =P3T se
realia como se muestra en la Fig. D2. Presionando el botón &gregarL ( A--) aparece una *entana
con todas las posibles *ariables %ue pueden ser especi!icadas.
$e seleccionar5 C9P9NNT $3ACTI9N (Fig. D) y aparecer5 una nue*a *entana como la %ue
se muestra en la Fig. DD, en la %ue deber5n consignarse los datos %ue all aparecen. 'uego apretar
Close y esa opción %ueda incluido en la lista de especi!icaciones. Es importante notar %ue pueden
aparecer en la #oa onitor *arias especi!icaciones a la *e, sin embargo las 8nicas con las %ue
e!ect8a el c5lculo es con las %ue tienen la 4 en la columna ACTI. ;ol*iendo a la #oa onitor si
se presiona !roup Active se reordenan las especi!icaciones acti*as.
Finalmente presionando el botón 3un comiena el c5lculo en estado estacionario de la columna. El
mismo consiste en cerrar los balances de masa y energa bao la suposición de %ue las :entradas>
son iguales a las :salidas>.
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Cuando el c5lculo #a culminado con 1xito aparece el cartel en !ondo *erde C9N3!0 (*er
Fig. D/) indicando %ue se #an podido e*aluar correctamente las *ariables de inter1s respetando las
especi!icaciones dadas.
otar %ue la mayora de los datos de inter1s aparecen en la #oa SUA3Y as como los per!iles
de las *ariables tales como temperatura, presión, !luos de l%uido y *apor se #allan presentados en
la #oa P39$I.
'os resultados del caso principal pueden *erse en el 'ibro (+935'995) desplegando la
in!ormación detallada seg8n se obser*a en la Fig. DH.
Es posible tambi1n presentar una +935'995 con las composiciones de las corrientes, #aciendo
clic en el botón Bncluir subdiagramas de !luo, tal como se muestra en la Fig. D
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