Combustion Completa del Metano Utilizando DWSIM

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Speaker A
Qué tal, cómo están mis estimados? Les habla Eduardo Díaz y bueno, saliendo de un tema de lo que siempre he hecho videos de YouTube acerca de juegos y de cosas, hoy vamos a hacer DWSIM. Para los que me seguían en YouTube, pero que eran fieles a lo que publicaba de ingeniería química, pero esta vez vamos a hacer una simulación.
00:30
Speaker A
Y van a ser varios videos sobre esto, espero que les encante esta, esta serie.
00:36
Speaker A
Y por favor, no salgan, no salgan de casa, quédense en casa, chicos.
00:40
Speaker A
Bueno, vamos a una simulación nueva, vamos a simular una combustión completa del metano con oxígeno.
00:45
Speaker A
Okay, vamos para ahí.
00:47
Speaker A
Primero vamos a colocar los componentes que va a tener nuestra simulación.
00:52
Speaker A
Este video no va a ser editado, así que va a ser a pura voz y sin edición para que se explique qué es lo que estoy haciendo y qué es lo que me estoy equivocando.
01:04
Speaker A
Porque cuando se cortan los videos en una simulación, pues no se sabe qué errores hay, ¿no?
01:08
Speaker A
Bueno, el chiste es que nos equivoquemos.
01:10
Speaker A
Vamos, vamos a hacer la combustión.
01:14
Speaker A
Bueno, para la combustión completa necesitamos cuatro componentes en una reacción.
01:20
Speaker A
Dos componentes que van a ser los reactantes y dos componentes que son los productos.
01:26
Speaker A
Entonces, vamos a incluir los cuatro componentes.
01:28
Speaker A
Vamos a poner metano.
01:32
Speaker A
Metano, sí, la fórmula CH4, lo conocemos.
01:36
Speaker A
Oxígeno.
01:40
Speaker A
Oxígeno muy importante.
01:43
Speaker A
Luego tenemos el dióxido de carbono, CO2.
01:46
Speaker A
Y como es una combustión completa, vamos a agregar agua.
01:50
Speaker A
Los que saben de química saben muy bien que la combustión completa solo incluye dióxido de carbono y agua.
01:56
Speaker A
La combustión incompleta incluye monóxido de carbono, entonces hasta ahí todo bien, ¿verdad?
02:00
Speaker A
Entonces ya tenemos los cuatro componentes que vamos a trabajar en nuestra simulación.
02:04
Speaker A
Cuatro componentes que ya están acá seleccionados, añadidos y le damos siguiente.
02:08
Speaker A
Ahora es muy importante utilizar el paquete de propiedades adecuado.
02:11
Speaker A
Yo para este tipo de, de tipo de reacciones, recomiendo la NRTL.
02:17
Speaker A
Este paquete me da cierta asertividad, cierto acercamiento en cuanto a resultados.
02:25
Speaker A
Y la cantidad de propiedades que tiene, bueno, propiedades que simplemente te da.
02:32
Speaker A
Eh, eh, más exactitud en cuanto a otros tipos de modelamientos matemáticos.
02:38
Speaker A
Y también a paquete de propiedades de que pueda.
02:44
Speaker A
Digamos, tener una exactitud, exactitud no podría decir, una confiabilidad en los datos.
02:48
Speaker A
El NRTL te los da.
02:50
Speaker A
Le damos a finish.
02:52
Speaker A
Okay, ya tenemos ya nuestro entorno ya preconfigurado.
02:58
Speaker A
Y ya tenemos nuestro panel principal para poder agregar los componentes que se necesitan.
03:03
Speaker A
Ahora vamos por ellos.
03:05
Speaker A
Para una combustión completa necesitamos mezclar dos componentes.
03:09
Speaker A
Okay, entonces.
03:12
Speaker A
Vamos a agregar un stream mixer, un mezclador de flujos.
03:19
Speaker A
Que este va a unir dos componentes en uno.
03:24
Speaker A
O sea, una, un componente que.
03:29
Speaker A
Que solamente de una, de un stream, o sea, de dos a uno.
03:33
Speaker A
Y vamos a agregar el reactor que vendría a ser de conversión.
03:37
Speaker A
Porque sí, es una conversión, está convirtiéndose el metano y el oxígeno en dióxido de carbono y agua.
03:43
Speaker A
Entonces, ya tenemos los dos componentes importantes.
03:46
Speaker A
Vamos a agregar los flujos másicos del mezclador.
03:49
Speaker A
Lo que tenemos que hacer es darle clic al trueno, que significa crear y conectar para el primero.
03:55
Speaker A
Tenemos un flujo.
03:58
Speaker A
Y tenemos dos flujos.
04:01
Speaker A
Y ahora tenemos una salida.
04:04
Speaker A
Okay, vamos a salir un stream.
04:07
Speaker A
Ya tenemos tres componentes.
04:09
Speaker A
Como pueden ver, aquí están los nombres.
04:12
Speaker A
Vamos a separarlos para que se vea mucho mejor.
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Speaker A
Vamos a ponerlo aquí.
04:18
Speaker A
Y vamos a poner el reactor.
04:20
Speaker A
El reactor es, es alimentado por el MSTR04.
04:24
Speaker A
Que después le vamos a cambiar el nombre, ¿no?
04:27
Speaker A
Y va a tener dos salidas, una y dos, y una de energía.
04:31
Speaker A
Okay, completamos toda esta lista, ¿por qué?
04:34
Speaker A
Porque va a entrar energía para que suceda la reacción.
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Speaker A
Entonces, tenemos aquí el balance, también tenemos nuestro flujo energético.
04:41
Speaker A
Okay, vamos a ponerle nombre.
04:43
Speaker A
Vamos a colocarle el nombre y posteriormente le damos enter para que se confirmen los cambios.
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Speaker A
Arriba vamos a poner metano.
04:51
Speaker A
Info, enter, okay.
04:53
Speaker A
Le damos metano y acá abajo le ponemos el componente oxígeno.
05:00
Speaker A
Es muy bueno que le pongan el nombre porque nos hace más fácil saber, ¿no?
05:05
Speaker A
Y acá mezcla.
05:09
Speaker A
Mezcla CH4O2.
05:12
Speaker A
Sí, mezclador y mezcla CH4O2.
05:15
Speaker A
Y acá reactor.
05:17
Speaker A
No puede ser reactor, puede ser caldera, lo que ustedes quieran.
05:21
Speaker A
De acuerdo al, de acuerdo a lo que están haciendo.
05:24
Speaker A
Para que sea entendible, puesto combustión.
05:26
Speaker A
En este caso, ahora, va a ir dos componentes, un gas.
05:31
Speaker A
Gases.
05:33
Speaker A
Y acá por abajo van a ser líquidos, ¿no?
05:37
Speaker A
Líquidos.
05:40
Speaker A
Listo, tenemos ya nuestro algoritmo desarrollado.
05:43
Speaker A
Lo que tenemos que hacer ahora es simple, tenemos que darle los valores para cada componente.
05:47
Speaker A
Okay, para el primero vamos a dar para el metano.
05:50
Speaker A
Tenemos aquí el flujo másico, es muy importante saber qué unidades vamos a utilizar.
05:54
Speaker A
Estamos utilizando el sistema internacional, por lo tanto trabajamos con kilogramos.
05:58
Speaker A
Kilogramos segundo.
06:00
Speaker A
Okay, yo le voy a dar uno de flujo másico.
06:02
Speaker A
Un metano.
06:05
Speaker A
Al oxígeno le voy a dar cuatro, cuatro flujos másicos.
06:10
Speaker A
Cuatro kilogramos por segundo.
06:12
Speaker A
Y luego se dan cuenta que cambia las propiedades de este componente.
06:16
Speaker A
Okay, es muy importante darle enter siempre.
06:20
Speaker A
Segundo.
06:22
Speaker A
Al metano le voy a poner la.
06:24
Speaker A
Vamos a limpiar esto, vamos a colocarle puro.
06:29
Speaker A
¿Por qué puro?
06:30
Speaker A
Porque es puro metano.
06:32
Speaker A
Si en caso tenemos una mezcla de metano y oxígeno, digamos, al 99, 95, 5, 90, 10, colocamos 90, o sea, 0.9 y 0.1.
06:41
Speaker A
En ese, es en caso que ustedes hagan los balances, digamos, con componentes mezclados.
06:45
Speaker A
Pero en este caso tenemos componentes puros.
06:48
Speaker A
Okay, aceptamos los cambios y listo.
06:50
Speaker A
Ahora vamos para oxígeno.
06:52
Speaker A
Oxígeno tenemos flujo másico de cuatro y los componentes las limpiamos.
06:57
Speaker A
Y colocamos un componente uno, que vendría a ser 100% de oxígeno.
07:01
Speaker A
Aceptamos los cambios y listo.
07:04
Speaker A
Como podemos ver, todo está de acuerdo a lo que hemos hecho.
07:07
Speaker A
¿Por qué ponemos 4 kilogramos por segundo?
07:10
Speaker A
Ahorita les voy a explicar por qué.
07:14
Speaker A
Ahora vamos a la parte de la explicación y por qué la, y la reacción propiamente dicha.
07:18
Speaker A
Lo que tenemos que hacer es simplemente darle a settings.
07:22
Speaker A
Y le damos acá a reacciones.
07:25
Speaker A
Reacciones tenemos, eh, no tener una reacción química.
07:30
Speaker A
No.
07:32
Speaker A
Una reacción química.
07:33
Speaker A
Okay, le vamos a poner de nombre reacción de combustión.
07:38
Speaker A
Porque es una combustión.
07:41
Speaker A
Descripción, ya, bueno, lo que ustedes quieran.
07:42
Speaker A
Entonces, en esta reacción va a incluirse estos componentes.
07:45
Speaker A
Okay, va a incluirse el metano, el oxígeno, el dióxido de carbono y el agua.
07:52
Speaker A
Y ahora es muy importante colocar también el balance.
07:55
Speaker A
El, el componente base, el metano.
07:57
Speaker A
¿Por qué componente base?
08:00
Speaker A
Porque es el, el combustible.
08:03
Speaker A
Así que le damos aquí.
08:04
Speaker A
Ahora, es muy importante.
08:06
Speaker A
No tenemos una ecuación específica.
08:08
Speaker A
Okay, tenemos que crear una ecuación.
08:11
Speaker A
Pero sabemos que es la ecuación metano, o sea, CH4 más oxígeno molecular, o sea, O2, me va a dar CO2, o sea, dióxido de carbono, más agua.
08:23
Speaker A
Pero esa ecuación no está balanceada.
08:26
Speaker A
Por lo tanto, haciéndolo balanceos, vamos a tener una ecuación que es CH4, o sea, un metano, por cada mol de metano tenemos que necesitamos dos moles de oxígeno.
08:36
Speaker A
Que van a generar un mol de CO2.
08:38
Speaker A
Mol de dióxido de carbono y dos moles de agua.
08:40
Speaker A
Entonces, lo que tenemos que hacer es en la parte de los productos.
08:43
Speaker A
Van a ser positivas y la parte de los reactantes negativas.
08:46
Speaker A
A qué voy.
08:47
Speaker A
Acá lo vamos a colocar.
08:49
Speaker A
Para el metano sabemos que solamente necesitamos un mol.
08:51
Speaker A
Le ponemos -1.
08:54
Speaker A
Lo pueden ver aquí.
08:56
Speaker A
Oxígeno necesitamos dos moles, por lo tanto -2.
09:00
Speaker A
El dióxido de carbono uno.
09:02
Speaker A
Como les he dicho, el.
09:06
Speaker A
El producto va positivo, los reactantes van negativos.
09:09
Speaker A
Okay.
09:10
Speaker A
Y el agua ya sabemos que va a generarse dos moléculas de agua.
09:14
Speaker A
Entonces, tenemos aquí nuestra reacción.
09:18
Speaker A
CH4 + 2O2 me da CO2 + agua.
09:21
Speaker A
Ahora.
09:23
Speaker A
Acá vemos que nos ha salido un error.
09:25
Speaker A
Se dan cuenta.
09:26
Speaker A
Yo lo he hecho a propósito.
09:28
Speaker A
¿Para qué? Para que sepan por qué este, por qué el, este coeficiente estequiométrico.
09:34
Speaker A
Nos, eh, modifica la reacción.
09:36
Speaker A
Se dan cuenta que el, el dióxido, el agua está como negativo acá, ¿verdad?
09:42
Speaker A
Y acá está, entonces, aparece como una parte de los reactantes.
09:46
Speaker A
Entonces, le colocamos, en realidad debería ir dos.
09:51
Speaker A
Entonces, eso es así un error que para mostrarles.
09:55
Speaker A
Cómo funciona este coeficiente estequiométrico.
09:58
Speaker A
Entonces, tenemos aquí que ahora sí tenemos la ecuación CH4 más dos moles de oxígeno nos da CO2 más dos moléculas de agua.
10:04
Speaker A
Okay, tenemos todo esto.
10:06
Speaker A
La estequiometría está correcta.
10:08
Speaker A
Si en caso sale error, le podemos dar balance y nos puede ayudar un poco.
10:12
Speaker A
Ahora.
10:14
Speaker A
Importante, esta es la base.
10:16
Speaker A
El componente base, metano.
10:18
Speaker A
Pero, ¿en qué fase, señores?
10:20
Speaker A
La fase tiene que ser líquida.
10:24
Speaker A
No.
10:25
Speaker A
Tiene que ser gas.
10:26
Speaker A
Gas.
10:28
Speaker A
¿Por qué? Porque son gases, es una mezcla.
10:33
Speaker A
Que va a ser de gases, el metano y el oxígeno son gases, señores, eso por cultura, por química, sabemos que es, es estado.
10:40
Speaker A
Y luego tenemos la conversión, queremos convertir totalmente.
10:43
Speaker A
Entonces, le ponemos 100 de conversión.
10:46
Speaker A
Ya tenemos todo configurado y solamente le damos okay.
10:50
Speaker A
Ya tenemos nuestra reacción de combustión ya creada.
10:53
Speaker A
Nuestra ecuación, todo completo, ya vemos que todo está listo.
10:56
Speaker A
Le damos cerrar.
10:59
Speaker A
Ahora.
11:02
Speaker A
Qué sigue.
11:04
Speaker A
Vamos a darle la simulación.
11:06
Speaker A
Primero vamos a ver que la mezcla esté en inlet mínimo.
11:11
Speaker A
Ya.
11:13
Speaker A
Y el reactor de combustión no es adiabático, señores.
11:17
Speaker A
Es isotérmico.
11:19
Speaker A
¿Por qué?
11:20
Speaker A
Porque no hay cambio de presión.
11:23
Speaker A
Todo va a trabajar a la misma presión.
11:27
Speaker A
Sí.
11:29
Speaker A
Sí, no trabaja la misma presión en realidad.
11:31
Speaker A
Sino que trabaja a una misma temperatura para todos los componentes.
11:34
Speaker A
Entonces, va a ser isotérmico.
11:38
Speaker A
Ya.
11:40
Speaker A
Puede ser también adiabático.
11:41
Speaker A
Sí.
11:43
Speaker A
Pero en este caso no, porque estamos hablando de componentes en fase gaseosa.
11:48
Speaker A
Y, y cuando hay componentes en fase gaseosa, los, eh, no puede haber un entorno adiabático.
11:53
Speaker A
Sabemos que el adiabático es presión constante.
11:56
Speaker A
Entonces, eso, eso nos impide hacer la reacción.
12:00
Speaker A
En cambio, en modo isotérmico, sí.
12:02
Speaker A
Sí se puede hacer.
12:03
Speaker A
Porque son gases.
12:06
Speaker A
Eh, bueno, un poco de termodinámica y fisicoquímica de la antigua, de la antigua.
12:10
Speaker A
Bueno, tenemos aquí todo configurado.
12:13
Speaker A
Okay, el reactor de combustión, todo listo.
12:16
Speaker A
Tenemos aquí todo esto, acá le ponemos el nombre, le ponemos energía.
12:22
Speaker A
Ya está.
12:23
Speaker A
Todo listo.
12:25
Speaker A
Ya le damos enter y ya está.
12:27
Speaker A
Vamos a tener esto y vamos a darle a reacción.
12:31
Speaker A
Force solve y ya está.
12:34
Speaker A
Ya resolvió y la, y ya está.
12:37
Speaker A
Okay, vamos a ver los resultados.
12:38
Speaker A
En el gas, propiamente dicho, los componentes deben estar aquí.
12:42
Speaker A
Okay, como pueden ver, ya no hay presencia de oxígeno.
12:46
Speaker A
El oxígeno se ha consumido casi totalmente, esto equivale en realidad a un 0.5% de oxígeno que se ha quedado.
12:52
Speaker A
O sea, quedaría 0.5.
12:55
Speaker A
Porcentaje de oxígeno, componente oxígeno en la salida gas.
12:58
Speaker A
Okay, o sea, casi nada, casi ni 1%.
13:01
Speaker A
Porque 1% es 0.01, 10% es 0.1.
13:04
Speaker A
0.01 es 1, 0.1%.
13:07
Speaker A
Ustedes saben eso.
13:10
Speaker A
Pero vemos que ha generado 0.96, o sea, 96% es dióxido de carbono.
13:14
Speaker A
Lo que significa que lo que queda es un, es un 3% de agua, agua en vapor.
13:20
Speaker A
Sí, vapor de agua.
13:22
Speaker A
Y tenemos aquí el líquido que nos calculó.
13:26
Speaker A
El componente es.
13:28
Speaker A
Eh, metano se, se, combustionó todo.
13:30
Speaker A
0% de metano.
13:33
Speaker A
Oxígeno tenemos, eh, 1.15 elevado a la -7.
13:38
Speaker A
O sea, una cantidad muy pequeña.
13:42
Speaker A
Y dióxido de carbono, acá pueden ver que está a 0.005.
13:46
Speaker A
O sea, tiene 0.5, 0.5% de dióxido de carbono en fase líquida.
13:51
Speaker A
Y agua tenemos 0.99, o sea, casi la totalidad es agua casi pura.
13:55
Speaker A
Entonces, como pueden ver, la reacción ha sucedido, ahí están los componentes que han reaccionado.
13:59
Speaker A
Y se puede ver todo esto.
14:01
Speaker A
La energía que ha sido necesaria ha sido -55840 kW.
14:07
Speaker A
Es la energía que está el reactor que, no sé, porque es.
14:10
Speaker A
Y ustedes saben qué significan energía negativa, energía positiva.
14:13
Speaker A
Sí, eso ya no se discute.
14:17
Speaker A
Entonces, ya tenemos esto, bien bonito, todo.
14:20
Speaker A
Podemos hacer un, un material stream, un refresh.
14:23
Speaker A
Y podemos ver los flujos en una tabla de los componentes que ha salido, por ejemplo, los flujos másicos.
14:30
Speaker A
El flujo volumétrico, el flujo molar y todas esas tablas que nos importan, ¿no?
14:33
Speaker A
Todas esas partes nos importan.
14:35
Speaker A
Ahora.
14:37
Speaker A
¿Qué podemos hacer con esto?
14:39
Speaker A
Podemos hacerle, por ejemplo, eh, acá.
14:43
Speaker A
Podemos calcular muchas cosas.
14:47
Speaker A
Eh, por ejemplo, tenemos, ya que hemos hecho isotérmico.
14:51
Speaker A
Podríamos haberlo hecho en otra.
14:56
Speaker A
Eh, en otra.
14:59
Speaker A
En otra simulación.
15:00
Speaker A
Adiabática.
15:02
Speaker A
Ahí, por ejemplo, problemas de ingeniería química en muchos balances para calcular la, la temperatura de flama adiabática.
15:09
Speaker A
Entonces, para hacer eso, teníamos que convertir nuestro reactor de combustión a modo adiabático.
15:15
Speaker A
Hacer los balances de materia y poder determinar la temperatura de flama.
15:19
Speaker A
Y eso nos va a dar una temperatura de salida.
15:21
Speaker A
El outlet temperature está estable, 298.15 Kelvin, temperatura ambiente.
15:26
Speaker A
¿Por qué? Porque es isotérmica.
15:28
Speaker A
Pero si lo hacemos trabajo adiabática, esa temperatura cambia, ¿no?
15:31
Speaker A
Y también podemos definir qué temperatura puede ser de la salida del reactor.
15:36
Speaker A
Para ver si quizás un poquito más de, digamos, de hacerlo más vapor.
15:40
Speaker A
Una, más pureza.
15:41
Speaker A
Qué sé yo.
15:42
Speaker A
Pero eso es en la realidad es muy peligroso, ustedes lo saben, los que hacen diseño de reactores.
15:47
Speaker A
Eso es un poquito peligroso.
15:49
Speaker A
Ir en contra de la termodinámica en las reacciones.
15:54
Speaker A
Entonces, tenemos todo esto.
15:57
Speaker A
Y bueno, ya tenemos todo, solamente quedaría crear una tabla.
16:00
Speaker A
La información de los componentes, un informe.
16:03
Speaker A
Y ya está todo esto.
16:04
Speaker A
Bueno, eso sería todo, muchachos.
16:07
Speaker A
Creo que ha sido un poquito simple y rápido.
16:10
Speaker A
Porque, bueno, es un tema muy concurrido en cuanto a balances de materia con reacción química.
16:15
Speaker A
Y es muy importante saberlos hacer y desarrollar en DWSIM.
16:19
Speaker A
Como ven, la versión de DWSIM es.
16:24
Speaker A
Estamos en la, en la versión que es ya la 5.8 del año 2020.
16:29
Speaker A
Bueno, está actualizado y tiene los últimos paquetes de datos.
16:33
Speaker A
No, termodinámicos, fisicoquímicos y todo eso al día para poder trabajarlo.
16:39
Speaker A
Entonces, eh, gracias por haberme escuchado esta oportunidad, espero que les guste.
16:44
Speaker A
Eh, vamos a ver qué podemos hacer y todo eso.
16:47
Speaker A
Ustedes saben que la cuarentena la acatamos todos y salimos de esta.
16:52
Speaker A
Bueno, eso fue todo, nos vemos, Eduardo Díaz.
16:55
Speaker A
Ah, cualquier consulta sobre este, este, queja, no sé, lo que tengan que haber hecho mal.
17:01
Speaker A
Me lo pueden decir en los comentarios.
17:04
Speaker A
Yo estoy gustoso y los puedo leer y los puedo, podemos conversar acerca de estos temas.
17:08
Speaker A
Nos vemos, chicos.
17:10
Speaker A
Será hasta la próxima.
17:12
Speaker A
Chao.

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