7/29/2019 Desarrollo de hojas de clculo excel con macros para la resolucin de problemas de destilacin
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DESARROLLO DE HOJAS DE CLCULO EXCEL
CON MACROS PARA LA RESOLUCIN DE
PROBLEMAS DE DESTILACIN
Joaqun Ruiz Palacn
1er Congreso en Innovacin Docente en Ingeniera QumicaGranada 2012
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1erCongreso de Innovacin Docente en Ingeniera Qumica
Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Antecedentes: Titulacin: Licenciados en Qumicas
Asignatura IngenieraQumica
Curso: Tercero
Programa de la asignatura: Balances de materia y energa
Fenmenos de transporte
Operaciones de separacin Reactores qumicos
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Antecedentes: Titulacin: Licenciados en Qumicas
Asignatura IngenieraQumica
Curso: Tercero
Programa de la asignatura: Balances de materia y energa
Fenmenos de transporte
Operaciones de separacin Reactores qumicos
Extraccin L-L
Lixiviacin Absorcin Destilacin
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Antecedentes: Titulacin: Licenciados en Qumicas
Asignatura IngenieraQumica
Curso: Tercero
Programa de la asignatura: Balances de materia y energa
Fenmenos de transporte
Operaciones de separacin Reactores qumicos
Extraccin L-L
Lixiviacin Absorcin Destilacin
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Destilacin
CALDERN
CONDENSADOR
ALIMENTACIN
DESTILADOREFLUJO
RESIDUO
DESTILADODESTILADOR
CONDENSADOR
Discontinua
SbitaRectificacin
Vlvula
Compresin Calentamiento
Vapor
Lquido
Alimentacin
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Resolucin problemas destilacin:
Equilibrio lquido-vapor (X-Y) Balances de materia y energa
Problemas de diseo
Xdest dada N platos?
Problemas de simulacin
N platos Xdest?
Tipos de problemas:
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Resolucin problemas destilacin:
Mtodos numricos (Lewis-Sorel) Mtodos grficos (McCabe-Thiele)
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Resolucin problemas destilacin:
Mtodos numricos (Lewis-Sorel) Mtodos grficos (McCabe-Thiele)
Inconvenientes:
Clculos tediosos Difcil solucin en el tiempo normal de clase
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Ventajas de las hojas de clculo (Excel):
Potente herramienta para clculo Incluye herramientas grficas Se pueden automatizar clculos (macros)
Por qu no utilizarla en destilacin ?
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Conocimientos previos Excel: Uso habitual de las caractersticas bsicas:
Frmulas (insertar, copiar, replicar) Grficas
Herramientas: buscar objetivo, Solver
Comandos bsicos de programacin: Bucles (for, while, repeat.) Condicionales (if then, else) Matrices
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1erCongreso de Innovacin Docente en Ingeniera Qumica
Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Conocimientos previos Excel: Uso habitual de las caractersticas bsicas:
Frmulas (insertar, copiar, replicar) Grficas
Herramientas: buscar objetivo, Solver
Comandos bsicos de programacin: Bucles (for, while, repeat.) Condicionales (if then, else) Matrices
Macros? Qu es eso?
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Macros:
Secuencia de operaciones prefijada Se pueden ejecutar repetidas veces El cdigo de las macros es Visual Basic
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Destilacin
CALDERN
CONDENSADOR
ALIMENTACIN
DESTILADOREFLUJO
RESIDUO
DESTILADODESTILADOR
CONDENSADOR
Discontinua
SbitaRectificacin
Vlvula
Compresin Calentamiento
Vapor
Lquido
Alimentacin
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Destilacin
DESTILADODESTILADOR
CONDENSADOR
Discontinua
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QcalBalances de materia:
Ec. Rayleigh
Qref
Destilacin discontinua:Inicial:Mezcla L0, X0
Final:Residuo L, XDestilado V, Y
L, X V, Y
Y
0
X
X0
L dXln
L Y X
0L L V
0 0L X L X V Y '
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Qcal
Qref
Problema tipo:Dada una mezcla inicial:L0, X0.
Para un X final delresiduo Cunto vale laY del destilado? Cuntodestilado V obtengo?
L, X V, Y
Y
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Qcal
X
Qref
Problema tipo:Dada una mezcla inicial:L0, X0.
Para un X final delresiduo Cunto vale laY del destilado? Cuntodestilado V obtengo?
L, X V, Y
Y
Solucin:L
0
X
X0
L dXln
L Y X
Equilibrio X-Y
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Qcal
X
Qref
Problema tipo:Dada una mezcla inicial:L0, X0.
Para un X final delresiduo Cunto vale laY del destilado? Cuntodestilado V obtengo?
L, X V, Y
Y
Solucin:L V
0
X
X0
L dXln
L Y X
0L L V
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Qcal
X
Qref
Problema tipo:Dada una mezcla inicial:L0, X0.
Para un X final delresiduo Cunto vale laY del destilado? Cuntodestilado V obtengo?
L, X V, Y
Y
Solucin:L V Y
0
X
X0
L dXln
L Y X
0L L V 0 0L X L X V Y '
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
1Y-X
Y
XXfinal X0
X1
Y-XY
1
Y-XX
X0X1
Y0Y1
:Xfinal
:
Equilibrio Y=f X0
X
X0
L dXln L Y X
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Suponer X
Problema tipo ms complicado:Dada una mezcla inicial: L0, X0.
Para un Y final del destilado Cunto vale la X del residuo?Cunto destilado V obtengo?
Solucin:
L V Y?
0
X
X0
L dXln
L Y X
0L L V 0 0L X L X V Y '
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
X
1
Y-XY
1
Y-X X X0X1
Y0Y1
:
Xfinal
:
Tabla, numerosos datos, frmulas repetitivas !
Qu mejor que la Excel ??
0
X
X0
L dXln
L Y X
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Dada una mezcla inicial: L0 = 300 mol, X0=0,6. Para un Y final del
destilado =0,75 Cunto vale la X del residuo? Cunto destilado Vobtengo?
Se colocan los datos y se elaboran las frmulas en cada columna de la tabla
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Dada una mezcla inicial: L0 = 300 mol, X0=0,6. Para un Y final del
destilado =0,75 Cunto vale la X del residuo? Cunto destilado Vobtengo?
Equilibrio
1X
Y X
0
1L L exp X
Y X
0V L L
0 0L X LXY 'V
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Dada una mezcla inicial: L0 = 300 mol, X0=0,6. Para un Y final del
destilado =0,75 Cunto vale la X del residuo? Cunto destilado Vobtengo?
Arrastrar las frmulas para repetir la operacin hasta alcanzar el valor 0,75
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Dada una mezcla inicial: L0 = 300 mol, X0=0,6. Para un Y final del
destilado =0,75 Cunto vale la X del residuo? Cunto destilado Vobtengo?
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Dada una mezcla inicial: L0 = 300 mol, X0=0,6. Para un Y final del
destilado =0,75 Cunto vale la X del residuo? Cunto destilado Vobtengo?
X=0,19 V=219,65 mol
Y=0,751 2 1
1 2 1
b b b ba a a a
Interpolacin lineal
a1 a2a
b1
b2
b 1 2 1
1 2 1
b b b ba a a a
Interpolacin lineal
a1 a2a
b1
b2
b
a1 a2a
b1
b2
b
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Automaticemos el proceso:Creemos una hoja de clculo:
Introduccin de los datos iniciales del problema
Introduccin de los datos de equilibrio Clculo de la solucin:
Cambie el valor de X
Busque el dato de equilibrio Y
Realice la integral Interpole
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Datos iniciales del problema y datos de equilibrio
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Clculo de la solucin
SECUENCIA MACRO DESTILACIN DISCONTINUA
1. Definir matriz de 2x11 elementos para 11 datos de equilibrio X,Y2. Asignar los 11 datos de equilibrio con los datos introducidos en las celdas
correspondientes3. Limpiar las celdas en las que se va a operar y que pueden tener valores de clculos
anteriores4. Se parte de que los dos primeros datos de X de la tabla de integracin ya tienen lasfrmulas introducidas y hemos fijado el incremento de X de cada paso
5. Para X0 y X1 se buscan los datos de equilibrio Y0 e Y1 interpolando linealmente de losdatos de equilibrio y, al estar introducidas las frmulas en la hoja de clculo,automticamente aparecen los valores del resto de la tabla
6. Se coloca X2, calculado como X1 menos el IncX prefijado, se calcula igualmente Y2 deequilibrio interpolando y se copian y pegan las frmulas de la tabla de la filainmediatamente anterior (X1) a la nueva fila
7. Se compara el valor de Y2 calculado con el objetivo, si es mayor, se continua elclculo con X3 de la misma manera, si es menor, estar entre X2 y X3 y se interpolacon estos dos valores y se finaliza el proceso
8. Se pegan los valores de X, L, V e Y en las celdas correspondientes a resultados
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Clculo de la solucin
Yi
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Bucles: For To
Condicionales: If Then Acciones: Copy, Paste
Necesidades de programacin de la macro:
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Primeros dos valores X0
y X1
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Interpolacin valores deequilibrio Y
0e Y
1
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Repeticin de las filas hasta encontrar Yobjetivo
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Repeticin de las filas hasta encontrar Yobjetivo
Interpolacin para afinar resultado
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Pegado de los valores finales
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Destilacin
CALDERN
CONDENSADOR
ALIMENTACIN
DESTILADOREFLUJO
RESIDUO
DESTILADODESTILADOR
CONDENSADOR
Discontinua
SbitaRectificacin
Vlvula
Compresin Calentamiento
Vapor
Lquido
Alimentacin
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Destilacin
CALDERN
CONDENSADOR
ALIMENTACIN
DESTILADOREFLUJO
RESIDUO
Rectificacin
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Qcal
Balances de materia:
Lnea Operacin Enriquecimiento
QrefRectificacin:
D, XD
B, XB
F, XF
Lnea Operacin Agotamiento
Lnea Alimentacin
F D BF X D X B X
nn 1 n D
n n
L DY X X
D L D L
m
m 1 m B
m m
L BY X X
L B L B
FX1 f
Y Xf f
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McCabe-Thiele
Lewis-Sorel
Rectificacin:
XB XDXF
123
X=XD Y1
X1 Y2
R.O.
Equi.
R.O.
X2 Y3
Equi.
R.O.
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McCabe-Thiele
Lewis-Sorel
Rectificacin:
X=XD Y1
X1 Y2
R.O.
Equi.
R.O.
X2 Y3
Equi.
R.O.
Numerosos datos, frmulasrepetitivas, utilizacin de grficos paraver el efecto de diversas variables !
Qu mejor que la Excel ??
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Automaticemos el proceso:Creemos una hoja de clculo para determinar el nmerode etapas tericas necesarias:
Introduccin de los datos iniciales del problema:
F, XF, XD, XB, RD, f Introduccin de los datos de equilibrio
Clculo de la solucin: Calcule las rectas de operacin y alimentacin
Partiendo de X=XD calcule Y con recta operacin Busque el dato de equilibrio X, para ese Y y los represente
Repetir el clculo, cambiando R.O en cada zona hasta que X=
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Clculo de la solucin
N ETAPAS>N MAX
ASIGNACIN DELOS DATOS DE
EQUILIBRIO
FIN DEL CLCULO DEESCALONES
COMIENZO DEL CLCULODE UN ESCALN
DEFINICIN DE MATRIZPARA DATOS DE
EQUILIBRIO
CALCULO DE LAS RECTAS DEOPERACIN Y ALIMENTACIN
CONTAR N DE ETAPASHASTA X
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Dada una alimentacin de heptano-octano F= 300 mol/min, XF =0,5.
Qu nmero de etapas tericas se necesitan para obtener un destiladoXD= 0,9 y un residuo XB= 0,1 trabajando con una relacin de reflujo RD=5 y si la alimentacin se introduce como lquido saturado f=0?
Se colocan los datos y se elaboran las frmulas en cada columna de la tabla
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Datos iniciales y de equilibrio
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Representacin de las rectas de
operacin y de alimentacin
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Utilizacin de la Excel en clases de destilacin
Clculo del nmero de etapas
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