˘ ˇˇˇ ˆ ˇ• secuencial modular •esquema más usado •cada proceso o corriente es un modulo...
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Modelación y Simulación de Procesos Prof. Francisco Cubillos
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Simulación de procesos Donde usarla?
SIMULACION
REDISEÑO
INVESTIGACION
SINTESIS DE
PROCESOS
DISEÑO DE EQUIPOS PROCESOS Y SIMULACION
ANALISIS Y MEJORAS EN LA
OPERACIÓN
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SIMULADOR DE PROCESOSEs una herramienta de ingeniería que hace:
•Cálculos automatizados
•Balances de Masa y/o Energía (flowsheeting)
•Estimación de propiedades físicas
•Diseño / tamaño/costo de equipos
•Optimización de procesos
No reemplaza al ingeniero de procesos si no que lo asiste en la generación de resultados
Su gran popularidad radica en que diversos escenarios son evaluados rápidamente lo que permite una mejor toma de decisiones.
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Información requerida
Mezcla de
componentes
Operaciones
unitarias
Diag deFlujo
Datosproceso
Datosequipos
Datosdiseño
DatosCorrientes
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Datos a especificar en el simulador
Mezcla componentes
Operacionesunitarias
Flowsheetproceso
Librería
Modelosequipos
Modelostermodinam
métodosolución
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ESTRUCTURA DE UN SIMULADOR ESTACIONARIO
Subrutinas Numéricas
Balances Masa & Energía
Diseño equipostamaños
Estimacion de costos
Evaluación económica ambiental
Base de datosProp. Físicas correlaciones
costos
INTERFASE USUARIODIAGRAMA PROCESO
REPORTESGRAFICOS
FORMULARIOSARCHIVO RESULTADOS
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SIMULACION ESTACIONARIA => SOLUCION SISTEMA ALGEBRAICO
MODELO
PROBLEMA
DATOS
SOLUCION
ANALISIS
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MODELO
PROBLEMA
DATOS
SOLUCION
ANALISIS
SIMULACION NO ESTACIONARIA => SOLUCION SISTEMA DIFERENCIA ALGEBRAICO
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OPTIMIZACION DE PROCESOS => MINIMIZAR FUNCIONES N.L
MODELO
PROBLEMA
DATOS
SOLUCION
ANALISIS
S.A RESTRICCIONES
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Estrategias de solución I
• Basadas en ecuaciones (Equation Oriented)•Explicitar el conjunto de ecuaciones
•Matriz de conexiones de corrientes
•Identificar restricciones
•Solución del sistema en forma simultanea
•Lineal : solución exacta sin iteraciones
•Nolineal: usar método numérico (newton)
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Estrategias de solución II
• Secuencial Modular •Esquema más usado
•Cada proceso o corriente es un Modulo (ecuaciones, objeto)
•La salida de un modulo es la entrada del próximo
• El sistema se soluciona secuencialmente modulo a modulo
•En caso de reciclo se requiere tanteo e iteraciones (tearing) hasta convergencia
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Esquema secuencial modular
•Algoritmo mas usado
•Sistema sin reciclo se resuelve en una iteración
Los módulos individuales pueden requerir iteraciones para su solución
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Reciclos en esquema secuencial modularLos sistemas con reciclos son mas complicados
r reciclo de F a C
Se particionar en r1 y r2
Se asume r2 y se resuelve hasta obtener r1
Parar si r1=r2
Op Unitaria
Reciclo particionado
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TRATAMIENTO DE RECICLOS METODOLOGIA M-S
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL EMS
VENTAJAS
•Es fácil de entender ya que el flowsheet es similar al proceso
• Los equipos (módulos) se incorporan o retiran fácilmente
• Se pueden reemplazar módulos con diferente grado de detalle sinalterar los demás componentes.
• Solución robusta
DESVENTAJAS
•Solución lenta modulo por modulo
• Discontinuidades pueden generar inestabilidad (eq. de fases)
•Manejo de reciclos necesita iteraciones
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Lista de simuladores de procesosFuente wikipedia
Flowtran: primer simulador secuencial 1975 desarrollado en fortran
Simuladores comerciales actuales
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Cape-open promueve el desarrollo de software libre para el área de ingeniería de procesos.
El simulador de libre disposición que se promueve es el “COCO”
Descargar en: http://www.cocosimulator.org/
Antecedentes en la selección de un simulador
•Método de solución
•Estático/Dinámico/Costos/ Optimización
•Conectividad/ Soporte/Modelos propios
• Biblioteca de modelos y componentes
•Costo licencia y capacitación
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TAREA: investigar los simuladores de procesoscomerciales que ofrece el mercado
Fuente:
Chemical Engineering
Chemical Engineering Progress
Ingeniería Quimica
Directorio de productos
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INTRODUCCION SIMULADOR HYSYSAspen One
Características
•Tipo secuencial modular
•Estado estacionario y dinámico
•Calculo automatico segun GL (Diseño SimulaciónControl)
• Optimizador
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1er paso : Set de Unidades
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2º paso : Seleccionar paquete de fluidos
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3º paso: Seleccionar opciones TD
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4º paso: Adicionar componentes y Rx
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5º Paso : Ir a modo de Simulacion
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6º Paso: Desarrollo del flowsheet PFD
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Agregar Equipos y Corrientes de proceso
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Corrientes (Stream)
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Objetos ( corrientes y operaciones) OK en verde
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EL MENU DE HYSYS
PFDWB
ON
SSDyn
Calculo
Stop
Basis
$$
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PALETA DE OPERACIONES
Stream
Unit Op
Op Logicas
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Stream Principal
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Stream Propiedades
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Intercambiador de calor
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Bomba
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Tuberia
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Reactor PFR
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COLUMNA DESTILACION
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Logicas: Ajuste - planilla calculo
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OBJECT NAV – WORKBOOK.-OBJ BROWSER
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DataBook : Selecciona reasultados para visualizacion
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Casos de estudio: Resultados parametrizados
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PAGINAS UTILES
Pagina de manuales Labcontrol : Tutoriales y manuales del programa. SimulatioBasis y OperGuidehttp://archivos.labcontrol.cl/HYSYS_DOCUS/
Pagina de Ejemplos U Florida: http://hysys.che.ufl.edu/
Portal de Ingeniería Química, http://www.todoquimica.net
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Tutorial de hysys de todoquimica.net en Labcontroltema2, tema3, tema4
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EJEMPLOS A REALIZAR
• Sistema simple Obj: Uso de Hysys
•Sistema con reciclo Obj: Estrategia SM
•Proceso con Reacción Quimica Obj: Incorporar Reaccion
• Sistema dinámico Obj: Simulacion dinamica
• Optimización Obj: Calculo con optimizador