Universidad nacional de ingeniería

Recinto universitario “Simón Bolívar”

Introducción a la computación

Tarea N2: Software de modelación y simulación de procesos aplicados a ingeniería química.

Profesor: SILVANO ENRIQUE CRUZ SANCHEZ

Integrantes:

JEFREE ALEXANDER RODRIGUEZ ALFARO

NORMAN ISAI TERCERO GARCIA

Martes 14 de abril de 2016

La simulación es una herramienta importante para la ayuda de toma de decisiones en el diseño, operación y optimización de procesos quimicos.

       Ahora bien, desde el punto de vista de la ingeniería química es la solución de las ecuaciones de balance de materia y energía para procesos químicos en estado estacionario o dinámico. Así como del dimensionamiento y la obtención de costos de los equipos involucrados en un proceso. Por último, el efectuar la evaluación preliminar del proceso.       

     Es sabido que en la simulación convergen diversas corrientes del saber, como es el análisis de los métodos numéricos para la simulación de ecuaciones tanto algebraicas como diferenciales, el modelado de proceso, operaciones unitarias y fenómenos de transporte, estimación de propiedades fisicoquímicas, etc.       

     Los simuladores se pueden clasificar en;        

Simuladores en estado estacionario (las propiedades de reactivos, productos o mezclas no varían con el tiempo) o también llamados Simuladores en estado dinámico (las propiedades varían con el tiempo).      

     Simuladores de uso específico (los elaborados para una operación unitaria específica y un determinado rango de operación, ejemplo Madsed, Reformacion, FCC, etc.) o Simuladores de uso general (contienen en su estructura varias operaciones unitarias las cuales pueden ser interrelacionados entre si para simular un proceso, ejemplo: Aspen, Hysys, Chemcad, PRO II, etc.).            

     Es importante mencionar que la simulación de procesos quimicos es una herramienta que se ha hecho indispensable para la solución adecuada de los problemas de procesos. Permite efectuar el análisis de plantas químicas en operación, de igual forma, se emplea para el diseño de nuevas plantas o equipos.

     El uso de los simuladores se realiza en el área ambiental, con los ingenieros de planta, en el área de alimentos, polímeros, etc. En el desarrollo de un proyecto se emplea para probar la factibilidad técnica y económica de este. En la toma crítica de decisiones se prueban diferentes alternativas de procesos y condiciones de operación.

     La simulación proporciona todos los datos de procesos requeridos para el diseño detallado de los diferentes equipos y para la construcción de plantas a nivel banco, piloto o industrial, que después de construirlas y operarlas servirán para retroalimentar el modelo utilizado o para validarlo. De acuerdo a Martínez et al (200) hay tres tipos de modelos que pueden resolverse por medio de la simulación:  

1. Análisis de un proceso.2.  Diseño del proceso.3. Optimización del proceso.

 

PRO II

     El software de simulación de PROO/II® es un simulador en estado estacionario que permite el diseño de procesos y el análisis operacional mejorados. Se diseña para realizar balance de masa y los cálculos rigurosos del balance energético para una amplia gama de procesos quimicos. En especial en productos químico, petróleo, gas natural, a los sólidos  que procesan y a las industrias del polímero permitiendo la solución más comprensiva de la simulación.

Capacidades Principales entre otras:

Aplicaciones de refinación: procesamiento de crudo pesado, precalentamiento del crudo, destilación de crudo, FCC fraccionador principal y coker, separador de nafta y separador, separador de agua, sulfúrico y alquilación ácida HF.

Petróleo y gas que Procesa usos: azucarar de amina, refrigeración de la cascada, trenes de compresor, deshidratación de gas, formación hidrato/inhibición

Usos de productos químicos/Petroquímico: el fraccionamiento de etileno, C3 la división, la separación aromática, ciclo hexanos, MTBE la separación, la recuperación de naftaleno, la olefinas y oxigena la cloración de propileno y la producción.

Usos químicos: síntesis de amoníaco, destilación isotrópica, biocarburantes, cristalización, deshidratación, electrólitos, inorgánicos, extracción líquida líquida, destilación de fenol, manejo de alimentos sólidos.

Usos de polímero: polimerización de radical libre, polimerización de crecimiento de paso, copolímeros

Usos farmacéuticos: destilación de hornada y reacción.

MATLAB

     Es una herramienta informática que surgió para realizar cálculos matemáticos, especialmente operaciones con matrices. El usuario de MATLAB suele ser una persona que necesita algo más que una calculadora pero que no quiere “mancharse las manos” con un lenguaje de programación. Por eso el entorno de trabajo es sencillo de manejar, casi tan fácil como una calculadora.  Además de realizar cálculos, esta herramienta permite crear gráficos de muchos tipos y presenta grandes ventajas a la hora de trabajar con números complejos, con matrices, con polinomios, con funciones trigonométricas, logaritmos, etc.

   Con los años la herramienta ha sido modificada pasando por varias versiones. En cada versión se han incorporado otras funciones distintas y hoy en día proporciona funciones para gran cantidad de aplicaciones ingenieriles: simulación de sistemas dinámicos, visión artificial, análisis estadístico, análisis y diseño de controladores automáticos, etc.

   Desde las primeras versiones MATLAB incorpora una característica muy interesante: la capacidad para programar. En efecto, es posible crear archivos que contengan las operaciones que se desean realizar. Además es posible incorporar nuevas funciones de MATLAB realizadas por el propio usuario.

   La programación se lleva a cabo mediante un lenguaje que es muy parecido a lenguajes de alto nivel como BASIC o C. Esto permite que el usuario pueda agrupar sentencias que utiliza frecuentemente dentro de un programa que puede ser invocado posteriormente. De este modo se ahorra tiempo y esfuerzo en sucesivas sesiones pues no es necesario escribir todas las sentencias de nuevo como se mostrará.

     Pero no todo son ventajas. Como principal inconveniente hay que señalar el hecho de que MATLAB no ha sido concebido como lenguaje de programación por lo que carece de algunos elementos o características necesarias para una buena práctica de la programación. Para aliviar estos defectos se van a usar métodos que eviten los peligros derivados de dichas carencias.

ASPEN

Características Generales

ASPEN: Sistema avanzado para procesos de Ingenieria.

Desarrollado por: Aspen Technology, Inc.

Ventajas:

*Flexible y fácil de usar.

*Algoritmo de Calculo: método secuencial modular (Aspen Plus 10.2)

                                        método orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2004.1)

                                        método orientado a ecuaciones (Aspen Plus 2006)

     Aspen Plus permite:

– Regresión de datos experimentales

– Diseño preliminar de los diagramas de flujo usando modelos de equipos simplificados.

– Realizar balance de materia y energía rigurosos usando modelos de equipos detallados.

– Dimensionar piezas clave de los equipos.

– Optimización on-line de unidades de proceso completas o bien plantas

 

♥    Propiedades termofisicas:

*      Bases de datos de componentes puros y específicos de cualquier aplicación.

*      Sistemas de estimación para constantes de propiedades.

*      Bases de datos para parámetros de interacción binaria.

*      Sistemas de regresión de datos.

*      Sistemas para electrolitos.

*      Acceso a la base de datos termofisica DECHEMA

♥    Herramientas:

*      Análisis de convergencia: rotura de ciclos, secuencia de soluciones.

*      Incluyen fortran y Excel. Acceso a Visual Basic (Aspen Plus 2004.1)

*      Análisis de sensibilidad: variaciones debidas a cambios introducidos.

*      Caso de estudio para simular con varias entradas.

*      Especificaciones de diseño para el cálculo automático de condiciones de operación y parámetros de equipos.

*      Ajustes de datos.

*      Optimizar para maximizar rendimientos, consumo de energía, pureza.