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La simulación de procesos en ingeniería química

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Manuel Sánchezz

on 8 September 2014

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Transcript of La simulación de procesos en ingeniería química

La simulación desde el punto de vista de la ingeniería química:



En la simulación convergen diversas corrientes del saber:
• Análisis de métodos numéricos
• Modelado de procesos
• Operaciones unitarias y fenómenos de transporte
• Estimación de propiedades fisicoquímicas

Los simuladores se pueden clasificar en:
a) Simuladores en estado estacionario o simuladores en estado dinámico
b) Simuladores de uso específico o simuladores de uso general

En la década de los 70´s, se refinaron los modelos de estimación de propiedades fisicoquímicas, se incluyeron:
• Criterios de rasgado y convergencia en corrientes de recirculación
• Se aumentaron las unidades de proceso
• Se flexibilizo la síntesis de variadas redes de proceso
• Se incluyeron criterios de optimización
La simulación de procesos en ingeniería química
Simuladores globales u orientados a ecuaciones
En este tipo de simulador se plantea el modelo matemático que representa a todo el conjunto o planta a simular, en él se resuelve un gran sistema de ecuaciones algebraicas las cuales son no lineales.

Características:
• Cada equipo se representa por las ecuaciones que lo moldean.
• Tiene una resolución simultánea de las ecuaciones algebraicas resultantes.
• Tiene mayor velocidad de convergencia.
• Entre mayor sea la complejidad del problema se tendrá menor confiabilidad de los resultados y más problemas para la velocidad de convergencia.
• Este modelo es más difícil de usar para los no especialistas.

Simuladores híbridos
• Estos se forman al combinar la estrategia modular y la orientada a ecuaciones, aprovechando lo positivo de ambas metodologías.

• Esta filosofía trabaja con las variables tratadas simultáneamente y con las variables tratadas secuencialmente.


APLICACIÓNES DE LA SIMULACIÓN DE PROCESOS

• Solución es los problemas de proceso
• Diseño de nuevas plantas y equipos
• Se utiliza en áreas como la ambiental, alimentos y polímeros.

Conclusiones
Los simuladores de proceso se dividen según el modelo matemático que presenta el proceso a similar, tales como:

• Simuladores globales u orientados a ecuaciones

• Simuladores secuenciales modulares

• Simuladores híbridos o modular secuencial-simultaneo


VENTAJAS
1. Proceso relativamente eficiente y flexible.
2. Usado para analizar y sintetizar una compleja y extensa situación real.
3. Resuelve en general problemas trascendentes.
4. Puede obtener varias opciones de decisión.
5. Permite estudiar los efectos interactivos de los componentes individuales o variables para determinar las más importantes.

DESVENTAJAS
1. Puede resultar bastante costoso, además de que el proceso de desarrollar un modelo es largo y complicado.
2. No genera soluciones óptimas a problemas de análisis cuantitativos.
3. Por ensayo y error se producen diferentes resultados en repetidas corridas. No produce respuestas por sí mismo.
4. Las soluciones e interferencias no son usualmente transferibles a otros problemas.
5. Siempre quedarán variables por fuera que pueden cambiar completamente los resultados en la vida real.

ANTECEDENTES
La simulación facilita los objetivos del diseño moderno
A) Diseñar para conseguir una fabricación a costo competitivo
B) Diseñar en orden a la utilización real
C) Diseñar bien al primer intento.
La simulación ahorra tiempo y dinero en el diseño de nuevas plantas, como en la optimización.
El costo inicial de la simulación es alto pero a la larga es rentable.
Se requieren conocimientos en fenómenos de transporte, termodinámica y operaciones unitarias para interpretar resultados.
Los simuladores facilitan el aprendizaje.
• Martínez V. H. et al. “Simulación de procesos en ingeniería Química”, Ed. Plaza y Valdéz, 1era ed., Cap. 2, 2000. ISBN 968-856-755-8
• Scenna N. J. et al.” Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos”, Capitulo 5 y 6. 1999
• Law A. M. y Kelton W. D.., “Simulation modeling and analysis”, Ed. Mc. Graw Hill, 3era. Ed., Cap 1. 1999
• García G. J. M. et. al. “Antología del Curso de Ingeniería de Procesos II”, PAIQ de la UACQ de la UAZ., Capítulos del 3 – 7, 2008
• Chung C. A. “Simulation Modeling Handbook; A Practical Approach”, CRC Press, 1era. Ed., 2003 ISBN 0-8493-1241-8
• Luyben W.L., “Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineering”, Ed. Mc Graw Hill, 2da. Ed., Capítulos 4 y 5. 1999 ISBN 0-07039159-9.
Bibliografía
Simulador secuencial modular
Estos simuladores resuelven cada tipo de equipo por separado usando las técnicas que son adecuadas para el mismo. El flujo de información coincide con el “flujo físico” de la planta bajo esta filosofía, para cada módulo de simulación (equipos) deberá plantearse su modelo matemático principales características:

• Biblioteca de módulos
• Tiene tres niveles de iteración:

1.- Cálculos fisicoquímicos
2.- Módulos en si (ej. Flash, columna etc)
3.- Variables de iteración (reciclos)
4.- Optimización

• Tiene modelos individuales resueltos eficientemente
• Métodos de convergencia robustos
• La información ingresada por el usuario resulta fácilmente accesible e interpretable
• Este modo de simulación es flexible, confiable y bastante robusto

Necesidad de nuevos productos:
• Buscar alternativas económicas y factibles
• La simulación de procesos es una herramienta eficaz y efectiva

Desarrollo de simuladores de procesos:
a) Computadoras con procesadores de mayor velocidad
b) Lenguajes de programación
c) El cálculo de propiedades de mezclas y componentes con menor desviación

Ventajas:
• Simulación de procesos con datos reales
• Disminución de costos

Introducción
OBJETIVO
Aparecieron:
• CONCEPT, SYMBOL, CHEMSHARE, CHEMTRAN y FLOWTRAN PROCESS, PROSPRO, GEMCS, GEPOS, PDA, y FLOWPACK

A finales de los años 80´s da inicio el desarrollo de paquetes de simulación interactivos
• CHEMAD
• MICROCHESS
• HYSYS
• ASPEN

A partir de 1991 se inicia la comercialización de paquetes de simulación dinámica y de integración de energía.
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