Post on 05-Jul-2015
description
1
SIMULACIÓN DE PROCESOS
Profesor: Arturo Rodulfo
Febrero de 2014
CONTENIDO (de la presentación)
2
Objetivos
Modelos de simulación
Programas comerciales más comunes
Ejercicios con un simulador de
procesos
Febrero de 2014
OBJETIVOS
3
Reconocer las características principales
de los simuladores de procesos
Asociar los datos requeridos por el
simulador con el objetivo del modelo
Aplicar los modelos construidos en la
resolución de problemas de ingeniería
Febrero de 2014
4
TIPOS DE MODELOS
Modelos a escala
Los modelos a escala son replicas en tamaño pequeño de algo que tendrá en la práctica un tamaño mas grande. Aviones, presas y plantas químicas son ejemplos comunes de modelos realizados a escala reducida. .
Modelos matemáticos
Los modelos matemáticos han existido desde que el hombre formuló una ecuación para predecir el comportamiento de un hecho cotidiano.
La aparición de las computadoras ha dado un impulso gigantesco en el desarrollo de modelos mas complejos, cuyas soluciones serían imposibles de alcanzar si las ecuaciones tuvieran que resolverse con cálculos manuales. Febrero de 2014
5
MODELOS DE SIMULACIÓN
PROCESO REAL
MODELOS MATEMATICOS
f(r, Q, HP) f(r, D, L, Q) f(P, T, x)
Presión = Presión = Q liquido =
Febrero de 2014
6
ORIGEN DESARROLLO PROPIO (no a
la venta)
Proteger secretos
comerciales
Ecuaciones y datos de
equilibrio
Procedimientos de diseño
COMERCIALES
Operaciones unitarias y
ecuaciones estándar
Regularmente actualizados
TIPO ESTADO ESTABLE
Parámetros no varían con
el tiempo
Buena aproximación de la
realidad
Son los mas comunes
DINÁMICOS
Variación con el tiempo
Mucho más complejos
Aplicaciones de control
avanzado
MODELOS DE SIMULACIÓN
Febrero de 2014
7
VENTAJAS
CÁLCULOS
Mas rápidos
Más precisos
ESTO PERMITE:
Rápida solución de cálculos por tanteo ó iterativos
Fácil evaluación de diseños alternos
DESVENTAJAS
El hardware y software puede ser muy costoso
Requiere tiempo para:
Desarrollar un programa o
Aprender a usar programa comercial
MODELOS DE SIMULACIÓN
Febrero de 2014
8
USOS MÁS FRECUENTES
• Predicción de propiedades
• Equilibrio liq-vap, liq-liq-vap
• Sistemas o procesos complejos
•Lazos o redes
•Cálculos iterativos
• Evaluación de muchas alternativas
• Estudios de sensibilidad
•Efecto de una variable sobre un sistema
MODELOS DE SIMULACIÓN
Febrero de 2014
¿Para que se va a hacer una
simulación?
9
El objetivo no es la simulación
El modelo de la simulación es una herramienta
para obtener una respuesta
SimulaciónProblema
Febrero de 2014
10
1. TIPO DE ENFOQUE: SIMPLE O RIGUROSO
0 10 20 30 40 50 60
CAUDAL
PR
ES
ION
Eff
SISTEMA
BOMBA
MODELO RIGUROSO
Q = 200 gpm
Ps = 10 psig
20 HP
Eff = 80%
Pdesc = ? psig
SISTEMA REAL
MODELO SIMPLIFICADO
HP 1714 effpsi=
gpm
CALIDAD DE LA RESPUESTA
Febrero de 2014
11
2. ECUACIONES TERMODINÁMICAS
-200 -100 0 100
10
20
30
50
100
200
300
500
1,000
PRESION (psia) PENG-ROBINSON
EXPERIMENTALES
DIAGRAMA
PRESION vs.
ENTALPIA DEL
ETILENO
CALIDAD DE LA RESPUESTA
Febrero de 2014
12
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100
3
10
30
100
300
1000
3000PRESION (psia)
PENG ROBINSON
EXPERIMENTAL
DIAGRAMA
PRESION vs.
ENTALPIA
DEL CO2
CALIDAD DE LA RESPUESTA
2. ECUACIONES TERMODINÁMICAS
Febrero de 2014
13
ECUACIONES TERMODINÁMICAS
Selección de ecuaciones termodinámicas Rango de P y T
Especies químicas involucradas
Reacciones químicas
Recomendaciones del fabricante
Bibliografía
La mas comunes son:
K-values Enthalpy Entropy
Vapor
Density
Liquid
Density
Oil Refining and Gas Processing
Soave-Redlich-Kwong (SRK) SRK SRK SRK SRK API
Peng-Robinson (PR) PR PR PR PR API
Grayson-Streed (GS) GS CP CP SRK API
Braun K-10 (BK10) BK10 JG CP Ideal API
Chemical Processing
Ideal VaporPressure Library -- Library Library
NRTL NRTL Library -- Library Library
UNIQUAC UNIQUAC Library -- Library Library
UNIFAC UNIFAC Library -- Library Library
CALIDAD DE LA RESPUESTA
Febrero de 2014
14
3. RANGO DE ECUACIONES
TEMPERATURA
EXTRAPOLACION DEL
MODELO LINEAL
RELACION PARA
EL PROCESO
REAL
DATOS
EXPERIMENTALES
LIMITADOS
CALIDAD DE LA RESPUESTA
Febrero de 2014
15
4. TOLERANCIA DE CÁLCULO
TOLERANCIA
X
Y
SOLUCION
VERDADERA
RANGO DE
MULTIPLES
SOLUCIONES
¿ PROBLEM SOLUTION REACHED ?
CALIDAD DE LA RESPUESTA
Febrero de 2014
16
5. CALIDAD DE LOS DATOS
DATOS RESULTADOS
LA CALIDAD DEL RESULTADO NO PUEDE SER MEJOR
QUE LA CALIDAD DEL PEOR DE LOS DATOS
CALIDAD DE LA RESPUESTA
Febrero de 2014
CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
17
1ero paso. Selección de componentes
COMPONENTES PUROS
Agua, metano, etano, etc
COMPONENTES HIPOTÉTICOS
2do paso. Selección de sistema termodinámico
Febrero de 2014
18
3er paso. Inserción de bloques/unidades del modelo
Se extraen de la paleta de las operaciones unitarias
del programa
Usualmente se excluyen o simplifican:
Tanques o acumuladores
Arreglos de tuberías
Válvulas de bloqueo
Equipos repetidos en paralelo
Equipos auxiliares
Subsistemas de servicios (agua de enfriamiento, vapor,
etc)
CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
Febrero de 2014
19
4to paso. CONEXIONES / CORRIENTES
Se conectan los bloques de cálculos (operaciones unitarias)
con líneas que representan las corrientes.
Las corrientes de alimentación por lo general deben
especificarse completamente: presión, temperatura, (o
fracción de vapor), flujo y composición
El resto de las corrientes es calculada por el programa
5to paso. ESPECIFICACIONES
Parámetros fijados por el usuario que el programa debe cumplir. Pueden estar ubicados en:
Corrientes: P, T, flujo, fracción vapor, composición
Operaciones unitarias: caída de presión, configuración, curvas, etc
CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
Febrero de 2014
20
5to paso. Especificaciones y grados de libertad
Evitar sobrespecificar el problema:
Por ej. especificar simultáneamente la caída
de presión y la presión de salida de una
válvula
Muchas de las causas de no convergencia
son producto de especificaciones
inconsistentes
CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
Febrero de 2014
21
6to paso. VALIDACIÓN Y AJUSTES
Comparación de resultados / predicciones del
programa con:
Resultados confiables
Tendencias esperadas
De necesitarse correcciones en el modelo, se
ajustan:
Ecuaciones y/o coeficientes termodinámicos
Bloques (operaciones unitarias) del modelo
CONSTRUCCIÓN DEL MODELO
Febrero de 2014
Algunos programas comerciales
22
CÁLCULOS HIDRÁULICOS REDES Y TUBERÍAS
PIPEPHASE, PIPESIM, AFT Fathom (estado estacionario)
TLNET, TGNET, AFT Impulse (dinámicos)
FLARENET, INPLANT, VISUALFLOW (sistemas de alivio)
INTERCAMBIADORES DE CALOR
HEXTRAN, HTRI, B-JAC, HTFS
BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
HYSYS, PRO/II, ASPEN PLUS, UNISIM,
PROSIM/TSWEET, CHEMCAD, DESIGN II
Febrero de 2014