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Simulación de Procesos
Integración III
UTN - Facultad Regional La Plata
Síntesis de un proceso
Necesidades



Defina los objetivos
generales del proceso
Demanda de producto
Perspectivas Económicas
Provisión de Materias Primas
Recopile información
Programa de Laboratorio
Cree conceptos alternativos
para el Proceso
Sintetice Diagramas de
Flujo del Proceso
Elija equipos
Elija las condiciones
de Operación
No
Simulación de Procesos
en Estado Estacionario
¿Funciona?
Modificaciones
Si
Dimensionamiento
de Equipos
Análisis Transiente
Elija equipos
Síntesis de un proceso (cont.)
Elija las condiciones
de Operación
No
Simulación de Procesos
en Estado Estacionario
¿Funciona?
Modificaciones
Análisis Transiente
Si
Dimensionamiento
de Equipos
Modificaciones
Análisis de Fallas
Costos de Inversión y
Gastos de Funcionamiento
Diseño de Detalle
Optimización
Construcción
¿Es
factible?
Rechazado
Puesta en Marcha
Análisis de Sensibilidad
Operación
Clasificación de simuladores
Estructura
Fija
Modular
Modo de uso u operación
Desempeño
Diseño
Tipos de simuladores
Simuladores de Procesos en Estado Estacionario
Operaciones Unitarias de la ingeniería Química
Simuladores de Procesos en Estado Transitorio
(Dinámica)
Resultados que se obtienen con Simulador
Balance de Materia
Balance de Energía
Propiedades de las corrientes intermedias
Estimación de parámetros de equipos
Sensibilidad de comportamiento frente a variaciones de consignas
Partes constitutivas de un simulador de Procesos
Distinguiremos cuatro fases:
de entrada
de preprocesamiento
de cálculo
de salida
Fase de Entrada
Categorías de datos a entregar:
Generales
Dimension
Componentes
Thermo
Stream
Unit Operation:
Diagrama de flujo de las fases de un simulador
Comienzo
Lectura de datos
Fase de Entrada
Consistencia de datos
¿Es posible simular?
Generar la matriz
de propiedades físicas
Fase de
Preprocesamiento
Determinación de las secuencias de
cálculo del proceso
No
¿Hay secuencia de
cálculo especificada?
No
Toma un elemento de la
secuencia del cálculo del proceso
Fase de
Preprocesamiento
Diagrama de flujo de las fases de un simulador(cont.)
Determinación de las secuencias de
cálculo del proceso
No
¿Hay secuencia de
cálculo especificada?
No
Toma un elemento de la
secuencia del cálculo del proceso
Preparación y ejecución
de la unidad computacional
Nodo
aislado
Grafo
Cíclico
¿Qué elemento es?
Almacenamiento
de resultados
Determinación de las corrientes
de corte y ordenamiento de
los cálculos en el reciclo
Toma un elemento de la
secuencia de cálculo del reciclo
No
Preparación y ejecución de
la unidad computacional
¿Es el último
elemento de la
secuencia de
cálculo?
Almacenamiento
de sus resultados
Si
Si
Cálculos adicionales e
impresión parcial y/o total
de resultados
¿Es la última unidad
del reciclo?
Fase de Cálculo
Si
¿Convergen todas
las corrientes de
corte?
Fin
Fase de Salida
Acelerar la convergencia
Diagramas de flujo de información (DFI)
• Diagrama de procesos
DFI (Cont.)
• Diagrama de simulación
DFI (Cont.)
• Diagrama de flujo de información
Matriz del proceso
Unidad N°
Corrientes asociadas
1
1
-2
2
2
-3
3
3
8
-4
-13
4
4
7
-9
-15
5
5
-6
6
6
-8
-7
7
10
-11
-12
8
9
-10
Sistematización de los DFI
La realización de una simulación comprende dos etapas:
1. Sistematización de la información: preprocesamiento
2. Resolución
PREPROCESAMIENTO
Particionado
Rasgado
Ordenamiento
Diagramas de Flujo de Información sin reciclos
No existe retroalimentación
Orden de precedencia o secuencia de resolución:
(1, 2, 5, 3, 4, 7, 6)
Las corrientes (1) y (8) deben definirse desde afuera
La secuencia, no es única:
(7, 1, 2, 5, 3, 4, 6)
Diagramas de Flujo de Información con reciclos
Definir las llamadas corriente “iteradoras”
Si llamamos con A al subconjunto del DFI formado por los
equipos 2*, 4*, 6*, 7*, 5*, 3*, con sus corrientes asociadas, el DFI
resultante es del tipo sin reciclo.
La secuencia de resolución será entonces (1, A, 8, 9)
Etapas del preprocesamiento
DFI
¿Hay reciclos?
No
Particionado
Si
Se identifican y
funden en
pseudonodos
Se elijen las
corrientes
iteradoras
Se establece el
orden de
precedencia
Fin
Rasgado o Tearing
Ordenamiento
Ejemplo
Secuencia (1, A, B)
A= (2, 3, 4, 5, 6, 7)
B= (8, 9, 10)
Detección de subsistemas independientes
Métodos basados en potencia sucesivas de la matriz
de adyacencia del DFI
Métodos de la búsqueda del camino
En nuestro ejemplo...
Particionado: subnodos
A=(2, 3, 4, 5, 6, 7)
y B= (8, 9, 10)
Linealización el DFI con reciclo a uno sin reciclo.
En nuestro ejemplo (Cont..)
Rasgado: en los pseudocortes debemos detectar las
corrientes “iteradoras”
La corriente (9) en el pseudonodo A y la (8) en el pseudonodo B pueden
tener esas características.
Ordenamiento: la secuencia de resolución resultante es:
(1, 5, 6, 7, 2, 3, 4, 8, 9, 10)
Técnicas de preprocesamiento
1- Técnica de la corriente referenciada
STRM=1, TEMP=T1, PRES=P1, RATE= Q1, COMP=C1
STRM=3, TEMP=T3, PRES=P2, REFS=1
Técnicas de preprocesamiento
2- Modificar la secuencia de cálculo
En nuestro ejemplo anterior el orden es: E1, E2; F1.
Definimos la secuencia de cálculo como: F1, E1, E2.
Disminución del tiempo de cálculo
Técnicas de preprocesamiento
3- Combinación de unidades
Disminución del tiempo de cálculo y eliminación
de lazos de reciclos