Presentación curso modelamiento y simulación procesos químicos

1. Ing. Harvey Andrés Milquez Sanabria

2.  Aplicar los modelos matemáticos
fundamentales en la Ingeniería Química y
resolverlos mediante la simulación digital.
Aplicar las soluciones encontradas en el
análisis de los procesos químicos.

3. Metodología y Evaluación

4.  simulacionamerica@gmail.com
 Asunto:210Nombresyapellidos_GrupoXXX
Asistencia
• En los primeros 15 minutos de clase se tomara asistencia, la
puerta se cierra después de tomar asistencia de todo el
grupo. Reglamento estudiantil
• La materia se pierde por fallas con 10%.
• EXCUSA MEDICA NO ELIMINA LA FALLA

13. ◦ Década de los 50
◦ Mainframes (Sistemas Operativo por lotes, tarjetas perforadas, lenguaje
de máquina).
◦ Primer lenguaje de alto nivel para ingenieros y científicos (FORTRAN,
Proyecto de la IBM, 1957).
◦ Poca interacción con el usuario.
◦ Simuladores de operaciones unitarias y de diagramas de flujo limitados
(Primera generación de simuladores entre ésta década y comienzos de
la siguiente).
◦ Creación de bibliotecas de programas para el cálculo de operaciones
unitarias.
◦ Primeros Simuladores de tipo secuencial – Primera generación
(KELLOGG, FLEXIBLE FLOW-SHEET, PACER de Digital Systems Co.,
CHEVRON HEAT AND MATERIAL BALANCING PROGRAM)

14. ◦ Década de los 60
◦ Sistemas Operativos multiusuario de tiempo compartido.
◦ Primeros microcomputadores.
◦ Nuevos lenguajes de programación (BASIC, PASCAL, ETC.)
◦ Consolidación de los primeros simuladores secuenciales de propósito
general (ICI, Monsanto, Exxon, BASF).
◦ Simuladores con módulos matemáticos estándar interconectados en
redes arbitrarias y flexibles.
◦ Década de los 70
◦ Simuladores de segunda generación (Mayor efectividad y resolviendo un
mayor número de problemas). Flowtran, Monsanto, Secuencial.
◦ CACHE (Computer Aids for Chemical Engineering Education – 1972,
Comité de la comisión de educación de la academia nacional de
ingeniería de los Estados Unidos)
◦ Primeros simuladores experimentales orientados por ecuaciones.
◦ ASPEN (Advanced System for Process Engineering). Departamento de
Energía de E.U.A - MIT

15. ◦ Década de los 80 en adelante
◦ Tercera generación marcada por la aparición de empresas dedicadas al
desarrollo, mantenimiento y comercialización de software de reconocida
trayectoria.
 HYSIM (Hysys)
 M.I.T.  ASPEN (Advanced System for Process Engineering)
 DESIGN II, ChemCAD, entre otros.
 Primeros simuladores EO ( SPEEDUP, FLOWSIM, y otros)
◦ Lenguajes de programación no procedulares.
◦ Computadores Personales.
◦ Nuevos simuladores (Cuarta generación)
◦ Inteligencia Artificial.

17. La estrategia tiene que ver con la manera de resolver el
modelo del proceso y determina el funcionamiento e
implica su flexibilidad.
ESTRATEGIA SECUENCIAL
ESTRATEGIA SIMULTÁNEA
ESTRATEGIA HIBRIDA
La diferencia entre las dos puede ilustrarse mediante la forma en
que calcula las variables asociadas a un diagrama de flujo.

18.  ESTRATEGIA SECUENCIAL
El programa con base en la información disponible determina una
secuencia de cálculo. Los valores calculados de las corrientes de salida
de una unidad se utilizan como valores para las entradas a la siguiente
unidad. Esto determina un orden de cálculo perfectamente consecutivo
hasta cuando se encuentra que una corriente retorna a una unidad y que
corresponde a un reciclo, o un equipo operando en contracorriente. Esto
implica cálculo iterativo sobre alguna(s) corriente(s).
De una manera similar, las unidades en modo de diseño, o con
especificaciones de diseño, involucran procesos iterativos.
Ésta estrategia resulta cada vez más difícil de aplicar a medida que
aumenten los reciclos o unidades en modo diseño.

19.  ESTRATEGIA SECUENCIAL
Un Modulo ejecutor toma la información de definición del diagrama
de flujo y de las especificaciones para formular una secuencia de
cálculo a cada modulo.
Los pasos que el modulo ejecutor sigue para detectar reciclos,
seleccionar corrientes de corte y establecer unas secuencias de
solución lógica, reciben los nombres de particionado, rasgado y
ordenamiento, respectivamente.
Se debe disponer de bibliotecas de rutinas que contengan los
modelos y los procedimientos de solución. De esta manera cada
rutina puede ser optimizada independientemente.

20.  ESTRATEGIA SIMULTÁNEA
En esta estrategia cada modulo aporta sus ecuaciones que representan
su modelo matemático, y la suma coherente de éstos forman el modelo
del proceso. Esta arquitectura implica la concentración de la pericia
computacional para resolver el sistema globalmente. Esta estrategia se
ha denominado como “Orientada por Ecuaciones OE”.
En la solución global del modelo se plantean dos alternativas para el caso
general de un modelo no lineal:
- Descomposición
- Cuasilinearización
- Otras alternativas

21.  ESTRATEGIA SIMULTÁNEA
DescomposiciónDescomposición
Descomponer un sistema de ecuaciones algebraicas no lineales consiste
en dividir o partir el problema en subproblemas lo más pequeño posible
de forma que se puedan resolver siguiendo alguna secuencia. Consta de
dos fases: particionadoparticionado y ordenamientoordenamiento, en la primera se hayan los
subsistemas y en la segunda se establece la secuencia.
CuasilinearizaciónCuasilinearización
Involucra la linearización simultánea de todas las ecuaciones y la
iteración sobre todas las variables. Los métodos de linearización de
segundo o de orden inferior (NR o QN).
Otras alternativasOtras alternativas
Cuando un gran porcentaje de ecuaciones son lineales, se puede
resolver primero este subsistema y luego incorporar la combinación lineal
de variables con las ecuaciones no lineales restantes.
Otra opción es plantearlo como un problema de optimización.

22.  ESTRATEGIA HIBRIDA
Es una mezcla de las dos anteriores por cuanto cada iteración consta
de dos pasos; en el primero se resuelve el problema de ecuaciones del
modelo de manera simultánea con cuasilinearización, y en el segundo,
se actualizan los coeficientes no lineales mediante una solución de los
modelos rigurosos de manera secuencial. A ésta estrategia también se
le denomina modular simultánea. Cada módulo dispone de dos
modelos: uno riguroso, al estilo de los simuladores secuenciales, y otro
lineal, aproximado.
La simulación se hace resolviendo los modelos en una pasada por el
diagrama de flujo (fase secuencial) e inmediatamente pasa a resolver
los modelos linearizados en otra pasada por el diagrama (fase
simultánea).
Tienen una mayor velocidad de convergencia que los simuladores
secuenciales.

23.  Secuencial Modular (SM)
Cada bloque de operación se resuelve de acuerdo a una
secuencia determinada
Empleada para resolver un gran número de bloques
 Orientada por Ecuaciones (OE)
Todas las ecuaciones se resuelven de manera simultánea
Es necesario un buen punto de partida
 Combinación
Emplear una SM para inicializar, llegando a un punto cercano a la
solución, posteriormente usar una OE para solucionar la
simulación de forma más precisa
 Usar una SM para lograr un acercamiento a la solución inicial,
luego emplear una OE para realizar una optimización o una
puesta a punto del modelo

24.  Diseño de procesos
 Optimización
 Solución de problemas de operación
 Comercialización de procesos
 Enseñanza
 Otras aplicaciones:
Readaptación de un proceso existente a una nueva
tecnología (revamping)
Ajuste del modelo o parámetros del modelo (Data
reconciliation)
Flexibilidad del diseño de un proceso
Análisis de operabilidad, planeación de operaciones en planta

25.  Aspen Tech
 Pro II
 ChemCad
 Ascend IV
 Desing II
 Super Pro Designer

26.  Es el líder mundial en software de procesos.
 Inicio en los 80 desde le MIT y el
Departamento de Energía (USA)
PRO II
• Invensys Process Systems (IPS) es una empresa
tecnologica, que esta a la vanguardia de los cambios
en los procesos de Manufactura, optimización de
plantas. Entre sus productos se encuentra PRO II.

27.  Es el simulador de procesos químicos de la
empresa Chemstations.
 Origen de ChemCad hace mas de 40 años, en la
Universidad de Houston con el apoyo de la Marina
de los Estados Unidos.
Ascend IV
Ascend es un ambiente de simulación flexible para resolver
problemas de ingeniería y ciencias.
Originario de la Universidad Carnegie Mellon en los 80.
Software libre.

28.  WinSim ha desarrollado y comercializado DESING
II para Windows desde 1995.
 Métodos rigurosos para la simulación de procesos
Químicos y de la industria de Hidrocarburos,
incluyendo refinación, refrigeración, petroquímica,
procesamiento de gases.
Super Pro Designer
Simulador de la Empresa Intelligen. Facilita el
moldelamiento, evaluación y optimización de procesos
integrados en un amplio rango de industrias (Farmacéutica,
Biotecnología, Química Fina, Alimentos, Procesos de
Minerales, Purificación de Agua, Tratamiento de Aguas
residuales, Control de la Contaminación del Aire, etc.

29.  Ingeniería de Procesos
◦ Aspen Basic Engineering
◦ Aspen Economic Evaluation
◦ Aspen Exchanger Desing & Rating
◦ Aspen HYSYS
◦ Aspen Plus
 Distribución
◦ Aspen Fleet Optimizer
◦ Aspen Inventory Management and Operation Scheduling
◦ Aspen Petroleum Supply Chain Planner

30. ◦ Advance Process Control
 Aspen DCMplus
◦ Planning and Scheduling
 Aspen Collaborative demand manager
 Aspen Petroleum Scheduler
 Aspen PIMS
 Aspen Plant Scheduler Family
 Aspen Supply Chain Planner
 Aspenone Planning & Scheduling for Olefins
◦ Product Management & Execution
 AspenInfoPlus.21

31. Barra de
Herramientas
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Nombre de la Corrida
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Ayuda
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Estado
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Modelos
Etiquetas de la
Librería de
Modelos
Ventana del
Diagrama del
Proceso

32.  Las hojas de diagramas de procesos son el lenguaje
de los procesos químicos.
 La simulación es una herramienta para interpretar
procesos, encontrar puntos de falla, y para predecir el
comportamiento del proceso.
 El corazón de la simulación es el modelo matemático,
colección de ecuaciones que relacionan las variables
de proceso.
 Diferentes niveles de complejidad, estado estacionario
– estado dinámico. Balances de Materia y de Energía,
Dimensionamiento de equipos, análisis de
rentabilidad, optimización.

33. 1. Investigación previa del proceso a simular.
2. Propiedades Físicas/Químicas. Interacciones
(¿IDEAL?)
3. Corrientes de Proceso. ¿Qué conozco?,
grados de libertad
4. Modelamiento secuencial o Orientado a
ecuaciones
5. Revisión de errores. SENTIDO COMÚN!!!!!!
6. Comparación con la “verdad”.
7. Resultados, conclusiones, preguntas. Lo mas
divertido de la simulación
Modelo Termodinámico

34.  http://www.youtube.com/watch?v=CcV8WBJ5b5E
 O buscar el youtube.com:
◦ Video de instalación de Aspen One Versión 7
 ¿Qué se instala?
◦ Aspen Plus
◦ Aspen Exchanger Design and Rating
◦ Aspen Economic Evaluation
◦ Aspen Hysys

35.  E. Carlson. Don’t gamble with physical properties
for simulations. Chemical engineering progress.
35 – 46. 1996
 E. Tarifa, E. Erdmann, D. Humana, M. Vicente, L.
Cari, L. Fuentes. Análisis de una red de transporte
de gas. Revista ingeniería e investigación. 89 –
97, 2007.