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Dar una visión global de las técnicas de simulación de procesos
Motivar a los ingenieros a utilizar con frecuencia estas herramientas de cálculo en el trabajo diario, a fin de mejorar su productividad y tiempo de respuesta, sin dejar de lado los cálculos manuales.
Suministrar los fundamentos y herramientas necesarias para realizar simulaciones de plantas de procesos.
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Tema 1
Introducción a los simuladores de procesos. Configuración de
unidades. Configuración de reportes y tablas. Selección de
componentes, clasificación.
Tema 2
Selección de métodos termodinámicos. Ecuaciones de estado.
Correlaciones generalizadas. Coeficientes de actividad para fase
líquida. Electrolitos. Polímeros. Paquetes especiales: Glicoles, Aminas,
Alcohol, etc. Curvas de equilibrio binario. Consistencia
termodinámica.
Tema 3
Accesorios y equipos presurizados: válvulas, compresores, bombas,
tuberías, expansores. Separación flash. Mezcla y separación de
corrientes
3
Tema 4 Intercambiadores de calor. Cálculo sencillo y riguroso.
Tema 5 Tipos de reacciones. Reactores: Gibbs, conversión, equilibrio,
mezcla completa, pistón. Tema 6 Columnas de destilación, absorción. Columnas empacadas.
Especificaciones de diseño. Algoritmos de convergencia. Tema 7 Cristalizadores y ciclones como opciones para el manejo de
sólidos. Tema 8 Controladores, calculador y optimizadores. Tema 9 Análisis de sensibilidad. Hojas de especificaciones
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Trabajos teóricos - prácticos (20%)
Exposiciones (20%)
Evaluación práctica (30%)
Proyecto final (30%)
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Modelaje:
Representación
matemática de
fenómenos físicos.
Un modelo es un conjunto de
ecuaciones que
relacionan
variables del
proceso. Evalúa un
proceso sin tenerlo
físicamente.
Simulación:
Consiste en evaluar
numéricamente el
modelo para
condiciones específicas. El
simulador de procesos
resuelve las variables
desconocidas a partir
de las conocidas o
parámetros de diseños
deseados.
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Tema # 1: Principios Básicos
Un simulador de procesos es la herramienta
más importante del ingeniero químico junto
a las técnicas de optimización en la etapa
de análisis de un proceso.
Usa las relaciones físicas fundamentales:
› Balances de masa y energía
› Relaciones de equilibrio
› Correlaciones de velocidad (reacción,
transferencia de masa y calor)
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Tema # 1: Principios Básicos
Predice: › Flujos, composiciones y propiedades de las
corrientes
› Condiciones de operación
› Tamaño de los equipos
Algunas aplicaciones › Diseño y optimización de procesos
› Evaluación técnica de procesos
› Control de procesos (estrategias de control, entonación de controladores, etc.)
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Tema # 1: Principios Básicos
Reducción del tiempo de trabajo
Permite al equipo de diseñadores probar rápidamente entre diferentes configuraciones de equipos.
Permite mejorar procesos existentes, ya que responde a la pregunta ¿Y que ocurre si…?. Puede variarse alguna condición del proceso y observar su comportamiento antes de llevarlo al caso real, ya que esta representaría un riesgo para la planta.
Determina las condiciones óptimas de proceso, respetando las restricciones.
Asiste en la detección de cuellos de botella del proceso.
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Tema # 1: Principios Básicos
Se debe tener en cuenta que los resultados de una
simulación no son siempre fiables y estos se deben
analizar críticamente.
Los resultados obtenidos dependen de:
› La calidad de los datos de entrada (“garbage in, garbage
out”)
› Que las correlaciones empleadas sean las apropiadas
(escoger bien el paquete termodinámico)
› Elección adecuada del proceso.
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Tema # 1: Principios Básicos
Son herramientas básicas tanto en los programas universitarios de ingeniería química como en la industria.
Entre los años 1966 y 1968, aparecieron los primeros paquetes de simulación de procesos, encaminados a la realización de balances de materia y de energía para redes de procesos en estado estacionario. Los primeros paquetes medianamente difundidos fueron el PACER y el CHESS (desarrollados en universidades norteamericanas)
En el año 1974 aparece el primer simulador de procesos químicos, el FLOWTRAN, un desarrollo privado de la empresa Monsanto Co.
A partir de allí se ha generado una sucesión de acontecimientos que permiten en la actualidad la existencia de varios y eficientes simuladores comerciales.
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Tema # 1: Principios Básicos
El sector petrolero y gas ha sido uno de los
preferidos por las empresas de simulación de
procesos.
Los modelos desarrollados forman parte del
“kwon-how” privado de cada empresa.
Existen software de simulación privados
(desarrollados por empresas operadoras o de
ingeniería) y académicos que poseen
características de simulación específicas que
pueden superar muchas veces a los paquetes
comerciales.
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Tema # 1: Principios Básicos
Entre 1970 y 1990 comenzaron a surgir simuladores
de procesos comerciales.
Algunos simuladores comerciales son: Aspen Plus,
Aspen Dynamic (Speed up), Pro II (Process), Hysys
(Hysim), Unisim, Chemcad, Design II, entre otros.
Las tres empresas que actualmente se reparten
casi la totalidad del mercado de la simulación de
procesos son Aspen Technology, Simulation
Science y Honeywell.
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Tema # 1: Principios Básicos
Lenguajes de programación
Paquetes comerciales y monopolio
Software libre
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Tema # 1: Principios Básicos
Generales
Específicos
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Pro II con
Provision
Inplant - Pipephase
Aspen Plus (estacionario)
Aspen Dynamics (dinámico)
Hysys Process
Hysys Plant
Hextran
Visual Flow HTRI
Tema # 1: Principios Básicos
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Accesos › Aspen (Programas/Aspentech/Process
Modeling/Aspen Plus/Aspen Plus User Interfase)
› Códigos de identificación (colores de ayuda)
› Botones de acceso rápido
› Ayuda de contenidos
Configuración general=Run Type › Análisis de propiedades
› Regresión
› Simulación = Flowsheet (default)
› Estimación de propiedades
› Estacionario o dinámico 21
Tema # 1: Principios Básicos
Tipo de corriente
Tolerancia de la simulación
Límites de presión y temperatura
Ciclos de iteración
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Tema # 1: Principios Básicos
Sistema Internacional (SI)
Sistema métrico (MET)
Sistema Inglés (ENG)
Configuración personal › Standard (relacionadas con flujo, molar,
volumétrico)
› Calor
› Transporte
› Calor
› Tamaño
› Precio
› Misceláneos 23
Tema # 1: Principios Básicos
Base de datos de los componentes
Clasificación por categorías
Búsqueda por fórmula, nombre.
› Tipo de componente: alquenos, aldehídos, aminas, alcoholes, aromáticos, aromáticos, epóxidos, cetonas, nitroaminas, peróxidos, poliolefinas, mercaptanos, elementos, entre otras.
› Búsqueda avanzada: Pesos moleculares, puntos de ebullición
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Tema # 1: Principios Básicos
Revisión de propiedades de componentes reales - REVIEW › Pesos moleculares, densidad estándar, punto de
ebullición normal, temperatura, presión y volumen crítico, constantes moleculares, calores de formación, factor acéntrico, etc.
Propiedades adicionales › Parámetros de interacción binaria
› Determinación de propiedades adicionales (Property)
Pseudocomponentes › Curvas ASTM D86, 1160, 2887, TBP (True Boiling
Point) 25
Tema # 1: Principios Básicos
Corriente de componentes reales › Temp= 40.6ºC
› Presión=2.4 bar
› Flujo= 248.2 kg/h
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Tema # 1: Principios Básicos
Crudo: ASTM D86
%LV ºC Component %LV
0 27.78 Etano 0.2
5 61.11 Propano 4.2
10 99.44 I-Butano 7.6
30 201.11 n-Butano 20.8
50 348.33 I-Pentano 12.1
70 454.44 n-Pentano 18.7
90 593.33 n-Hexano 36.4
95 676.67
Gravedad API prom 39.4
Corriente de pseudocomponentes › Temp=235ºC
› Presión=6.2 bar
› Flujo= 193.2 kg/h
Configure un grupo de unidades propias donde se reporte la presión en unidades mezcladas (caso real de la mayoría de las plantas), donde:
P[kg/cm2] T[°C] flujo másico [kg/h]
Configure en un “Property set” el cálculo de la viscosidad dinámica d[Pa•s] para ser reportadas con las corrientes.
Configure además para el reporte la generación de las composiciones tanto molares como másicas.
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