INTRODUCCION A LA SIMULACION
DE PROCESOS
Simulación de Procesos


Consiste en el diseño de un modelo
matemático de un sistema, y la posterior
ejecución de una serie de experimentos con
la intención de entender su comportamiento
bajo ciertas condiciones.
El modelo debe ser capaz de reproducir el
comportamiento del proceso real con la
mayor exactitud posible.
Simulación de Procesos

En general se lleva acabo con dos
propósitos:
–
Diseño
–
Operación bajo nuevas condiciones
SIMULADORES COMERCIALES





ASPEN Plus
PRO II/PROVISION
CHEMCAD
HYSYS
DESIGN II:
Rigorous Process Simulation for Chemical and Hydrocarbon Processes including Refining,
Refrigeration, Petrochemical, Gas Processing, Gas Treating, Pipelines, Fuel Cells, Ammonia, Methanol, Sulfur and Hydrogen
Facilities
.
SIMULADORES COMERCIALES

UniSim Design: is an intuitive and interactive process modeling offering that enables
engineers to create steady-state and dynamic models for plant design, performance
monitoring, troubleshooting, operational improvement, business planning and asset
management.

ProSim Plus: Chemical, pharmaceutical, specialty chemical, petrochemical, gas treatment,
refining, and in engineering companies. performs rigorous mass and energy balance
calculations for a wide range of industrial steady-state processes. It is used in design as
well as in operation of existing plants for process optimization, units troubleshooting or
debottlenecking, plants revamping or performing front-end engineering analysis.

PetroPlan: is a software system for simulating a petroleum refinery operation. By
performing block by block calculations, all streams (crude oils, intermediate products and
blended products) flowing between refinery blocks (e.g. crude unit, FCC) are calculated

CADSim Plus: pulp and paper, mining, waste water treatment and food processing.

HYSIM: Steady state process simulator for the PC from Hyprotech. Incorporates a wide
range of unit operations, heat exchanger design, compressors, valves, and extensive
thermophysical property data.
SIMULADORES COMERCIALES

PD Plus: simulating chemical processes, including refinery systems and nonideal chemicals. It handles multiple-operation flowsheets with recycle streams

Kemisoft: program for chemical process material balance simulation with an
option for parametric optimization. It is adequate mainly for the inorganic
chemistry

QUICK HYDRAULICS: flowsheet simulation, heat and mass balances and
pressure drop applications. The simulation modules include: Piping, elbows and
tees, reducers, valves (gate, globe, butterfly, plug), check valves, pumps,
heating/cooling coils, compressors/expanders, vertical and horizontal vessels
(gravity settlers), axial and radial flow packed beds, shell and tube heat
exchangers, air cooler heat exchangers, fired tubular heaters, restriction
orifices, relief valves, control valves, strainers, steam traps, stream modifiers,
stream splitters (including flashing) and component splitters.
ESTRUCTURA TIPICA DE UN
PROGRAMA DE SIMULACION
Subrutinas
de equipos
Subrutinas
Termodinámica
Subrutinas
De convergencia
Bases de datos
de propiedades físicas
Bases de datos
de costos
Entrada
de datos
Programa
Principal
Interfase
De
Usuario
Salida
De Datos
Arquitectura de los simuladores

Secuencial-Modular
Los cálculos se realizan unidad por unidad,
secuencialmente. Los procesos con reciclos debe
ser descompuestos en varias secuencias de
calculo hasta lograr convergencia, usando los
balances de masa y energía como criterio para
terminar el calculo.
Secuencial-Modular


Esta estrategia de cálculo es utilizada en la mayoría de
los simuladores de estado estacionario: Aspen, Chemcad,
ProVision, Hysys, Prosim, Winsim
El elemento básico es el modelo de operación unitaria,
el cual es construido a partir de balances de masa
energía y momentum, hasta finalmente obtener un
conjunto de ecuaciones algebraicas no-lineales:
f (u , x , d , p )  0
Secuencial-Modular
f (u , x , d , p )  0

u Variable de entrada o salida

x estado interno de la variable, temperatura, presión, concentración, et.

d variable dependiente de la geometría, como volumen, área de intercambio
de calor, etc

p variables que definen propiedades físicas, como entalpías especificas,
valores de K, etc.

El sistema de ecuaciones algebraicas no lineales debe ser
compatible y determinado
Secuencial-Modular

Esquema general de un Modelo de Operación
Unitaria
Parámetros
Especificaciones
Geometría
Corrientes de entrada
Calor
Trabajo
Corrientes de salida
Modelo
Operación
Unitaria
Calor
Trabajo
Tamaño
Arquitectura de los simuladores

Orientada a Ecuaciones
En este caso todas las ecuaciones del modelo,
algebraicas no lineales y diferenciales, se
integran en un único conjunto y se resuelven
simultáneamente.
Este esquema es mas flexible que el SecuencialModular, sin embargo requiere mas esfuerzo de
programación y se consumen mas recursos de
computación.
Orientada a Ecuaciones



Las corrientes de reciclo no representan una
dificultad en la resolución del modelo.
Esta arquitectura esta mas orientada a la solución
de modelos dinámicos
El modelo desarrollado tiene la forma:
dx
dt
 f (u , x , d , p )
Orientada a Ecuaciones



El estado estacionario se obtiene haciendo
el termino derivativo igual a cero
En general los resultados se muestran como
tablas o graficas, donde se muestra el
comportamiento de las variables en función
del tiempo.
Aspen Dynamics y Simulink utilizan esta
arquitectura.
Arquitectura de los simuladores

Módulos Simultáneos
Esta estrategia de solución combina los Módulos
Secuenciales y Solución Orientada a Ecuaciones.
Modelos rigurosos de las operaciones unitarias son
resueltos secuencialmente, mientras que
modelos lineales son resueltos globalmente para
interconectar los resultados de cada modulo.
Este parece ser el enfoque que a futuro se dará en
los simuladores comerciales
Análisis de Grados de Libertad


Permite determinar el número de variables a ser
especificadas para ejecutar una simulación.
El numero de grados de libertad se calcula como:
DOF  N v  N eq


Nv número de variables
Neq número de ecuaciones independientes
Grados de Libertad para una Corriente de Proceso
DOF para un Flash
Descargar

INTRODUCCION A LA SIMULACION DE PROCESOS