Trabajo Final de Optimización

Trabajo Final:

Simuladores Hysys, ProModel, Chemcad y Aspen Plus Maria Elena Rios Torres Lourdes Hernández Padilla Ana Cristina Seceñas Martínez Jesús David Rocha Carrillo Elizabeth Contreras Flores Gerardo Cabrales Ronquillo Alba Rubí Montelongo Márquez Rubí Alejandra Hernández Camacho Fabián Núñez Limones Fátima Madrid Cedeño Ana Graciela Barrón Mora

Optimización de Procesos Noveno B Titular de la materia: M.C. Jorge Aguilar Valenzuela Gómez Palacio, Dgo., Noviembre del 2013

0

ÍNDICE SIMULADORES HYSYS, PROMODEL, CHEMCAD Y ASPEN PLUS INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 3 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 5 SIMULADOR HYSYS .............................................................................................. 6 INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 6 OBJETIVOS.................................................................................................. 6 CARACTERÍSTICAS .................................................................................... 7 VENTAJAS ................................................................................................... 8 DESVENTAJAS ............................................................................................ 9 APLICACIONES ........................................................................................... 9 FUNCIONAMIENTO ................................................................................... 10 Procedimiento para columna de destilación ....................................... 10 Procedimiento para columnas de separación..................................... 13 Procedimiento para intercambiador de calor ...................................... 18 CONCLUSIONES ....................................................................................... 22 SIMULADOR PROMODEL.................................................................................... 23 INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 23 OBJETIVOS................................................................................................ 25 CARACTERÍSTICAS .................................................................................. 26 VENTAJAS ................................................................................................. 26 DESVENTAJAS .......................................................................................... 26 FUNCIONAMIENTO Y USOS ..................................................................... 27 APLICACIONES ......................................................................................... 29

1

Ejemplos de Simulaciones llevadas a cabo con ProModel. ............... 30 CONCLUSIONES ....................................................................................... 31 SIMULADOR CHEMCAD ...................................................................................... 32 INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 32 OBJETIVOS................................................................................................ 32 CARACTERÍSTICAS .................................................................................. 33 VENTAJAS ................................................................................................. 34 DESVENTAJAS .......................................................................................... 34 APLICACIONES Y FUNCIONAMIENTO .................................................... 35 CONCLUSIONES ....................................................................................... 36 SIMULADOR ASPEN PLUS.................................................................................. 37 INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 37 OBJETIVO .................................................................................................. 37 CARACTERÍSTICAS .................................................................................. 37 VENTAJAS ................................................................................................. 38 APLICACIONES ......................................................................................... 39 FUNCIONAMIENTO ................................................................................... 40 CONCLUSIONES ....................................................................................... 48 CONCLUCIONES GENERALES........................................................................... 49 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 50

2

SIMULADORES HYSYS, PROMODEL, CHEMCAD Y ASPEN PLUS INTRODUCCIÓN 3 Desde los inicios de la humanidad se ha hecho evidente la importancia de cubrir diversas necesidades y es por esta razón que el ingenio de aquellos primeros seres humanos comenzó a desenvolverse y a crear diferentes maneras de satisfacer esos deseos con los recursos que tenían al alcance. De allí en adelante se fueron agregando pequeños elementos a cada proceso a lo largo del tiempo, afinando sus viejas características y creando nuevas y mejores maneras de hacer las cosas, modificando los procedimientos según las intenciones, los recursos y las distintas maneras de pensar a través de las distintas épocas. En la actualidad nos encontramos con la revolución tecnológica, donde la competitividad entre las diferentes industrias exige

que estas se encuentren cada vez más a la

vanguardia, especialmente en cuanto a los procesos que realizan. Para poder llevar a cabo los distintos procesos industriales es primordial que estos se planteen

bajo un alto grado de investigación, así como también estos requieren

de grandes inversiones económicas. He allí donde entra en juego la simulación de procesos la cual puede predecir posibles fallas o formas de mejorar el proceso antes de pasar a la realidad. De manera que el propósito de un proceso industrial está basado en el aprovechamiento eficaz de los recursos naturales de forma tal que éstos se conviertan en materiales, herramientas y sustancias capaces de satisfacer más fácilmente las necesidades de los seres humanos y por consecuencia mejorar su calidad de vida.

Simulación de procesos

Antes de comenzar a explicar cada uno de los simuladores es necesario saber que se entiende por proceso a todo desarrollo sistemático que conlleva una serie de pasos ordenados, los cuales se encuentran estrechamente relacionados entre sí y cuyo propósito es llegar a un resultado preciso, de forma general el desarrollo de un proceso conlleva una evolución en el estado del elemento sobre el que se está aplicando dicho tratamiento hasta que este desarrollo llega a su fin. En este sentido, la industria se encarga de definir y ejecutar el conjunto de operaciones materiales diseñadas para la obtención, transformación o transporte de uno o varios productos naturales. Y por último es necesario definir que la simulación es una herramienta (aparato que por lo general es informático) que se ha desarrollado en paralelo al desarrollo de los ordenadores y que se dio por primera vez en 1966 con el programa PACER cuando comenzó la crisis energética del petróleo, desde entonces la simulación se ha consolidado como una herramienta electrónica que podría significar una reducción a los altos costos que implican la construcción de una planta piloto o replica real a la hora de probar un proceso industrial; la simulación

es una

representación de un proceso a una menor escala y de una forma más sencilla que permite analizar sus características; además la simulación permite efectuar una evaluación económica preliminar del proceso. La simulación de procesos tienen una amplia gama de aplicación que va desde la creación del proceso, pasando por formas de optimizarlo (variables de la operación, características de los insumos, minimización de desechos y uso de energía) hasta el entrenamiento de

ingenieros, operadores hasta el análisis de

nuevos procesos para nuevos productos y la automatización de los procesos. Todas estas aplicaciones no hacen más que darle un valor agregado a la industria y ofrecerle una mayor competitividad frente al mercado.

4

OBJETIVO GENERAL

La presente investigación tiene el objetivo de conocer las características, ventajas, desventajas, aplicaciones y funcionamiento de cada uno de los simuladores (Hysys, ProModel, Chemcad y Aspen Plus), sabiendo de ante mano que el objetivo de los simulador es mejorar e incrementar la eficiencia de las industrias al hacer simulaciones de diferentes procesos antes de ejecutarlos en las líneas de producción, además que los resultados obtenidos de la simulación pueden ser analizados para una futura realización de los mismos.

5

SIMULADOR HYSYS INTRODUCCIÓN El HYSYS es una herramienta informática que nos va a permitir diseñar o modelar procesos químicos mediante la ayuda de un software. 6 En la actualidad todos los ingenieros deben estar capacitados para poder producir y diseñar un sistema y que mejor manera que con la ayuda del software para poder encontrar valores que posiblemente nos sirvan en un futuro cálculo para el aporte de un proyecto de trabajo. HYSYS es un software, utilizado para simular procesos en estado estacionario y dinámico, por ejemplo, procesos químicos, farmacéuticos, alimenticios, entre otros. Posee herramientas que nos permiten estimar propiedades físicas, balance de materia y energía, equilibrios liquido-vapor y la simulación de muchos equipos de ingeniería química. Este simulador ha sido utilizado en los últimos años, permite usar o crear al operador modelos. Es una herramienta que proporciona una simulación de un sistema que se describe con anterioridad. HYSYS puede emplearse como herramienta de diseño, probando varias configuraciones del sistema para optimizarlo. Se tiene que tener en cuenta que HYSYS simula, y el ingeniero diseña.

OBJETIVOS Realizar simulaciones de los procesos para conocer las posibles variaciones que se pueden presentar dentro de estos y con ello tomar buenas decisiones que permitan minimizar fallas para mejorar e incrementar la eficiencia en la industria.

CARACTERÍSTICAS Con HYSYS, los ingenieros solo necesitan desarrollar un simple modelo de procesos que puede ser usado desde diseños conceptuales, a diseños de mejoras, optimización de la producción y una mejor toma de decisiones. HYSYS está diseñado para que el usuario lo pueda configurar a su medida. Esto permita la interacción con otras aplicaciones para crear poderosos programas híbridos. 7

Algunas de las características más relevantes son:  Ambiente gráfico de operación.  Metodología de cálculo en estado estacionario: modular no secuencial. Los cálculos en el flowsheet son realizados automáticamente cuando el usuario aporta

información.

Los

resultados

de

cualquier

cálculo

pasan

automáticamente a otra corriente u operación que esté afectada por el cálculo, propagando los resultados a través del flowsheet. La información parcial (insuficiente para permitir un cálculo completo) también es dirigida bidireccionalmente a través del flowsheet.  Metodología de cálculo en estado dinámico: cada operación unitaria individual contiene la información necesaria para calcular su respuesta dinámica, así como también integrar sus hold-ups, o en el caso de operaciones sin hold-ups, algebraicamente.  Multi-Flowsheet: un número ilimitado de flowsheets pueden ser instalados en una simulación. La información de cualquier locación es accesible en cualquier momento.  Sub-flowsheets y flowsheet templates: Cada flowsheet posee un paquete de fluidos (componentes, propiedades, reacciones, etc.). Un sub-flowsheet aparece

como

una

operación

multi-input/output

y

es

resuelto

automáticamente como cualquier otra operación. Los templates pueden ser construidos específicamente: paquetes de fluidos, operaciones, corrientes, especificaciones del proceso, etc., y guardados en disco.  Los cálculos de equilibrio de fase pueden ser automáticamente realizados por el método apropiado para el flowsheet. Una vez que la composición y

dos variables de estado (presión, temperatura, fracción de vapor o entalpía) son conocidas para una corriente, esta es automáticamente calculada. Los cálculos de las propiedades físicas son realizados automáticamente para cada fase.  Base de datos con más de 1500 compuestos puros: Hidrocarburos, Aminas, Alcoholes, Cetonas, Aldehídos, Esteres, Ácidos carboxílicos, Halógenos, Fenoles, Sólidos, etc.  Métodos de cálculo termodinámico: Peng-Robindon, Soave-Redlich-Kwong, Esso Tabular, Chao Seader, etc.  Línea de soporte vía telefónica, On-Line (e-mail y Web) y en planta.  Cursos de entrenamiento para usuarios.  Acceso a documentos vía Web.  Licencias especiales para universidades.

VENTAJAS  Una de las principales ventajas es reducir el tiempo de diseño de una planta, cualquiera que sea esta, ya que incluye herramientas para estimar propiedades físicas como:  Equilibrios líquido vapor.  Balances de materias y energía.  Simulación de muchos equipos de ingeniería química.  Simula procesos en estado estacionario y dinámico.  Nos ayuda a mejorar diversos procesos actuales.  Su adecuada utilización permite determinar condiciones óptimas con las que trabaja un proceso.  Aplicaciones en diversos procesos en la industria petroquímica, alimenticia, farmacéutica entre otras.  Tiene una extensa base de datos.  Es fácil de manejar.  Nos ayuda a examinar varias configuraciones de una planta.

8

 Disminuye el tiempo de diseño de una planta.  Determina las condiciones óptimas del proceso.

DESVENTAJAS Para aceptar los resultados que dicta el proceso realizado en hysys se debe analizar críticamente los mismos. Tomar en cuenta que los resultados dependen de la calidad de entrada, de la utilización de un paquete termodinámico adecuado, del ingreso correcto de reacciones (si el proceso trabaja con estas), de las variables operaciones…, de la elección adecuada del proceso y los diferentes equipos utilizados en este. Pocas o nulas aplicaciones de sólidos.

APLICACIONES HYSYS posee una integración gráfica que permite modelar más de 40 diferentes operaciones unitarias:  Acumuladores Flash  Columnas de Destilación  Columnas de Extracción  Reactores Continuos  Compresores  Turbinas  Bombas  Intercambiadores de Calor  Separador  Mezcladores  Controladores  Tuberías  Válvulas de Bloqueo y Control

9

Además el programa nos permite:  Utilizar Modelos Termodinámicos, Componentes y Propiedades Paquete Fluido Corrientes y Mezclas Propiedades de Mezclas  Simular Unidades de Proceso Corrientes: División, Mezcla y Fraccionamiento, Ciclo de Refrigeración, Separación de Fases, Separador de Tres Fases.  Simular Procesos con Corrientes de Recirculación, Procesos con Reciclo, Compresión en tres etapas, Ajuste de Variables.  Simular Reactores, utilizar reactores de Conversión, Relación no lineal entre variables Reactor de Mezcla Completa Reactor Flujo Pistón Reactor Catalítico Heterogéneo.  Establecer balances de Materia y Calor  Simular Columnas de Destilación y Absorción, Columna de Destilación Simplificada, Columna Despojadora

FUNCIONAMIENTO Procedimiento para columna de destilación Una columna de destilación se puede considerar como una columna de separación de componentes con diseño específico, y de suma importancia en procesos de refinería, para lo cual se realizará el siguiente procedimiento. 1. Después de haber escogido el paquete fluido, los componentes de la reacción, entra a la ventana de simulación, ya en la ventana de simulación, hay que escoger el icono que se muestra en la siguiente figura.

10

11

Figura 12: Icono de Columna de Destilación

2. Después de escoger el icono correspondiente a la Columna de Destilación, hay que dar doble clic en el mismo y se desplegara la pantalla que se indica en la Figura 12.

Figura 12: Especificación de la Columna de Destilación

3. En la pantalla que se muestra en la Figura 12 se debe escoger las corrientes de entrada y especificar las corrientes de salida, entre otras especificaciones que se muestran en dicha Figura. Después de haber terminado de llenar estas especificaciones, dar click en Next y se desplegara la siguiente imagen como se muestra en la siguiente Figura 13.

12

Figura 13: Fijar las presiones del Reflujo

4. En la pantalla correspondiente a la Figura 13, se debe fijar las presiones del reflujo y del fondo de la columna, seguidamente haciendo click en Next y se desplegara la siguiente pantalla que indica la Figura 14.

Figura 14: Temperaturas de la Columna de Destilación

5. En cada una de estas opciones, existen sub-opciones en donde se puede trabajar con las curvas ASTM, entre otras. Realizado todos estos pasos, y especificado lo que no hace que la columna converge

Figura 15: Sub - Opciones de Configuración de la Columna

Procedimiento para columnas de separación El programa Hysys que simula una evaporación súbita, para el caso de estudio, permite elegir cualquiera de las siguientes columnas dependiendo del uso de cada una de ellas, como se muestra en la siguiente Figura 1.

13

Figura 1: Columnas de Separación en HYSYS

Se puede elegir el tipo de columna que se requiera según sea el requerimiento del proceso para conseguir los productos deseados que cumplan una especificación determinada. Razón por la cual se debe considerar cuando la destilación es sin reflujo o con reflujo o rectificación. Destilación sin reflujo Es la destilación simple en la que se pone a hervir el líquido de un recipiente la caldera- condensándose aparte los valores que constituirán el destilado, quedando en la caldera el residuo. Destilación con reflujo Al permitirnos escoger una opción de reflujo el programa Hysys, nos permite elegir, ya sea en la cabeza o en el fondo de la columna y a su vez pueden ser escogidas las dos a la vez, para separar 3 fases. En una destilación con rectificación que se lleva a cabo en una columna, el vapor que abandona la cabeza de la columna se condensa, y una fracción del líquido condensado se devuelve a la columna, lo que constituye el reflujo; el resto se retira como producto destilado.

14

Figura 2: Columnas de Separación en HYSYS

Procedimiento en Hysys 1. Colocar el icono de la respectiva Columna en el entorno de simulación, como se muestra en la Figura 2.

Figura 4: Icono de la Columna en Hysys

2. Dar doble click en la columna y añadir cada una de las corrientes que hayamos colocado en la parte de entradas. 3. En las corrientes de salidas colocamos los nombres de los flujos que necesitamos.

15

Figura 5: Configuración de Flujos de Entrada y de Salida

4. El resultado luego de colocar los flujos de entrada y salida está representado por la Figura 6, donde se indica que las corrientes de salida y entrada ya están especificadas.

Figura 6: Flujos de Entrada y de Salida Especificados

5. Dar doble click al equipo y nos sale una pantalla que se muestra en la Figura 7, la misma que nos indica que nos hace falta la especificación de splits, nos colocamos en la respectiva pestaña y según la preferencia del Sistema en el que estemos trabajando, colocamos cero (0) o uno (1).

16

Figura 7: Especificación de Splits 6. En esta pantalla que presenta la Figura 8, colocarse en la pestaña Worksheet, en la misma que se deberá colocar las condiciones de salida deseadas para el producto. 7. Una vez colocados los valores correspondientes al sistema, el programa de Hysys calculará lo demás e indicará que la columna está operando correctamente con la palabra "OK

8. Cerrando la pestaña de "Configuración del Worksheet" se va a visualizar en la simulación que la columna ha cambiado de color, de rojo a plomo, lo que nos indica que esta en un correcto funcionamiento como se muestra en la Figura 9.

17

9. Dando doble click en cada una de las corrientes de salida podemos observar la composición de cada uno de los flujos, así como también las condiciones a las que estas se encuentran como se indica en la siguiente figura.

10. Se puede colocar tablas con resultados requeridos dentro de la pantalla de simulación como se muestra en la Figura 11, dando click derecho a cada corriente y seleccionando la opción " show table".

18 11. Las condiciones de salida dependerán de lo que se requiere, esto varía colocando las condiciones adecuadas al configurar las corrientes de entrada y salida.

La principal aplicación en el laboratorio es la separación de sustancias de puntos de ebullición próximos. Y el principal uso industrial, con mucha mayor importancia que cualquier otro, es la destilación fraccionada del petróleo o del gas natural. Se utiliza para separar o fraccionar componentes propios de dicho gas como el metano, etano, butano, entre otros, con la finalidad de obtener dicho componente libre de otros con los que normalmente viene acompañado.

Procedimiento para intercambiador de calor En Hysys un intercambiador de calor es un equipo que nos permite transferir calor de un fluido a otro, la transferencia se da en una sola dirección, del fluido de mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura. Es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico. Un intercambiador típico es el radiador en el motor de un automóvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la acción del motor, se refrigera por la corriente

de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo. En Hysys se los encuentran en Categories- Heat Equipment, y generalmente aparecen en el menú de Hysys de la siguiente forma:

19

Ubicación del ícono 'intercambiador de calor' en la barra de herramientas en HYSYS

Se los utiliza para:  Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.  Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.  Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.  Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

Simulación de intercambiador de calor En el diseño del intercambiador de calor va a depender de que intercambiador de calor deseáramos. El más sencillo es

De izquierda a derecha: iconos de enfriador y calentador en HYSYS. En donde vamos a especificar una corriente, la cual nos interesa.

Icono de intercambiador LNG en HYSYS. Se especifican dos corrientes, una corriente fría y otra caliente. En caso de que nos interese los primeros intercambiadores de calor, debemos especificar las temperaturas de entrada y salida de la corriente, el hysys calculara automáticamente el calor que se quitara o se pondrá en la corriente. También se puede especificar el calor y automáticamente se calculara la temperatura de

20

salida.

21

En esta figura podemos ver que en la corriente 2 pusimos la temperatura, el equipo aún se encuentra en rojo es porque aún falta poner la corriente Q

Al poner la corriente Q el Hysys realiza la simulación con éxito, calculando el calor.

CONCLUSIONES Sólo se necesita desarrollar un simple modelo del proceso que puede ser usado desde diseños conceptuales, a diseños de mejoras, optimización de la producción y una mejor toma de decisiones. Facilita los objetivos del diseño, los cuales son: A) Diseñar para conseguir una fabricación a costo competitivo. B) Diseñar en orden la utilización real en servicio. C) Diseñar bien al primer intento. Ahorra tiempo y dinero, tanto en el diseño de nuevas plantas cómo, en la optimización de las existentes. El costo inicial de la simulación es alto (software y equipo de cómputo) pero a la larga es rentable y recuperable la inversión.

22

SIMULADOR PROMODEL INTRODUCCIÓN Los negocios de hoy en día se ven enfrentados a tener que diseñar e implementar complejos sistemas de producción y servicios, que sean capaces de satisfacer la creciente demanda por calidad, tiempo, eficiencia, productividad, etc. Con los recientes avances en computación y tecnología de software, como es el caso de ProModel, la simulación esta ahora disponible para desarrollar prototipos virtuales, con el objetivo de experimentar sobre ellos con ideas.

La simulación es una tecnología poderosa que está siendo utilizada cada vez con más frecuencia, para mejorar el desempeño de las empresas, ya que provee de un ambiente virtual para tomar mejores decisiones. La simulación reduce completamente el riesgo asociado con la puesta en marcha de una nueva idea. La simulación incorpora la interdependencia y la variabilidad de los procesos, elementos que no pueden ser representados por ninguna otra herramienta. Cada vez que se requiera tomar decisiones importantes de naturaleza operacional, táctica o estratégica dentro de las empresas, la simulación es una herramienta invaluable para el proceso de toma de decisiones.

No solamente se puede probar muchas ideas para ver cuál funciona mejor, sino que además la visualización es de un realismo tal, que es como estar observando cómo opera el sistema actual. A través de la simulación, los tomadores de decisiones pueden jugar con escenarios "Que pasa si..." sobre una réplica exacta del proceso en estudio. Este atractivo proceso estimula el pensamiento creativo que resulta en una buena toma de decisiones.

ProModel es una poderosa herramienta de simulación que trabaja bajo ambiente

23

Windows, para simular y analizar sistemas de todo tipo y de diferentes complejidades y tamaños. ProModel provee la perfecta combinación entre facilidad de uso y completa flexibilidad para modelar cualquier situación. Las capacidades de animación de ProModel permiten que la simulación cobre vida. ProModel provee a los Ingenieros y Gerentes la oportunidad de probar nuevas ideas para el mejoramiento o diseño de nuevos sistemas, antes de invertir tiempo y recursos necesarios para construir o alterar el sistema actual. ProModel se enfoca en objetivos tales como utilización de recursos, capacidad de producción, productividad y niveles de inventario. A través del modelamiento de los elementos importantes de un sistema de producción tales como utilización de recursos, capacidad del sistema y programas de producción, se puede experimentar con diferentes estrategias de operacionales y diseños para asegurar los mejores resultados.

ProModel, como simulador de eventos discretos, está pensado principalmente para modelar el flujo y el proceso de transformación de partes discretas a través de un sistema productivo (entidades, piezas, batch, materiales, etc.), sin embargo se pueden representar sistemas continuos, convirtiendo materiales a granel (fluido, minerales, etc.) en unidades discretas como por ejemplo litros, barriles, batch, etc. Adicionalmente ProModel está diseñado para modelar sistemas donde los eventos (falla de una máquina, arribo de una pieza, fin de una tarea) ocurren en puntos distintos del tiempo. Esta resolución de eventos (tiempo entre eventos) es controlada en un rango entre 0.01 horas hasta 0.00001 segundos. Esto define la precisión con la que se puede modelar y simular un sistema. PERSONALIZACIÓN DE PROMODEL La tecnología predictiva de ProModel le ofrece el poder de crear interfaces personalizadas "front-and back- end" que se comunican directamente con ProModel. A través de Microsoft Visual Basic (o cualquier otro programa que permita ActiveX), usted puede agregar mayor capacidad a ProModel, como por ejemplo:

24

 Personalizar interfaces de usuarios con tablas de datos de entrada a los modelos de simulación.  Personalizar el diseño de la ventana de parámetros del modelo de simulación.  Creación automática de modelos desde fuentes externas de datos (Planillas de cálculo Excel, bases de datos o ASCII).  Ejecución de ProModel desde otra aplicación. 25

OBJETIVOS  Ser un software especializado, flexible en la evaluación de procesos en producción.  Modelar cualquier tipo de proceso  Agiliza procesos de evaluación o planes pilotos.  Con un modelo construido se puede optimizar procesos



Evaluar, planear y/o rediseñar los Sistemas de Producción, Logística y de Servicios.

CARACTERÍSTICAS 

Rápido aprendizaje con interfaces muy amigables.



Explorar escenarios "¿Qué pasa si...? rápida y fácilmente.



Fácil manejo y análisis de los datos a través de la exportación de los resultados en formato Microsoft® Excel.



Agregar el detalle necesario incorporando máquinas, operadores, grúas horquillas, grúas puente, correas transportadoras, asignación de turnos de trabajo, tiempos muertos, etc.



Capturar la variabilidad y aleatoriedad de su proceso utilizando más de 20 tipos de distribuciones de probabilidad estadística, o importe directamente sus propios datos.



Distribuir fácilmente, a través del correo electrónico, los modelos desarrollados por usted a otras divisiones o departamentos.

VENTAJAS  Único software de simulación con optimización plenamente integrada.  Creación de modelos rápida sencilla y flexible.  Modelos optimizables.  Entrenamiento en español.  Resultados probados.  Integración a Excel, lotus, visual basic y herramientas de Microsoft.  Genera en automático las gráficas en 3 dimensiones para visualización en el espacio tridimensional.

DESVENTAJAS La simulación es imprecisa y no se puede medir el grado de su imprecisión. Los resultados de simulación son numéricos; por tanto, surge el peligro de atribuir a los números un grado mayor de validez y precisión.

26

Los modelos de simulación en una computadora son costosos y requieren mucho tiempo para desarrollarse y validarse. Se requieren gran cantidad de corridas computacionales para encontrar soluciones, lo cual representa altos costos. La solución de un modelo de simulación puede dar al análisis un falso sentido de seguridad. Requiere largos periodos de desarrollo. 27

FUNCIONAMIENTO Y USOS Un examen de la Cumbre Mundial 2007 del WSC (Winter Simulation Conference) “www.wintersim.org” dice que más de 300 documentos fueron presentados este año, y el número de documentos que hacen referencia a los diversos paquetes de simulación en la actuación de los líderes mundiales en la conferencia, incluyó los siguientes productos:

Ahora bien una de las decisiones más importantes que debe preocupar a un modelador o un analista debe ser el estudio de la opción del software a emplear. Si la selección del software no es lo suficientemente flexible o es demasiado difícil

para usar, entonces el proyecto de simulación puede producir resultados erróneos o ni siquiera pobra completarse. Un automático paquete de simulación muestra resultados con un significativo decremento de tiempo y una reducción en el costo del proyecto global. Con un lenguaje básico de programación adecuado a lo empleado por el simulador de forma que mediante el uso se familiarice y sea óptimo y de gran utilidad. Un paquete de simulación de propósito general puede usarse para cualquier aplicación, pero podría tener los rasgos especiales con toda seguridad en algunos otros. ProModel es un simulador con animación para computadoras personales. Permite simular cualquier tipo de sistemas:  Manufactura  Logística  Manejo de materiales, etc. 

Puedes simular bandas de transporte, grúas viajeras, ensamble, corte, talleres, etc.

Promodel ha sido usado exitosamente en una variedad de aplicaciones incluyendo Call Centers, Flujo Documentario, Área de Servicio al Cliente y Procesamiento de Transacciones. Compañías como Chase Bank, UNUM, Delta Airlines, y UPS han ahorrado millones de dólares optimizando un modelo de sus sistemas antes de hacer cambios en la vida real de las operaciones. En el ambiente local ha sido también exitosamente empleado por el Banco de Crédito del Perú, YanacochaNewmont Corp., Complejo Ransa S.A., Marina de Guerra del Perú, Multimercados Minka, Centro Comercial Jockey Plaza, etc. Para hacer una simulación con ProModel se deben cumplir dos eventos:  Los elementos que conforman el modelo han de estar correctamente definidos, porque el programa antes de hacer la simulación comprueba la corrección en la definición del modelo.  El modelo debe contener al menos los siguientes elementos: Locaciones, entidades, arribos y proceso.

28

29

La simulación con ProModel es la forma como se animan las interacciones entre los elementos (locaciones, entidades.) y la lógica definida.

APLICACIONES Algunas de las aplicaciones típicas de Promodel incluyen:  Operaciones en mina a rajo abierto y subterráneas.  Plantas de chancado y molienda.  Plantas de concentrado.  Fundiciones.  Refinerías.  Líneas de ensamblaje.  Líneas de transferencia.  JIT y KANBAN.  Sistema de manufactura flexibles.  Cadenas de abastecimiento y logística.

 Sistema de conveyor y grúas puente  Plantas de alimentos.  Líneas de producción.

Ejemplos de Simulaciones llevadas a cabo con ProModel. Aviones Este modelo muestra cómo se pueden incorporar fácilmente fotografías digitales a ProModel. El modelo ilustra el cálculo de la utilización de los operarios, permitiendo variar el número de operarios.

Bodega ¿Cuántos

montacargas

necesitamos?

¿Cuál

es

el

inventario que puede mover el centro de distribución? ¿Cómo nos afectan los horarios dentro del centro de trabajo? ¿Cómo nos afecta el mantenimiento a los montacargas? ¿El diseño de la operación de la bodega, nos permitirá absorber la estacionalidad de la demanda? Fábrica ProModel nos permite representar la realidad de una fábrica, con las entregas de materia prima, operadores, factores de calidad, aleatoriedad en los tiempos de proceso, en la duración y frecuencia de los mantenimientos, de tal manera que podemos calcular la capacidad de la planta (Capacity Planning), Takt Time, Lead Time. Muchos de los usos actualmente van hacia la manufactura esbelta. Celda ¿Qué capacidad tenemos en piezas por hora? ¿Cuál es el tiempo de entrega? ¿Cuál es el tiempo de ciclo? ¿Cuál es el Takt Time? ¿Cómo nos afecta el diseño

30

de turnos en la celda de manufactura? ¿Podemos meter un producto nuevo a la línea? ¿Cuál es el impacto de los tiempos de preparación?

CONCLUSIONES Se puede concluir que ProModel es una herramienta a través de un software basado en simulación para evaluación, planeación y/o rediseño de Sistemas de Producción, Logísticos y de Servicios, La herramienta permite a los usuarios construir una representación, en computadora, de sus sistemas y evaluarlos en una variedad de escenarios. La Animación y Reporte Gráfico de Salidas, con información estadística, muestra la conducta de un sistema bajo cualquier conjunto de parámetros operacionales. Facilitando el desempeño y reduciendo riesgos así como aporta un apoyo invaluable para el proceso de toma de decisiones.

31

SIMULADOR CHEMCAD INTRODUCCIÓN CHEMCAD nace en 1984 cuando un profesor universitario formó un equipo para desarrollar un simulador de procesos para computadoras personales PC. El simulador fue vendido a la sección de software de McGraw Hill (COADE) y luego siguió siendo desarrollado y distribuido por Chemstations Inc. CHEMCAD ha venido evolucionando durante estos años para convertirse en un paquete de módulos que abarca cálculo y diseño de intercambiadores de calor (CC-THERM), simulación de destilaciones dinámicas (CC-DCOLUMN), simulación de reactores por lotes (CC-ReACS), simulación de destilaciones por lotes (CC-BATCH), simulación de redes de tuberías (CC-SAFETY NET). Recientemente ha sido puesta a la venta la versión 6 de CHEMCAD con una nueva interface de usuario y otras propiedades adicionales. Este sistema es muy usado en todo el mundo, para el diseño, operación y mantenimiento de procesos químicos en una gran variedad de industrias incluyendo la exploración de petróleo y gas; y naturalmente en procesos químicos, farmacéuticos, biocombustibles y procesos de fábricas industriales.

OBJETIVOS Es un simulador que se emplea para el diseño, operación y mantenimiento de procesos también para la representación gráfica y más detallada de estas. En este podemos estudiar y calcular cargas de calores, requerimientos de energía, equilibrios químicos también hacer balances de materia y energía facilitando mucho más el trabajo ya que estos se pueden realizar de forma más detallada.

32

De forma general este software, como una herramienta de productividad tiene ventajas para un ingeniero químico en alimentos ya que podemos tener detallado al tener un problema con una maquinaria ya que podemos resolver los problemas que tengan con sus operaciones. Otra ventaja es que podemos diseñar nosotros mismos es nuestros propios procesos y escoger los equipos que mejor funcionamiento tengan en el proceso que llevaremos a cabo.

33

Este tiene muchas aplicaciones entre las cuales están procesos químicos, termodinámicos, procesos de fábricas etc. En síntesis este programa proporciona una excelente ayuda para nosotros en nuestra carrera ingeniero químico en alimentos

ya que al estar ligada con

materias como termodinámica y química las cuales son muy importantes a la hora de querer sacar nuestros productos ya que estas tienen que ver mucho con maquinarias y problemas que puedan presentarse en nuestra experiencia laboral.

CARACTERÍSTICAS Utiliza un único modo para dibujar diagramas de proceso, especificaciones, cálculos y la creación proceso, especificaciones, cálculos y la creación de PDF´s Crea un solo archivo de simulaciones que son. Crea un solo archivo de simulaciones que son fáciles de trabajar y compartir. Fáciles de trabajar y compartir. Fácil clonación de UnitOps y corrientes usando la Fácil clonación de UnitOps y corrientes usando las características de las plantillas. Características de las plantillas. Nueva estructura de la base de datos de Nueva estructura de la base de datos de componentes mejora el manejo y distribución de componentes mejora el manejo y distribución delos componentes definidos por el usuario, más delos componentes

definidos por el usuario, mas de100 nuevos componentes añadidos.100 nuevos componentes añadidos. Incluye bases de datos de componentes químicos, métodos termodinámicos y unidades de operación que permiten la simulación en estado estacionario de procesos químicos continuos desde escala laboratorio a escala industrial.Simulación en régimen dinámico y de procesos discontinuos.-Interface gráficaFuncionamiento bajo Windows La opción de auto convergencia ahora disponible La opción de auto convergencia ahora disponible para las columnas de destilación. Para las columnas de destilación.

VENTAJAS De forma general este software, como una herramienta de productividad tiene muchas ventajas entre las que cabe mencionar las siguientes: 

Incremento en la productividad por el uso de información obtenida a partir de la simulación diaria de cálculos relacionados con las condiciones de operación.



Maximizar la rentabilidad de las operaciones por el diseño más eficiente de nuevos procesos y equipos.



Reducción de costos e inversiones de capital por la optimización y solución de los cuellos de botella existentes en los procesos y en los equipos.

DESVENTAJAS En un método riguroso: Enorme cantidad de datos necesarios, gran parte de la cual no está disponible en literatura.Costosas fuentes de medición necesarias.

34

Simulación probablemente será no muy rápida debido del gran número de componentes yreacciones, limitación de oportunidades de optimización en tiempo real. En un método no riguroso: No

hay

capacidad

para

comparar

rendimiento

de

planta

para

varios/variación de materias primas Modelo de baja fidelidad; menos capacidad para realizar optimización y menos capacidad parautilizar optimización en tiempo real.

APLICACIONES Y FUNCIONAMIENTO Chemcad calcula los balances de materia y energía para procesos conformados por uno o más unidades de procesos que incluyen corrientes de mezcla o separación, separadores, intercambiadores de calor, reactores. Estas corrientes son transportadas por equipos de transporte de fluidos como bombas, compresores, sopladores, etc. Para simular un proceso en CHEMCAD se deben seguir los siguientes pasos: 1. Crear un archivo nuevo para la simulación que se trabajará. 2. Selección de las unidades (Métrico, Inglés, SI). 3. Selección de equipos, alimentación y productos para el dibujo del diagrama de flujo. 4. Interconecte los equipos con corrientes intermedias en el diagrama de flujo. 5. Selección de componentes. 6. Selección del método termodinámico a usar. 7. Especificar las corrientes de alimentación. 8. Especificar los parámetros de los equipos. 9. Correr la simulación. 10. Revisar los resultados.

35

11. Producir un reporte impreso.

CONCLUSIONES Es utilizado para estudiar y calcular cargas de calores, requerimientos de energía, equilibrios químicos y de fases, el comportamiento de equipos complejos como torres multi-etapas, balances de masa, dimensionamiento de equipos, entre otros cálculos. Para realizar cálculos de equilibrio líquido-vapor CHEMCAD cuenta con más de 45 opciones termodinámicas que permiten modelar sistemas complejos y desviados de la idealidad como: petróleo, gas natural, químicos comunes, químicos desviados de la realidad (mezclas azeotrópicas), metanol, aminas, fluoruro de hidrógeno, etc.

36

SIMULADOR ASPEN PLUS INTRODUCCIÓN En 1970, unos investigadores del Laboratorio de Energía del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) diseñaron un programa prototipo para la simulación de procesos, al cual denominaron Sistema Avanzado para Ingeniería de Procesos (ASPEN, del inglés Advanced System for Process Engineering). Este software ha sido comercializado desde 1980 por la compañía AspenTech. Aspen Plus es un programa básicamente de simulación de procesos químicos, en el cual además de simulaciones de diagramas de flujo, se pueden realizar: 1- Estimación de propiedades de compuestos. 2- Análisis de sensibilidad de variables de proceso. 3- Obtener especificaciones de diseño de proceso. 4- Síntesis y análisis de procesos químicos, entre otras tareas del diseño de procesos y equipo.

OBJETIVO Proporcionar información sobre el simulador ASPEN PLUS y su funcionamiento como herramienta

para la resolución de problemas industriales de diseño y

optimización de equipo y procesos.

CARACTERÍSTICAS 

Simulaciones Rigurosas de Electrolitos



Manipulación de Sólidos



Manipulación de Petróleo



Regresión de Datos



Ajuste de Datos

37



Optimización



Rutinas del Usuario



Flexible y fácil de usar.

Permite:  Regresión de datos experimentales.  Diseño preliminar de los diagramas de flujo usando modelos de equipos simplificados.  Realizar balance de materia y energía rigurosos usando modelos de equipos detallados.  Dimensionar piezas clave de los equipos.  Optimización on-line de unidades de proceso completas o bien plantas. Propiedades termo-físicas:  Base de datos de componentes puros y específicos.  Bases de datos para interacción binaria.  Sistemas de regresión de datos.  Sistemas para electrolitos.  Acceso a la base de datos DECHEMA Herramientas:  Análisis de Convergencia.  Ajuste de datos.  Optimización para maximizar rendimientos.  Calculo automático de condiciones de operación

VENTAJAS Reduce el tiempo de diseño de una planta:

38



Permite al diseñista examinar rápidamente varias configuraciones de planta.

Ayuda a mejorar procesos actuales: 

Responde a las interrogantes en el proceso.



Determina condiciones óptimas del proceso dentro de las restricciones dadas.



Asiste en localizar las partes que restringen un proceso.

APLICACIONES ASPEN PLUS es una herramienta para la simulación en estado estable, diseño, monitoreo de desempeño, optimización y planeación financiera de plantas químicas, petroquímicas y metalúrgicas. ASPEN PLUS resuelve problemas críticos de ingeniería y de operación que aparecen a lo largo del ciclo de vida de un proceso químico, tales como diseñar un nuevo proceso, resolver problemas de unidad de proceso u operaciones de optimización de un proceso completo. Las capacidades de simulación de procesos de ASPEN PLUS permite a los ingenieros predecir el comportamiento de un proceso utilizando relaciones de ingeniería básicas tales como los balances de materia y energía, equilibrio de fases y químico y cinética de reacciones. Con datos termodinámicos confiables, condiciones de operaciones reales y modelos rigurosos de ASPEN PLUS, se puede simular el comportamiento real de una planta.

39

FUNCIONAMIENTO Ventana principal:

40

Las partes de la ventana principal de Aspen son: Parte de la ventana

Descripción Barra horizontal en el tope de la ventana que

Barra de Título

muestra el ID de la corrida. El nombre por defecto es Simulation 1hasta que usted de un nombre a la corrida

Barra de Menú

Barra horizontal debajo de la barra de título. Da los nombres de los Menús disponibles Barra horizontal debajo de la barra de Menú.

Barra de Herramientas

Contiene botones que cuando son clickeados, efectúan comandos

Invoca al sistema experto de ASPEN PLUS. Botón Next

Guía a través de los pasos para completar su simulación Despliega estado de información acerca del

Área de estado

menú actual Pasa a modo Insert para insertar objetos y

Botón de Modo Select Ventana

de

Flowsheet

proceso Librería de Modelos

regresa a modo Select del

Ventana donde usted construye el flowsheet Área en

Use los botones sobre la barra de menú para efectuar acciones fácil y rápidamente. La barra de herramientas por defecto es mostrada a continuación:

1.2 La ventana de Flowsheet del proceso Es donde Usted crea y visualiza el Flowsheet del proceso PFD

41

42

1.3 La Librería de Modelos Se usa para seleccionar modelos de unidades de operación cuyos iconos se deben colocar en el PFD. Aparece en el fondo de la ventana principal.

Esta librería de modelos consta costa de una paleta principal y en cada Unidad de Operación una sub-Paleta. Junto a esta librería se encuentra la librería de corriente, que consta de corrientes de material, Trabajo y Calor

43 1.4 El Buscador de datos El Data Browser es una hoja que permite una vista jerárquica del árbol de la simulación disponible, entrada, resultados, y objetos que se han definido. Para abrir al Data Browser:   

Dé un clic sobre el botón Data Browser en la barra de herramientas Data Browser. Del menú Data, el clic Data Browser. El Data Browser también aparece cuándo usted abre cualquier forma.

Use el Data Browser para:     

Desplegar formas y hojas y manipular objetos Ve múltiples formas y hojas sin retornar al menú Data, por ejemplo cuando se cheque Parámetros de Propiedades ingresados. Editar hojas que definen la entrada para simulación del flowsheet Verificar el estado y contenido de una corrida Ver cuales resultados están disponibles.

Las partes de la ventana Data Browser son: 1.5 Símbolos más usados Los símbolos comúnmente usados en Aspen Plus son: Entrada incompleta para el formulario

No se han dado entradas para el formulario. Opcional

Entrada para el formulario Completa

Resultados para el formulario existen

Resultados para el formulario existen pero con errores de cálculo

Resultados para el formulario existen pero con advertencias de cálculo 1.6 Datos Principales Además de dibujar el flowsheet, usted necesita proveer datos para cinco carpetas principales: 1. Setup: Esta carpeta se usa para especificar información en la simulación, unidades, etc.

44

2. Components: Describe los diversos especies químicos involucrados en el proceso. 3. Properties: Le Permite escoger el (los) modelo(s) termodinámico(s) para estimar propiedades. 4. Stream: Esta carpeta está donde usted introduce datos de corriente. 5. Blocks: Carpeta para proporcionar datos acerca del equipo de proceso. 1.7 Tipos de Corridas 45

Run Type Simulación estándar de Aspen Plus para el Flowsheet incluyendo Flowsheet

estudios

de

sensibilidad

y

optimización.

Las corridas del Flowsheet pueden contener estimación de propiedades, pueden analizar datos, y / o cálculos de análisis de las propiedades.

Assay

Data

Analysis: Análisis de datos

Una corrida auto sostenible de análisis de datos y generación seudo componentes. Se usa para analizar datos de prueba cuando no se quiere realizar una simulación del flowsheet en la misma corrida. Una

Regresión

de

datos

autosostenible.

Se

usa

para

ajustar parámetros del modelo de propiedades físicas requerido Data Regression

por ASPEN PLUS para los componentes puros medidos, VLE, LLE, y otros datos de mezcla. Data Regression puede contener cálculos de estimación de las propiedades y cálculos de análisis de las propiedades. ASPEN PLUS no puede efectuar regresión de datos en una corrida de Flowsheet. PROPERTIES PLUS esquema de corrida Usa PROPERTIES PLUS para preparar un paquete de propiedades para usarlo con

PROPERTIES

Aspen Custom Modeler (formalmente SPEEDUP) o Aspen Pinch

PLUS

(formalmente ADVENT), con la tercera parte de programas comerciales de ingeniería, o

con sus programas de la

compañía. Usted debe licenciar el uso de PROPERTIES PLUS.

Un Análisis de Propiedades autosostenible usa Property Analysis para generar Tablas de propiedades, PT-envolventes, Property Analysis

curvas residuales, y otros reportes de propiedades cuando usted no desea efectuar una simulación del flowsheet al mismo tiempo. Property Analysis puede contener estimación de propiedades y análisis y cálculos de datos.

46

Property Constant Estimation corrida

autosostenible, usa

Property

Property Estimation para estimar parámetros de propiedades

Estimation

cuando usted no desea efectuar una simulación del flowsheet al mismo tiempo.

1.8. Dando forma y Generando Reportes Aspen le permite imprimir reportes de diferentes maneras y aspectos para su flowsheet,

corrientes,

convergencias,

unidades,

etc.

El

editor

de

texto

predeterminado usado en ASPEN es Bloc de Notas. Este manual le mostrará cómo cambiar su editor de texto para el Word Microsoft y cómo generar informes con Word. También le mostrará como colocar los datos de corriente en su flowsheet. 1.8.1 Cambiando Editores de texto Para cambiar su editor de texto inicie abriendo ASPEN Plus user Interface. Luego, seleccione blank simulation en el menú de inicio. Una vez en la ventana de simulación de ASPEN Plus clic en el menú Tools en la barra de herramientas, y luego seleccione a Options. Esto subirá la ventana de opciones. En la ventana de opciones seleccione la etiqueta startup. Bajo la caja text file settings usted verá que el editor de texto tiene Notepaden la caja de blanco al lado de él. Haga clic en la caja blanca y borre Notepad. Luego escriba en C:\Program Files\Microsoft Office\Office\Winword.exe. Esto cambiará el editor de texto a Microsoft Word en

lugar de Notepad, en las etiqueta Textfiles. La otra opción es usar el botón browse y encontrar al el mismo Word. Luego dé un clic en OK al pie de la ventana Options. 1.8.2 Propiedades del reporte Por defecto, ASPEN proporciona flujos de las corrientes, temperaturas y otros datos varios, sin embargo la información tal como fracción molar de un componente dentro de una corriente es con frecuencia requerida pero no proporcionada por defecto. Por lo tanto, es necesario definir la información que Aspen genere inmediatamente antes que hacerlo a mano o con un programa secundario como Excel. Para esto hacer lo Siguiente:

47

CONCLUSIONES Por la información recopilada podemos concluir que este simulador es una buena herramienta de apoyo al momento de diseñar un proceso y optimizarlo, ya que al ser fácil de usar permite al analista ahorrar tiempo al momento de elaborar el diseño del proceso, además facilita la detección de fallas y los puntos que se pueden optimizar. 48

CONCLUCIONES GENERALES

Después de recopilar, leer y analizar la información de los diferentes simuladores (Hysys, ProModel, Chemcad y Aspen Plus) se puede concluir que estos son herramientas (software y equipo de cómputo) que permiten desarrollar desde un simple a un complejo modelo de procesos que pueden ser usado desde diseños conceptuales, a diseños de mejoras, optimización de la producción y una mejor toma de decisiones. Estos son utilizados en todo tipo de industrias ya que si se conoce el funcionamiento de estos, su utilización es fácil. Cabe mencionar que los costos iniciales de la simulación son altos pero a la larga son rentables, ya que estos nos permiten ahorrar tiempo y dinero, tanto en el diseño de nuevas plantas cómo, en la optimización de las existentes. En general estos simuladores son utilizados para estudiar y calcular cargas de calores, requerimientos de energía, equilibrios químicos y de fases, el comportamiento de equipos complejos como torres multi-etapas, balances de masa, dimensionamiento de equipos, asi como simular procesos en estado estacionario y dinámico, entre otros.

49

BIBLIOGRAFIA  "Simulacion

De

BuenasTareas.com,

Procesos 04

Industriales." 2012.

Web.

BuenasTareas.com. 04

2012.

.  http://simulacionprocesos.wikispaces.com/Intercambiador_de_calor  http://simulacionprocesos.wikispaces.com/Columnas+de+separacion  http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/espinosa_s_ia/apendi ceB.pdf  http://www.simulart.cl/productos/promodel/  http://www.iosa.com.pe/productos/promodel  http://lenguajesimuladores.blogspot.mx/2010/04/promodel.html  http://www.simulart.cl/productos/promodel/aplicaciones-promodel/  http://www.iosa.com.pe/productos/promodel  http://es.scribd.com/doc/51104349/Simuladores-ASPEN-PLUS-HYSYSDESIGN-PRO-II-BASES-DE-DATOS  HTTP://WWW.TUTELLUS.COM/661/INTRODUCCION-A-CHEMCAD  www.sallo.unlugar.com/introduccionchemcad.ppt  simprocess.blogspot.com/2012/02/chemcad.html

50