Simulador EMSO - Simulação e Otimização de Processosrodolfo.chengineer.com/data/uploads/minicurso_emso_unijui_20190523.pdfSimuladores de Processos Lista de simuladores de processos:

Parte I: Introdução Parte II: Biblioteca de Modelos

Simulador EMSOSimulação e Otimização de Processos

Prof. Rodolfo RodriguesUniversidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)

[email protected]

Semana Acadêmica de Engenharia Químicada UNIJUÍ, Ijuí, Rio Grande do Sul

23 de maio de 2019

Rodolfo Rodrigues SAEQ, UNIJUÍ

Minicurso de EMSO 1


Instrutor do Minicurso

Rodolfo Rodrigues, Prof.

Graduação (UFSM), Mestrado e Doutorado (UFRGS) emEngenharia Química;Professor Adjunto da UNIPAMPA desde 2012;Docente dos cursos de

Graduação em Engenharia Química;Especialização em Modelagem Computacional;

Pesquisador do Grupo de Pesquisa em Energia e Carboquímica(GPEC).


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Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)

A Universidade Federal do Pampa:• Criação em 2006;• 10 campi espalhados no pampa;• 15 mil alunos (13,5 mil grad + 1,5 mil pós);• 64 cursos grad + 48 pós;

O Campus Bagé:• 1,9 mil alunos;• 165 professores e 76 técnicos;• 6 licenciaturas e 5 engenharias;• 2 especializações e 5 mestrados;


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Conteúdo Programático

1 Parte I: IntroduçãoSimuladores de ProcessosSimulador EMSOLinguagem de ModelagemExemplo 1: Tanque de Nível

2 Parte II: Biblioteca de ModelosCorrente e EquipamentosExemplo 2: Separação de AmôniaObtendo Ajuda


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Parte I: Introdução


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Simuladores de Processos

Engenharia de Processos

PERLINGEIRO, C. A. G. Engenharia deProcessos: Análise, Simulação, Otimizaçãoe Síntese de Processos Químicos. SãoPaulo: Blucher, 2005.

Conteúdo do livro:• Análise de Processos;• Simulação de Processos;• Otimização de Processos;• Síntese de Processos;


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A aplicação de ferramentas computacionais em Engenhariade Processos é chamada de CAPE (Computer-AidedProcess Engineering);

Destacam-se os flowsheeting softwares que são chamadosde simuladores de processos;

Tais softwares permitem a elaboração e a simulação dePFD’s (Process Flow Diagrams). Em outras palavras, umflowsheet é um PFD ou fluxograma de processo;

Um flowsheet é constituído por equipamentos (operaçõesunitárias) conectados por correntes.


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Lista de simuladores de processos:

Aspen Plus/Dynamics (AspenTech, Inc.)Aspen HYSYS (AspenTech, Inc.)CHEMCAD (Chemstations, Inc.)DWSIM (Daniel W. Medeiros) URL

EMSO (Projeto ALSOC) URL

gPROMS (PS Enterprise, Ltd.)iiSE (VRTech Tecnologias Industriais) URL

PETROX (Petrobras SA)PRO/II (AVEVA Group plc)UniSim Design (Honeywell, Inc.)

e outros ver lista


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http://dwsim.inforside.com.br

http://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/EMSO

http://vrtech.com.br/pt/simulador-iise

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_chemical_process_simulators


Simulador EMSO

EMSO é a sigla para Environment for Modeling, Simulationand Optimization;

Desenvolvimento iniciado em 2001;

Modelos são escritos em uma linguagem de modelagem;

Sistema baseado em equações;

Projeto ALSOC (2005–2010) investiu cerca de R$ 2 milhõesno seu aprimoramento e envolveu órgão de fomento,empresas petroquímicas e universidades.


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Simulador EMSO: Funcionamento

O simulador EMSO pode ser pensado como um servidor demodelos matemáticos, disponibilizando-os para rotinas decálculo externas atuarem sob os mesmos.


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Simulador EMSO: Recursos

Linguagem de descrição de modelos voltadas à objetos;

Interpretador de linguagem;

Sistemas de plug-in’s e solvers externos;

Avaliação da consistência de unidades dimensionais;

Avaliação dos graus de liberdade do sistema deequações;

Resolução de problema de índice diferencial;

Detecção de eventos;

Linearização de modelos em espaço de estado;




Simulador EMSO: Recursos

Biblioteca de modelos aberta e personalizável;

Motor de cálculo com suporte à álgebra esparsa ediferenciação automática;

Modelagem por diagrama de blocos;

Exportação de resultados para MS Excel/LibreOfficeCalc, MATLAB/Octave e Scilab ;

Sistema de documentação automática dos modelos;

Pacote termodinâmico e base de propriedades deespécies químicas.




Simulador EMSO: Módulos Disponíveis

Simulação estacionária e dinâmica (NLA e DAE);

Otimização NLP e MINLP;

Estimação de parâmetros estacionária e dinâmica;

Reconciliação de dados;

Estudo de caso e análise de sensibilidade;

Integração com Matlab/Simulink e Scilab/Scicos;

Módulo de comunicação OPC;

Interface de comunicação CAPE-OPEN;

Simulação de sistemas distribuidos (PDE);




Linguagem de Modelagem

Conceitos Básicos

Processo:Arranjo de unidades de operação (equipamentos) integradasentre si em uma maneira racional e sistemática;

Modelo:Descrição matemática de uma operação ou processo;

Simulação:Resolução do modelo para um determinado conjunto deespecificações;





Conceitos Básicos

Um modelo é representado por equações matemáticasdescritas por variáveis e constantes;

De maneira simples, um modelo é “simulável” quando seugrau de liberdade é igual a zero!

no de variáveis - no de equações = grau de liberdade





Conceitos Básicos

Um fluxograma de processo é representado por umFlowSheet e constituído por um conjunto de equipamentos:DEVICES;

A descrição matemática de cada DEVICES é representada porum Model (modelo);

Um Model abrange as seções: PARAMETERS (constantes),VARIABLES e EQUATIONS.

Um FlowSheet é a única entidade “simulável” e pode conter(além das seções acima): CONNECTIONS, SPECIFY, SET eINITIAL.





Modelagem Orientada a Objetos (MOO)

A linguagem de modelagem do EMSO contempla algunsconceitos da programação orientada a objetos, tais como:

Composição:Criação de modelos a partir de sub-modelos.Ex: Colunas de destilação.Herança:Reutilização de código.Ex: Tanque de nível e CSTR.




Exemplo 1: Tanque de Nível

Definição do Problema 1

Considere um tanque de nível com líquido e uma áreatransveral constante:

Uma válvula determina a vazão de saída do líquido.





Modelagem Matemática: Tanque de Nível

Variáveis: Fin, Fout , h, V

Parâmetros: A , k

Conservação de massa:dVdt

= Fin − Fout (1)

Equação da válvula:Fout = k

√h (2)

Volume de líquido:V = A · h (3)






Dados:Fin = 150 L/min, A = 3 m2, k = 0,01 m2,5/s, h inicial = 100 cm

Determinar:

a A dinâmica da altura do nível de líquido para 15 min deoperação (use: ∆t = 30 s).

b A altura do nível de líquido no estado estacionário.






Considere um conjunto de 3 tanques de nível e conectadosem série:

Os tanques pode ser considerados idênticos.






Dados:Fin = 150 L/min, A = 3 m2, k = 0,01 m2,5/s,h1,inicial = h3,inicial = 100 cm e h2,inicial = 200 cm.

Determinar:

a A dinâmica das alturas do nível de líquido para 15 min deoperação dos 3 tanques (use: ∆t = 30 s).

b As alturas do nível de líquido no estado estacionário paracada tanque.




Parte II: Biblioteca de Modelos




Correntes e Equipamentos

Tipos de variáveis (eml/types.mso);Unidades de medida fundamentais e derivadas.

Modelos de correntes (eml/streams.mso):Modelo básico de corrente: stream;Modelos de correntes limites (material ou de energia):• Fonte: source• Sumidouro: sink




Correntes e Equipamentos

Modelos de equipamentos (eml/):Trocadores de calor: heat_exchangers;Misturadores e divisores de correntes: mixers_splitters;Máquinas de fluido: pressure_changers;Reatores químicos: reactors;Operações de separação por estágios: stage_separators;Controladores: controllers;




Exemplo 2: Separação de Amônia

M101

S2V101

S3

NH3

S101

R1 Purge

R2

S1

Q1

R

Figura 1: Processo de separação simples, com reciclo, de uma corrente de amônia.





Descrição do Processo

Considere uma corrente inicial de 7 000 kmol/h, 775 K, 275bar e composição de 40 mol% H2, 15 mol% N2, 2 mol% Ar,10 mol% CH4 3 mol% CO e 30 mol% NH3;

Esta corrente sofre redução de temperatura e pressão em umvaso separador gás-líquido (vaso flash) para 300 K, 175bar;

É obtida uma corrente líquida rica em amônia e umacorrente gasosa que é enviada para reciclo;

1% (mol) da corrente gasosa é descartada (purga);





Descrição do Processo

Determinar:

a A composição de amônia na corrente final;

b A composição de amônia na corrente de purga;

c A fração recuperada de amônia no processo.

Utilize o pacote termodinâmico de Peng-Robinson.




Documentação do EMSO

Disponível no disco local (offline):1 doc/EMSOManual.pdf:

Manual de usuário do EMSO;2 vrtherm/doc/Manual.pdf:

Manual de usuário do VRTherm (pacote termodinâmico);3 doc/EMLDoc/index.html:

Documentação da biblioteca de modelos do EMSO (EML);4 doc/EMSOQuickRef.pdf:

Guia rápido de uso do EMSO;5 doc/EMSOQuickRefTherm.pdf:

Guia rápido de uso do VRTherm;6 doc/EMSO_OPC_Manual.pdf:

Manual de usuário da interface EMSO-OPC;



Contato

E-mail: [email protected]

Website: http://rodolfo.chengineer.com

Grato pela atenção!



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