Modelado de Simulación de Procesos Químicos

MODELADO DE SIMULACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS

Podemos considerar a la tarea de simulación como aquella en la cual proponemos ciertos valores de entrada al simulador o programa de simulación para obtener ciertos resultados o valores de salida, tales que estiman el comportamiento del sistema real bajo esas condiciones. 

Las herramientas de simulación pueden clasificarse según diversos criterios, por ejemplo, según el tipo de procesos (batch o continuo), si involucra el tiempo (estacionario o dinámico -incluye a los equipos batch-), si maneja variables estocásticas o determinísticas, variables cuantitativas o cualitativas, etc. 

A continuación se expondrán brevemente las características de los distintos tipos de herramientas de simulación generalmente utilizadas.

¿QUÉ TIPO DE MODELADO SE PUEDE EMPLEAR EN LOS PROCESOS QUÍMICOS (DETERMINÍSTICOS, ESTOCÁSTICOS, DINÁMICOS, DISCRETOS, ETX)?

Simulación cualitativa y cuantitativa 

Una de las principales diferenciaciones a realizar al analizar el enorme campo que abarca la simulación de procesos es la que nos ocupa en este apartado. La simulación cualitativa tiene por objeto principalmente el estudio de las relaciones causales y las tendencias temporales cualitativas de un sistema, como así también la propagación de perturbaciones a través de un proceso dado. 

Simulación estacionaria y dinámica

La simulación en estado estacionario implica resolver los balances de un sistema no involucrando la variable temporal, por lo que el sistema de ecuaciones deseara estudiar o reflejar en el modelo las variaciones de las variables de interés con las coordenadas espaciales (modelos a parámetros distribuidos); entonces deberá utilizarse un sistema de ecuaciones diferenciales a derivadas parciales (según el número de coordenadas espaciales consideradas).

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS SIMULADORES GLOBALES U ORIENTADOS A ECUACIONES 

- Cada equipo se representa por las ecuaciones que lo modelan. El modelo es la integración de todos los subsistemas. 
- Desaparece la distinción entre variables de proceso y parámetros operativos, por lo tanto se simplifican los problemas de diseño. 
- Resolución simultánea del sistema de ecuaciones algebraicas (no lineares) resultante. 
- Mayor velocidad de convergencia. 
- Necesita una mejor inicialización (mejor cuanto mayor sea el problema a resolver). 
- A mayor complejidad, menor confiabilidad en los resultados y más problemas de convergencia (soluciones sin sentido físico). 
- Más difícil de usar por "no especialistas".

Resumiendo, en un simulador modular se define cada módulo por un sistema de ecuaciones independiente que se resuelve de la manera óptima, subordinados sin embargo a las limitaciones que ha impuesto la especificación de variables seleccionada. 

Esto implica una ventaja en el sentido que se podrían utilizar progresivamente distintos niveles de cálculo dependiendo de la etapa del proyecto en la que se realiza la simulación, o bien en función de los datos disponibles hasta el momento, aprovechando el conocimiento que proviene de la experiencia y análisis del método de convergencia para cada caso en particular. 

Conclusiones y Opiniones:

Debido al progreso del software y hardware, los modelos estarán basados progresivamente en la filosofía global u orientada a ecuaciones. Esto permitirá además mayor flexibilidad en el planteo de problemas muy diversos, como ser simulación estacionaria y dinámica, optimización, etc; todos ellos factibles de resolverse con una única herramienta, que conceptualmente, debiera llamarse de modelado de procesos más que de simulación de los mismos. 

Referencias:

-Nicolás J. S. y col. (1999). Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos.

-Cerro R. L., Arri L. E., Chiovetta M. G. y Perez G., “Curso Latinoamericano de diseño de procesos por computadora”, Parte I (tomoI): Simulación de procesos por computadora”; Agosto de 1978, INTEC, Sta. Fe, Argentina. Cerro R. L., Arri L. E., Chiovetta M. G. y Perez G., “Curso Latinoamericano de diseño de procesos por computadora”, Parte I (tomo II): Simulación de procesos por computadora”; Agosto de 1978, INTEC, Sta. Fe, Argentina