INFORMÁTICAS
PARA EL CÁLCULO DE PROCESOS QUÍMICOS
En la Actualidad la Ingeniería en Procesos Químicos tienen como base las ciencias computacionales, en donde se ha desarrollado diferentes software matemáticos y de simulación las cuales son herramientas indispensables para optimizar los complejos cálculos relacionados a las mejoras de tecnologías existentes y el desarrollo de nuevas tecnologías.
Como consecuencias de este desarrollo, la utilización de estos software son de practica común en las industrias petroquímicas, petroleras, químicas y compañías consultoras. Por este motivo, es fundamental para los TSU en Procesos Químicos poseer los conocimientos básicos en el área computacional teniendo conocimiento de las herramientas informáticas disponibles que le permitirán ampliar las posibilidades de integración y desarrollo en el campo laboral.
TEMA 1: FAMILIARIZACIÓN CON LOS SOFTWARE PARA LA REALIZACIÓN DE CÁLCULOS MATEMÁTICOS.
Conocer la ubicación y uso de los comandos básicos asociados a: las operaciones y funciones matemáticas de programas, construcción de ecuaciones XX, Generación de gráficos, la realización de cálculos repetitivos. Todos estos con el fin de elaborar rutinas y procedimientos de cálculos.
TEMA 2: INICIACIÓN EN EL USO DE SOFTWARE PARA LA SIMULACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS EN ESTADO ESTACIONARIO
- Identificar los requerimientos del simulador que permitan crear el ambiente inicial para la simulación de un sistema (equipo y/o proceso) a nivel básico, indicando: Sustancias químicas, modelos termodinámico y condiciones operativas.
- Identificación de los módulos disponibles en el simulador
- Simulación en estado estacionario de equipos básicos de separación y transferencias de masa
- Obtención de los resultados.
SIMULACIÓN DE PROCESOS. SOFTWARE HYSYS
El Hysys es una herramienta informática que nos va a permitir diseñar o modelar procesos químicos mediante la ayuda de un software.
En la actualidad todos los
ingenieros deben estar capacitados para poder producir y diseñar un sistema y
que mejor manera que con la ayuda de un software para poder encontrar valores
que posiblemente nos servirán en un futuro calculo para el aporte de un
proyecto de trabajo.
Relación con la simulación
de procesos
Herramientas de trabajo
Caracterización de
Fracciones del Petróleo
Operaciones Unitarias:
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
permite estimar propiedades físicas, balance de materia y energía, equilibrios
líquido-vapor y la simulación de muchos equipos de Ingeniería Química. Este simulador en los
ultimos años ha sido utilizado, permite usar o crear al operador modelos.
Los parámetros de diseño
como número de tubos de un intercambiador de calor, diámetro de la carcasa y
número de platos de una columna de destilación no puede ser calculados por
HYSYS, es una herramienta que proporciona una simulación de un sistema que se
describe con anterioridad. Hysys puede emplearse como herramienta de siseño,
probando varias configuraciones del sistema para optimizarlo. Se tiene que tener en
cuenta que HYSYS simula y el Ingeniero diseña.
Relación con la simulación
de procesos
Para poder utilizar el
Hysys se necesita aplicar una ingeniería básica del proceso para lo cual se
necesita:
Documentos que describan
la secuencia de las operaciones que conforman el proceso.
Un diagrama entrada –
salida, lo cual incluye como está conformado esquemáticamente la reacción,
el numero de moles.
Un diagrama básico del
bloques del proceso, lo cual incluye las condiciones principales de operación,
información de rendimientos, conversiones, balances de materia y energía
preliminares.
Hojas de datos los cuales
especifican los equipos durante la ingeniería básica.
Este software posee una
base de datos con información de utilidad para muchos cálculos que este
programa realiza de forma rápida, el programa corrige cierta los cálculos de
forma automática. Para que el programa realice los cálculos hay que proporcionarle la información mínima necesaria que generalmente es los datos de operación como
flujos, temperaturas y presiones.
Herramientas de trabajo
Base de Datos:
HYSYS en su amplia base de
datos contiene los siguiente:
Mas de 1500 componentes sólidos,
líquidos y gaseosos.
Las propiedades
fisicoquimicas de las sustancias puras
Parámetros de Interacción
binaria para el cálculo del coeficiente de actividad.
Base de Crudo:
Contiene propiedades de
muchos crudos a partir de datos experimentales.
Caracterización de
Fracciones del Petróleo
Correlaciones específicas
para fracciones livianas y pesadas.
Modelos de interconversion
de curvas de destilación.
Operaciones Unitarias:
HYSYS posee una
integración gráfica que permite modelar más de 40 diferentes operaciones
unitarias:
Acumuladores Flash
Columnas de Destilación,
azeotrópica
Columnas de Extracción
Reactores Continuos y
Batch
Compresores
Turbinas
Bombas
Intercambiadores de Calor
Separador
Mezcladores
Controladores
Tuberías
Válvulas de Bloqueo y
Control
Hysys es una herramienta
que proporciona una simulación de un sistema que se describe con anterioridad
conociendo previamente todos los parámetros de diseño, ya que estos no son
calculados por el simulador. Hysys puede emplearse como herramienta de diseño,
probando varias configuraciones del sistema para optimizarlo, teniendo en
cuenta que los resultados de una simulación no son siempre fiables y estos se
deben analizar críticamente. Igualmente hay que tener en cuenta que los resultados
dependen de la calidad de datos de entrada y la fuente de la misma.
Ventajas del
Entre las principales
ventajas que nos brinda el programa, se puede encontrar
Nos ayuda a examinar
varias configuraciones de una planta.
Disminuye el tiempo de
diseño de una planta
Nos permite mejorar el
diseño de un planta
Determina las condiciones
optimas del proceso
Sin embargo no toda la
información que nos da este programa es fiable , ya que dependen de la calidad
de los datos que ingresemos al programa.
Una de las condiciones
también que hay que tomar en cuenta es la selección del paquete fluido con que
estamos trabajando, ya que no todos los paquetes pueden ser utilizados con los
diferentes tipos de fluidos, los paquetes son específicos para algunos tipos de
fluidos.
Utilidades
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
Ejemplos:
Nos permite simular
procesos de destilación en columnas despojadoras de Agua Acida, Columna de
Destilación Desbutanizadora, Separación de una Mezcla Propileno-Propano, Planta
de Gas Natural Licuado Planta de Producción de Etanol
CALC DE OPEN OFFICE: es una hoja de cálculo similar con un rango de características más o menos equivalente. Su tamaño es mucho menor y proporciona un número de características no presentes en Excel, incluyendo un sistema que automáticamente define series para representar gráficamente basado en la disposición de los datos del usuario. Calc también es capaz de exportar hojas de cálculo como archivos PDF, cuenta con filtros, autofiltros y además puede realizar agrupaciones en tablas dinámicas que Lotus 123 en sus versiones anteriores no hacía, posiblemente la versión 9.8 de Lotus 123 tenga estas posibilidades.
Dado que, desde el punto de vista de la programación de macros, Calc no es compatible con el modelo de objetos de Excel (aunque sí con prácticamente todo su repertorio de funciones BASIC), no es tan vulnerable a los virus de macros (o macrovirus) como el producto de Microsoft. Además, dado que su difusión es bastante menor, no hay tanto interés por parte de los creadores de software malicioso (malware) de atacarlo específicamente.
Calc puede abrir y guardar las hojas de cálculo en el formato de archivos de Microsoft Excel. El formato por defecto de Apache OpenOffice 2.0 Calc se puede fijar para que sea el de Microsoft Excel, o el formatoOpen Document Format (ODF) de la organización OASIS. Calc también apoya una amplia gama de otros formatos, tanto para abrir y guardar archivos.
Apache OpenOffice es software libre. Cualquier persona puede hacer mejoras y luego compartirlas para el disfrute de todos. A medida que continúa creciendo la base de usuarios y desarrolladores de Apache OpenOffice, las características y mejoras pueden ser agregadas al paquete a mayor ritmo.
INTERFAZ DE CALC DE OPEN OFFICE
Excel: Es un programa informático desarrollado y distribuido por Microsoft Cop. Se trata de un software que permite realizar tareas contables y financieras gracias a sus funciones, desarrolladas específicamente para ayuda a crear y trabajar con hojas de cálculos.
INTERFAZ DE EXCEL DE MICROSOFT OFFICE
10 Aplicaciones Gratuitas (y Legales) para Ingeniería Química
En tiempos de software costosos, y de leyes anti-piratería con niveles de monitoreo cada vez más fuertes, muchas veces es difícil desarrollar trabajos y proyectos de ingeniería química con presupuestos limitados.
Sin embargo, existen opciones. Si la idea de navegar por páginas oscuras y poner en riesgo tu computadora con virus y troyanos dekeygens no te atrae, te presentamos una lista de alternativas gratuitas y legales. Las aplicaciones detalladas a continuación reemplazan a los principales programas utilizados por profesionales y estudiantes de ingeniería química.
Hoja de Cálculo / Procesador de Textos
Estas posiblemente sean las aplicaciones más utilizadas por los ingenieros químicos, tanto en la industria como en la academia. Todo trabajo suele concluir en un informe, presentación, o gráfico mostrando los resultados de una simulación. Para estas actividades, un paquete de software de oficina es fundamental.
Si bien la funcionalidad del paquete Microsoft Office es en algunos aspectos más completa, existen alternativas gratuitas y de código abierto plenamente funcionales y compatibles.
1. OpenOffice y LibreOffice
OpenOffice (y su desarrollo más reciente LibreOffice) son paquetes de programas de oficina, que incluyen: procesador de textos, planilla de cálculo, software de presentaciones, editor de ecuaciones, editor de gráficos y base de datos. Ambas suites ofimáticas están disponibles para Windows, Mac y Linux, en español y en forma gratuita. Tienen interoperabilidad con Microsoft Office y exportan documentos a formato PDF.
Si bien la compatibilidad con los nuevos formatos de Microsoft Office (.docx, .xslx, .pptx) puede tener algunos problemas (en particular con ciertas funciones como el control de cambios) lo cierto es que utilizando formatos Word 2003 no se suelen experimentar problemas. Personalmente, escribí mi tesis de maestría completa en OpenOffice (esto es, un documento de más de 100 páginas, con ecuaciones, imágenes, gráficos, tabla de contenidos y referencias), con lo cual existen pocas limitaciones para desarrollar trabajos complejos. Donde se encuentra más carente (aunque no por ello menos utilizable) es en la calidad de los gráficos del programa de hoja de cálculo, si bien esto ha mejorado en versiones más recientes
Puedes descargar LibreOffice en www.libreoffice.org/download. Está disponible para Windows, Mac y Linux.
2. Gnumeric
Si deseas descargar sólo una planilla de cálculo en lugar de un paquete office completo, una alternativa es Gnumeric. Más información sobre Gnumeric en este artículo sobre Gnumeric y cálculos de precisión en Ingeniería Química
GNumeric se puede descargar para Windows y para Linux en:
Software Numérico
3. Octave
Existen algunas alternativas a aplicaciones que resuelvan problemas numéricos. Octave, por ejemplo, ha sido desarrollado teniendo en cuenta la compatibilidad con Matlab. Puedes encontrar más información en el artículo relacionado.
Puedes descargar Octave en http://sourceforge.net/projects/octave/
4. Freemat
Otra alternativa al Matlab es el software FreeMat, que dispone de la mayoría de las funciones de Matlab.
La aplicación se puede descargar en http://freemat.sourceforge.net/ y el manual se puede descargar de sourceforge.net/projects/freemat/files/FreeMat4/FreeMat-4.1.pdf/download
5. Scilab
Por último, existe un software llamado Scilab, también orientado al cálculo científico. Es un lenguaje de programación de alto nivel con acceso a cientos de funciones matemáticas, estructuras de datos avanzadas y funciones gráficas en 2D y 3D.
Más información en el artículo sobre Uso del paquete Scilab en Ingeniería Química.
Puedes descargar Scilab en www.scilab.org y puedes encontrar un tutorial de Scilab en español enWikiBooks.
Conversión de Unidades
6. Uconeer
La aplicación más clásica para conversión de unidades es Uconeer. Es un programa pequeño (0.5 Mb) pero muy completo.
Se puede descargar en www.katmarsoftware.com/uconeer.htm#download
Alternativamente, si prefieres tener una rutina de conversión de unidades implementada en una planilla de cálculo, de forma de poder utilizarla en desarrollos de planillas más complejas, puedes descargar una
Diseño de Diagramas de Flujo de Procesos / Planos de Instrumentación
Existen dos aplicaciones similares al Microsoft Visio, que podrían reemplazar su uso para tareas de mediana complejidad. Ellas son DIA e Inkscape.
7. DIA
Programa para diseñar diagramas, que incorpora una biblioteca específica de equipos de procesos químicos. Puedes encontrar más información en el artículo relacionado: DIA: Programa gratuito para flowsheets
Se puede descargar en www.dia-installer.de
8. Inkscape
Inkscape se utiliza para diseño vectorial. Para complementarlo, Emilio Tozzi ha desarrollado una librería de imágenes de procesos químicos para agregarle, que se puede descargar aquí.
Software Especializado - Simuladores de Procesos
9. COCO
Es difícil encontrar alternativas gratuitas que contengan toda la funcionalidad de los grandes paquetes de simuladores de procesos, tales como Aspen o Aspen Hysys. COCO es una excelente alternativa. Es unsimulador secuencial gratuito, de estado estacionario, desarrollado por la empresa Amsterchem. Incluye un entorno para diagramas de flujo de proceso, operaciones unitarias, paquete de cinética de reacciones y paquete termodinámico.
Dado que ha sido diseñado con estándares abiertos CAPE-OPEN, permite interoperabilidad con otras aplicaciones tales como HTRI y Prosim.
Dentro del ejecutable se incluye también un simulador de procesos de separación (destilación, extracción, absorción) llamado ChemSep, en su versión light (máximo de 150 etapas de equilibrio y 10 componentes). Si solo necesitas el simulador de procesos de equilibrio, puedes descargarlo desde elartículo relacionado.
Se puede descargar de www.cocosimulator.org/index_download.html
10. WinSim Design II
WinSim Design II, si bien no es libre, se puede utilizar gratuitamente durante 2 semanas, con una contraseña que se genera en el sitio del vendedor. Es un simulador para procesos químicos y petroquímicos, incluyendo refinerías, procesamiento de gas, plantas de amoníaco y metanol, entre otros. La base de datos de propiedades incluye 900 componentes puros y 38 variedades de crudos.
Se puede descargar aquí: www.winsim.com/download.html
No es la intención de este artículo menoscabar las cualidades del software comercial, ni sugerir que las aplicaciones comerciales son innecesarias. Y es imperativo que todo profesional de la ingeniería química aprenda a manejar correctamente el software comercial que esté a su alcance.
Sin embargo, es bueno recordar que la calidad del trabajo final que se desarrolla es más importante que la herramienta utilizada. La idea aquí es presentar alternativas para cuando las limitaciones de presupuesto o restricciones de licencias hacen que el software comercial no sea una opción. Si aprendes a manejar a fondo una o varias de estas aplicaciones, con seguridad podrás desarrollar trabajos profesionales y proyectos de calidad.
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