Modelos basados en fenómenos de transporte

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Universidad Técnica de Machala

Facultad de Ciencias Químicas y de la Salud

Carrera Ingeniería Química

INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA

Fecha entrega:

21/09/2020

Tema:

Modelos basados en fenómenos de transporte

Nombre:

 Anthony Emanuel Espinoza Enriquez

Asignatura:

Simulación de Procesos I

Docente:

Ing. Jefferson Michael Marcheno Revilla, Mgs.

Nivel:

Octavo Semestre

Periodo Académico:

Agosto 2020 – Diciembre 2020

Machala – El Oro – Ecuador

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN        3

1.        Simulación de procesos        4

1.2.        Ventajas de la simulación        5

1.3.        Aspectos a tener en cuenta en la simulación de procesos        5

1.4.        Características generales de los simuladores        6

1.5.        Técnicas de simulación        6

2.        Aspen Plus        7

2.1. Utilidades del Aspen Plus        7

3.        Modelos importantes usados en la simulación        8

3.1.        Modelo termodinámico        8

3.2.        Fenómenos de transporte        9

3.3.        Transferencia de materia        10

3.4.        Transferencia de energía        10

3.5.        Transferencia de cantidad de movimiento        10

3.6.        Modelos basados de fenómenos de transporte        11

3.6.1.        Elemento a la frontera        12

3.6.2.        Diferencias finitas en una dimensión        12

3.6.3.        El algoritmo de Thomas        13

3.6.4.        Transporte entre un medio poroso y un fluido        13

CONCLUSIÓN        13

ANEXOS        14

BIBLIOGRAFÍA        14

INTRODUCCIÓN

La industria a lo largo de la historia ha necesitado un esquema en cada proceso para la transformación de la materia prima. Este proceso lleva consigo el transporte de sustancias en determinadas fases, las cuales sufren respectivas modificaciones en su estructura física, química o biológica. Las operaciones unitarias implican los fenómenos de transporte que desempeñan un papel en diferentes procesos como la absorción, destilación, condensación, adsorción, etc.

En la actualidad con la creación de software sofisticado, se han creado modelos que simulan lo ocurrido en la realidad, ayudados también de hipótesis, estos modelos reciben el nombre de teorías especificadas. Esto puede interpretarse como aquel esquema que se idealiza para observar mediante programas los procesos que se llevan a cabo en la realidad.

Por ejemplo en la investigación de (Gutiérrez, Sosa, Ale, Riveros, & Erdmann, 2013) se diseñó el proceso de endulzamiento del gas natural mediante la adición de aminas con el objetivo de absorber el dióxido de carbono. Siguiendo una metodología se hizo uso de un simulador llamado Aspen Hysys con el fin de mejorar y potenciar este proceso. Por lo cual estos programas aseguran validez en sus predicciones si se hace un correcto ingreso de las fórmulas y datos. También esto va a tener limitaciones ya que resulta dificultoso simular un modelo íntegramente.

Existen básicamente dos tipos de modelos los de fenómenos de transporte y los representacionales. Un ejemplo claro de este primero es el modelo Mc-Cabe Thiele ya que se trata de una hipótesis macroscópica donde cada entrada y salida de cada fase llegan al equilibrio. Los modelos de fenómenos de transporte están inmersos en diferentes industrias una de las más conocidas es la petrolera, donde se lleva a cabo la transferencia de masa y energía (Costa, y otros, 1991).

1. Simulación de procesos

Una de las ventajas de la simulación de procesos es la optimización de las distintas fases, lo cual puede mejorar el rendimiento de una fábrica o industria mediante la definición de cada una de las partes que está conformado el proceso. Esto va desde cada una de las entradas de materia a utilizar hasta los productos que se obtienen del sistema. Cuando hablamos de simulación de procesos lo podemos relacionar con el concepto de fábrica digital ya que estamos plasmando lo que ocurre en la realidad en un programa informático. El empleo de estos softwares abarca amplias áreas en distintas industrias como la textil, la alimenticia, la química, la extractiva etc.

Un ejemplo de ello es en las empresas textiles donde la toma de decisiones sobre la producción de materiales lo realizan basándose en las predicciones que hacen los simuladores, guiándose a su vez de parámetros de ecuaciones y fórmulas para el análisis de los sistemas  de manufactura (Herrera & Becerra, 2014).

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No todos son aspectos positivos por ejemplo una de las desventajas de los simuladores en la industria química es cuando se obvia lo que ocurre a escala microscópica ya que un proceso se puede ver afectado por las reacciones químicas y por ende a cambios moleculares y estructurales de la materia (Costa, y otros, 1991).

La simulación se va haciendo cada vez más común en las industrias y se estima que para el 2025 más de 111,000 empresas utilicen software sofisticado en sus instalaciones respecto a 60,000 que contaban con esto en 2018. Se cree que para el mismo año las empresas gasten en programas informáticos alrededor de 2000 millones de euros anuales.

1. Ventajas de la simulación

Unas de las ventajas que supone la simulación en contrapartida con otras técnicas convencionales es que tiene una respuesta rápida ya que arroja los resultados en un menor tiempo posible, además más de esto supone un ahorro en gastos debido a que reduce el uso de los recursos. Se debe tener claro que la simulación llega a ser un suplemento de la experimentación clásica. No es independiente de esta ya que se pueden presentar casos donde sea relativamente difícil el simular un proceso con los conocimientos que se posee. Otra de las ventajas es que supone una ayuda a la experimentación ya que por medio de ella se puede comprender el comportamiento de varios fenómenos físicos (Gozálvez & Santafé, 2015).

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