Modelado Y Simulacion de Procesos

Universidad Tecnolgica Nacional Modelado y Simulacin de Procesos Facultad Regional Neuqun Ao 2010

1

ndice:

IntroduccinPg. 2

Naturaleza del diseo de procesos y su integracinPg. 2

Etapas de la tarea de diseoPg. 3

Relacin Diseo, Anlisis y OptimizacinPg. 4

La sntesis de Procesos: Pg. 5

Sntesis del Camino de la Reaccin Pg. 9

Sntesis del Sistema de ReactoresPg. 10

Sntesis de la Red de Intercambiadores......Pg. 10

Sntesis de Sistemas de Separacin..Pg. 11

Sntesis del Sistema de Control del Proceso.Pg. 12

Diseo ptimo....Pg. 12

Bibliografa.Pg. 15


2

Introduccin:

El diseo de procesos es uno de los campos ms apasionantes y complejos dentro de la ingeniera qumica, y es el corazn del desarrollo de proyectos de ingeniera relacionados con la construccin nuevas plantas de procesamiento.

El trabajo del ingeniero de procesos como punto inicial en el diseo de plantas de proceso es entonces claro: de su acierto depende el xito y la seguridad de la nueva planta, sus errores no slo puede representar prdida de dinero sino tambin de vidas.

El xito de los ingenieros de procesos est fuertemente ligado a su experiencia y de ah que los nuevos ingenieros ms que solo documentarse deben practicar, ejercer y realizar sus diseos bajo la supervisin de un ingeniero veterano, experimentado, como en las antiguas artes de hace siglos cuando los iniciados progresaban bajo el acompaamiento de su maestro.

Naturaleza del diseo de procesos y su integracin:

El diseo de un proceso es una tarea interdisciplinaria que incluye todos los campos de la ingeniera y se puede decir que consta de tres aspectos puntuales:

Diseo conceptual Diseo bsico Diseo detallado

Los dos primeros son realizados por los ingenieros de procesos en su mayora ingenieros qumicos mientras que el ltimo es realizado por un equipo de ingenieros mecnicos, civiles, elctricos, instrumentistas, entre otros; luego el punto de partida de todo proyecto de ingeniera de procesos parte del equipo de ingenieros qumicos encargados de los diseos conceptual y bsico.

El diseo conceptual o sntesis de proceso es la fase en la cual se arma la topologa del proceso, es decir el esquema o diagrama de flujo bsico que presenta la secuencia de operaciones necesarias para transformar las materias primas en los productos deseados. Por simple que parezca, la conceptualizacin del proceso es un tema complejo de alta responsabilidad, ya que los errores de esta etapa se trasladarn y amplificarn en las etapas siguientes.

En esta fase cuenta mucho la experiencia del ingeniero de procesos, ya que l tendr que seleccionar las operaciones y procesos unitarios que se deben incluir en el proceso, considerando por supuesto aspectos no slo tcnicos sino econmicos y ambientales; adems, no una nica solucin, por lo cual es necesario ponderar los pro y contra de cada alternativa posible.


3

El diseo bsico es la concrecin del diseo conceptual en cuanto a la definicin de las variables de operacin y los parmetros de construccin de los equipos. El ingeniero de procesos en esta fase debe calcular y seleccionar los equipos, tuberas y accesorios que harn parte de la planta de proceso. Los parmetros de construccin en este caso son las dimensiones bsicas que se refieren a dimetros y altura de tanques; tipo, altura, dimensiones y configuracin de las partes internas de columnas y reactores; tipo y potencia de bombas y compresores, etc. Antes que ser un diseo mecnico, el diseo bsico es el clculo de los parmetros de construccin de los equipos requeridos en el proceso para proceder a su compra o a su diseo mecnico.

Finalmente, la ingeniera de detalle parte de la informacin generada por los ingenieros de proceso en las anteriores fases de diseo para proceder a los diseos mecnicos, civiles, elctricos y dems.

Etapas en la tarea de diseo:

Para modelar un problema complejo, que no es posible resolver basndose en una herramienta o algoritmo matemtico que involucre todos los aspectos a considerar en forma simultnea, resulta lgico recurrir a la metodologa desarrollada en el campo de la teora general de sistemas.

En efecto, dada la elevada magnitud y complejidad del problema de diseo, es muy til adoptar la estrategia de subdividirlo en sub problemas que sean factibles de ser abordados y, a partir de las soluciones parciales generadas, encontrar la solucin al problema global.

Dentro de este contexto, las etapas secuenciales aconsejadas para realizar la tarea de diseo, comprenden:

(1) La definicin del problema (2) El establecimiento de la funcin objetivo, es decir, la

determinacin de los criterios en funcin de los cuales deben seleccionarse alternativas

(3) La sntesis del sistema propiamente dicha, que implica la gnesis del conjunto de alternativas estructurales posibles, y por ltimo

(4) La reduccin del espacio de alternativas, seleccionando aquellas que cumplan en forma ptima con las especificaciones establecidas.

En consecuencia, la etapa de sntesis en el diseo del proceso es el paso creativo que implica la determinacin y generacin del conjunto de alternativas estructurales posibles capaces de cumplir con los objetivos especificados.

Queda claro que la sntesis de un proceso involucra decisiones en dos espacios distintos:


4

(a) El espacio de las diferentes alternativas estructurales, definidas por la topologa y la naturaleza de las interacciones entre las unidades

(b) El espacio de los diseos alternativos para cada una de las unidades de operacin que componen el sistema.

En contraste con la etapa de sntesis, la etapa de anlisis implica la investigacin de las caractersticas de cada alternativa generada, por ejemplo, mediante la evaluacin de las variables de salida del proceso, conociendo las caractersticas del sistema y las variables de entrada.

Por lo general se utilizan reglas heursticas, (es decir basadas en nociones previas de procesos similares ya desarrollados), con las cuales es posible reducir el nmero de estructuras generadas en la etapa de sntesis.

La tarea de optimizacin se plantea generalmente en la etapa de anlisis, y permite hacer la seleccin del mejor sistema o mejor dicho del sistema que mejor se adapte al proceso.

Relacin Diseo, Anlisis y Optimizacin:

Dentro de este contexto, se comprende que el ncleo central de la tarea de diseo en la ingeniera de procesos, de acuerdo a la visin de la descomposicin del problema global en sub-problemas o etapas independientes, est constituido por el lazo iterativo sntesis- anlisis- optimizacin. Consecuentemente, no resulta extrao desde una perspectiva histrica, la aparicin cronolgica de procedimientos o algoritmos para implementarlas, en general como instrumentos independientes.

No obstante, el alcance de las herramientas o metodologas de implementacin masiva propuestas resulta parcial. Debido a que tanto lo extenso como la complejidad en la tarea de diseo, hacen que resulte poco prctico el uso de algoritmos de clculo o procedimiento secuencial, que contemple simultneamente todas las etapas y variables que deben necesariamente ser tenidas en cuenta.

Esto podr revertirse, pero dada la complejidad del problema, todava habr de dedicarse mucho esfuerzo de investigacin al respecto y muy probablemente deber esperarse bastante tiempo para lograrlo.

La etapa de anlisis fue la primera en desarrollarse y manifestarse bajo esta ptica. En efecto, en la dcada del 70 comienza a consolidarse una lnea de investigacin que abarca los mtodos computacionales en la ingeniera qumica; en particular la simulacin de procesos por computadora o process flowsheeting, como una parte de una actividad ms general, la actividad del diseo de procesos asistido por computadora (Computer Aided Design-CAD-).


5

En forma similar, con respecto a la etapa de sntesis, los conceptos utilizados para la construccin de algoritmos se nutren de los ms variados campos del conocimiento. Programacin mixta, lgebra, termodinmica, computacin, sistemas expertos, etc., son algunos de los basamentos conceptuales que dieron sustento terico a los diversos algoritmos propuestos para la generacin de estructuras y la seleccin de la ptima.

La Sntesis de Procesos Qumicos:

Una vez que se ha analizado el problema de diseo, es necesario tener en cuenta una procedimiento muy importante, que es la de la sntesis de sistemas, entendiendo por sistemas al tren de destilacin, el banco de intercambiadores, los separadores, los reactores, el camino de la reaccin y el sistema de control de procesos, entre otros. Con el objetivo de posibilitar la generacin de alternativas estructurales eficientes que satisfagan el o los objetivos deseados para nuestro proceso.

El problema de sntesis puede ser definido simplemente como una tarea de invencin de la estructura y la determinacin de las condiciones operativas del proceso.

La importancia de las estrategias de sntesis de procesos pueden comprenderse tomando en cuenta el hecho que para cada nueva idea o nuevo producto, generalmente slo menos del uno por ciento sobrevive para lograr el status de diseo definitivo o rentable.

Tambin es comn que para la seleccin del flowsheet definitivo del proceso, se descarten un nmero muy grande de alternativas; esto es, durante el proceso de diseo se deben generar (y evaluar) ese nmero de opciones que a veces sobrepasa el poder de clculo con el que se cuenta.

Entonces, es muy fcil comprender la meta:

generar herramientas para la sntesis de procesos que minimicen el esfuerzo

para crear, evaluar y optimizar todas las alternativas posibles para el mismo, dados

slo unos pocos datos a partir de los cuales el diseo del proceso debe ser originado.

Obviamente, al igual que los mtodos heursticos, debern encontrarse procedimientos para evitar explorar todos los nodos en la expansin del rbol de alternativas correspondientes.

Ms an, el problema de diseo es abierto debido a que es muy difcil seleccionar una solucin. Y es muy probable que sea posible encontrar opciones competitivas para una solucin que se presente como diseo final, ya que como mencionamos, existen mltiples objetivos simultneos que deben considerarse.

Entonces podemos decir que la sntesis de procesos es la actividad que se ocupa de la toma de decisiones para resolver interrogantes tales como, por ejemplo


6

(a) Cul de las muchas partes componentes disponibles debieran usarse.

(b) Cmo deberan interconectarse los componentes del proceso para formar parte de la solucin ptima a un dado problema de diseo.

El desafo puede plantearse tanto para crear un nuevo proceso o para mejorar de acuerdo a un dado objetivo ya existente.

Cuando se enfrenta un problema complejo, la experiencia y los postulados de la teora general de sistemas aconsejan una segmentacin del mismo en sub-problemas ms sencillos, con una determinada estrategia, para luego componer la solucin a partir de las soluciones parciales.

Existen muchas alternativas de descomposicin para elegir y lograr una solucin adecuada para un problema dado, pero se requiere encontrar la mejor para cada diseo especfico. La estrategia de descomposicin ptima depender del problema de diseo a resolverse.

En efecto, se propone que el problema de sntesis y anlisis para el proceso completo, definido como una actividad creativa bajo la cual se generan las ideas y se traducen en los equipos y procesos para producir nuevos materiales, puede descomponerse en un enfoque jerrquico. Se propone una estrategia de diseo desarrollando en principio, soluciones muy simples para luego agregar capas sucesivas de detalles.

El enfoque jerrquico descompone al problema completo en una serie de sub-problemas usando una jerarqua de decisiones. Para procesos petroqumicos, o procesos donde predominen los sistemas lquido-lquido o lquido-vapor, la jerarqua de decisiones puede sintetizarse muy superficialmente en los pasos de toma de decisiones secuenciales siguientes:

& Decidir entre procesos batch versus procesos continuos.

& Decidir la estructura de reaccin.

& Adoptar la estructura de entrada-salida del proceso.

& Adoptar la estructura de ciclos del proceso (corrientes de reciclo).

& Adoptar la estructura general del sistema de separacin.

& Disear la estructura que permita la integracin energtica a los efectos de minimizar el consumo.

En el caso que se trate de procesos batch o procesos en los que debe manejarse slidos, es necesario introducir otras secuencias de decisiones.

Obviamente, dado que la jerarqua de decisiones es heurstica en su naturaleza, es posible incorporar un nuevo orden o nuevos pasos en la estrategia o procedimientos de decisin, luego de acumular nuevas experiencias.


7

Debe notarse que se fija un orden de prioridades relativas al fijar la secuencia de sub-problemas a resolverse. Por ejemplo, se supone ms conveniente preocuparse primero por la estructura de reaccin y el flujo de materiales, que por la red de intercambio calrico. No obstante, muy probablemente cuando se llegue a la etapa de diseo de la red de intercambio, deban modificarse decisiones tomadas en etapas anteriores, lo cual implica el ya anticipado proceso iterativo, hasta lograr un diseo final conveniente.

Cualquiera sea la estrategia elegida, es importante que cada solucin parcial obtenida se verifique considerando el problema completo. Se debe por lo tanto implementar la retroalimentacin de la informacin hacia los pasos anterior y posterior durante el ciclo de etapas de la tarea de diseo (lazo de iteracin).

Otra metodologa, el modelo de la cebolla que se grafica en la figura de ms adelante. Dicho modelo provee una especie de cuadro esquemtico de la jerarqua adoptada para la particin del diseo de procesos en diversos subsistemas.

Aqu, comenzando con sntesis de los caminos de reaccin qumica, el corazn de la cebolla, se evolucionar hacia el diseo de la red de reactores, considerando la selectividad y capacidad.

El diseo del reactor y las especificaciones de productos determinarn el diseo del subsistema de separacin (y reciclos), que forma la tercera capa de la cebolla. Las tareas de reaccin y separacin definen en gran parte los requerimientos de energa y, por lo tanto, la cuarta capa involucra la sntesis de la red de intercambio energtico o de intercambiadores de calor. Dado que la recuperacin de energa entre corrientes de procesos es generalmente insuficiente para encontrar las necesidades de energa total, se requiere de servicios auxiliares externos.

Por lo tanto, la quinta capa de la cebolla es el diseo del sistema auxiliar. Para considerar cuestiones de operatividad (como ser flexibilidad, controlabilidad, etc.) la capa final involucra el diseo del sistema de control.

Como se remarc ms arriba, se debe enfatizar que ninguna capa de la cebolla puede disearse antes de especificar las capas internas. Simultneamente, las capas internas no pueden lograrse sin disear la cebolla completa y considerar las interacciones.


8

Consecuentemente, se necesitan estrategias efectivas -fciles de usar y adecuadas para obtener las soluciones ptimas- para encarar la sntesis de todos los subproblemas o subsistemas arriba planteados, permitiendo reducir el esfuerzo y tiempo requeridos para lograr el diseo completo, esto es, el recorrido ida y vuelta, iterativamente, por las capas jerrquicas indicadas.

De aqu se comprende la importancia de contar con procedimientos efectivos para la sntesis de subunidades de procesos, tales como redes de intercambio calrico, etapas o caminos de reaccin, secuencias de destilacin (donde a la hora de un diseo ptimo se busca la integracin energtica), estructuras de control, sistemas de servicios auxiliares, sistemas integrados de generacin de potencia y energa, etc.

La segunda rea fue la sntesis del sistema de separacin, abarcando en un principio slo los procesos basados en destilacin de sistemas ideales para lograr, a partir de una mezcla dada, productos puros. Luego, el rea se extendi hacia la sntesis de sistemas ms complejos que incluyen mezclas no ideales, sistemas integrados, etc.

Existen tambin metodologas que contemplan otras tcnicas de separacin como destilacin extractiva, destilacin reactiva, evaporacin, cristalizacin, membranas, etc. Obviamente, a medida que se agregan opciones, la dimensin del problema se incrementa velozmente.

La sntesis de secuencias o caminos de reaccin para producir un compuesto especificado (o varios) -esto es, la seleccin de las materias primas y la determinacin de la secuencia de reacciones qumicas que transformen materias primas disponibles en el mercado en los productos deseados-, se relaciona con el problema de sntesis del sistema de reactores. Los reactores son el corazn del proceso.

As, la sntesis de este sistema es muy importante. En muchos casos prcticos, la sntesis de las etapas o caminos de reaccin (de las diferentes materias primas a los productos deseados) se plantea en forma desarticulada respecto de la sntesis de la


9

estructura de la red de reactores, debido a la complicacin que conlleva el diseo unificado desde el punto de vista operacional.

Sntesis de caminos de reaccin

Para qumica fina y de las especialidades, al igual que otros productos, el camino de reaccin es un punto clave para sintetizar un proceso factible. Para que un camino de reaccin sea comercialmente conveniente debe ser tcnica y econmicamente eficiente; esto es, la reaccin debe poder realizarse en condiciones normales y el valor del producto debe ser superior a los costos involucrados totales.

Las principales incgnitas se refieren a la seleccin de las materias primas a ser utilizadas, a la secuencia en que deben introducirse las mismas y cules deberan ser las reacciones qumicas a emplearse, para superar la diferencia en la naturaleza de las especies entrantes y salientes.

En la ltima dcada se desarrollaron muchas herramientas prcticas para la sntesis de diversos tipos de molculas, como resultado del desarrollo de la qumica orgnica e inorgnica, la bioqumica, biologa molecular y la biotecnologa.

Al plantear el problema de sntesis de los caminos de reaccin, se pueden identificar bsicamente cuatro objetivos a optimizar:

1. Los costos del sistema de produccin resultante (minimizar). 2. El nmero de los pasos de reaccin requeridos (minimizar). 3. La conversin y la produccin (maximizar). 4. El uso intensivo de las materias primas bsicas (maximizar), (por

ejemplo, el carbn en la industria petroqumica).

Se ha avanzado considerablemente en el desarrollo de procedimientos efectivos para generar estructuras de pasos de reaccin alternativos. Esas estrategias pueden clasificarse en dos categoras, segn empleen mtodos analticos o basados en la informacin acumulada a travs de la experiencia humana. Los mtodos basados en el anlisis son ms recientes y utilizan representaciones rigurosas para la creacin e innovacin de secuencias de reaccin alternativas previamente desconocidas, pero al mismo tiempo, generan un gran nmero de pasos de reaccin obsoletos.

Los mtodos basados en la informacin acumulada en paquetes computacionales, permiten generar secuencias que si bien, son atractivas para el diseador, suelen carecer de imaginacin, ya que ellos simplemente organizan y sistematizan la qumica con ocida.

Sin embargo, con la mejora en los mtodos basados en inteligencia artificial se logran herramientas cada vez ms potentes y efectivas, tomando las ventajas de ambos enfoques.


10

Sntesis del sistema de reactores

Una vez que se seleccionaron las reacciones qumicas a realizarse en el proceso, debemos sintetizar el sistema de reactores. Esto es, qu tipo de reactores conviene utilizar, (por ejemplo, si son del tipo batch, reactores tanque agitados continuos, tubulares, de lecho fluidizado, o reactores de flujo pistn, etc.), cuntos reactores y cmo deben estar interconectados entre s y/o con el proceso completo. Entonces, en base al nmero de pasos de reaccin, interesan las interconexiones entre los reactores a ser usados, etc. Este problema puede considerarse aislado o contemplando simultneamente la integracin del sistema de reactores al proceso completo desde un punto de vista energtico. La sntesis conjunta con las redes de intercambio calrico y sistemas integrados de potencia y energa, o la integracin a subsistemas de procesos que intercambian trabajo o energa, generalmente producen mayores reducciones en el consumo, pero son ms complicados de resolver.

Sntesis de la Red de Intercambiadores

En un proceso, existente o a disear, usualmente es posible separar las operaciones tendientes a recuperar calor del resto de las operaciones (por ejemplo, transformaciones qumicas, transformaciones fsicas, separaciones, etc.). En otras palabras, aqu nos interesa disear o sintetizar la estructura ptima del bloque de intercambio calrico, estando determinadas las dems funciones del proceso.

Un problema de sntesis de redes de intercambio calrico se define tpicamente como sigue:

Dado:

i. Un conjunto de corrientes calientes a ser enfriadas y un conjunto de corrientes fras a ser calentadas.

ii. Las velocidades de flujo y las temperaturas de entrada y salida de todas las corrientes.

iii. La capacidad calorfica de todas las corrientes como una funcin de la temperatura.

iv. Los servicios auxiliares disponibles y sus costos, adems de los costos de capital (inversin en equipos).

Notar en este caso que la definicin propuesta para este problema basa el criterio de bsqueda en un factor econmico (costo total anual), no considerando otras condiciones, como por ejemplo, operabilidad, flexibilidad, seguridad, etc.


11

Con el objeto de encontrar una formulacin adecuada para resolver este problema, se debe elaborar alguna estrategia que permita generar e identificar las redes de intercambio calrico que minimicen tanto el consumo de servicios de calefaccin y enfriamiento (costo operativo), como el rea de intercambio calrico y el nmero de unidades (principales componentes que contribuyen al costo de capital fijo) en la red, todo esto sin recurrir a una enumeracin exhaustiva de todas las posibilidades ya que de esta manera sera una tarea de mucho tiempo de cmputo.

Dentro de este contexto, conforme a sus necesidades o disponibilidades energticas, las corrientes materiales que intervienen en el proceso se pueden clasificar en fras y calientes. Esta clasificacin no se basa en las temperaturas de las respectivas corrientes sino en las tareas que hay que efectuar sobre ellas.

De este modo, se designan como corrientes calientes a aqullas que deben liberar energa y como corrientes fras a aqullas que deben recibir un flujo calrico. Conviene tener presente que de acuerdo con estas definiciones, algunas de las corrientes fras pueden tener mayor temperatura que otras clasificadas como calientes.

Por consiguiente, una vez identificadas las corrientes y sus propiedades, y las tareas a efectuar sobre el sistema de intercambio calrico, la solucin para el problema de sntesis es encontrar la poltica de acoplamiento ptima usando intercambiadores

de calor proceso-proceso y calentadores y/o enfriadores como servicios auxiliares, es decir consumo de servicios auxiliares, esto es, por ejemplo, vapor de calefaccin o agua de enfriamiento.

Sntesis de Sistemas de Separacin

La necesidad de utilizar equipos de separacin en los procesos qumicos es bien conocida. En general, es necesario aislar los productos purificados, recuperar subproductos valiosos, preparar materias primas y/o evitar (separndolos de la mezcla que los contiene) materiales indeseables o txicos.

No slo el costo de inversin y de mantenimiento, sino tambin el de operacin (consumo de vapor de calefaccin o de agua de enfriamiento) tiene un impacto significativo en la economa del proceso, ya que las operaciones de separacin convencionales, por ejemplo la destilacin, son consumidoras intensivas de energa.

Resulta interesante entonces hallar mtodos para minimizar los servicios auxiliares paralelamente a los costos de capital. El impacto que produce la reduccin de energa es muy importante para procesos que involucran grandes volmenes (commodities).

Por ejemplo, debe tenerse en cuenta que en procesos de refinamiento de petrleo y similares, un gran porcentaje de la energa consumida se asocia con el sistema de separacin.


12

Hay varias tecnologas para la separacin de una mezcla, por ejemplo destilacin, evaporacin, absorcin, membranas, destilacin molecular, separacin en un campo elctrico, difusin trmica, cristalizacin, difusin por presin, extraccin y muchas otras.

Ms an, en la actualidad muchos de los esfuerzos de investigacin se destinan a encontrar tecnologas viables que reemplacen a la destilacin, la cual, si bien es una tecnologa ya madura y por lo tanto confiable, consume mucha energa

Sntesis de sistemas de control de procesos:

La sntesis de la estructura de control del proceso apunta a determinar cules variables deben ser medidas para monitorear completamente un proceso, cules variables deben ser usadas como variables manipuladas y cmo deberan relacionarse las variables medidas con aquellas manipuladas (lazos de control) de manera de lograr los objetivos propuestos.

En general, se trata de optimizar algn ndice dinmico o esttico, indicador de la performance del sistema de control, como por ejemplo, errores en estado estacionario, grado de interaccin entre los lazos, velocidad de la respuesta transiente, suavidad de la respuesta, rango de operatividad, etc. Por otra parte, se han ideado diversas estrategias para generar estructuras de control apropiadas.

Diseo ptimo:

Por lo general, la optimizacin del sistema en el primer espacio de decisiones se formula como un problema de programacin entera mientras la optimizacin en el segundo espacio resulta en un problema de programacin continua. La naturaleza mixta entero-real del problema de optimizacin, y las dems complejizaciones que hacen a la no linealidad del desarrollo, crea un problema matemtico difcilmente superable.

Acerca de las metas u objetivos a alcanzar durante el diseo del proceso, puede mencionarse que la productividad y rentabilidad, adems de la confiabilidad, controlabilidad y otros factores son siempre deseadas, pero se sabe que son objetivos en competencia.

Todos los procesos requieren, por ejemplo, flexibilidad para tener en cuenta el ensuciamiento, la desactivacin cataltica, cambios en la alimentacin, cambios en la demanda y en las especificaciones del producto, variaciones en la operacin estacional, etc. Estas modificaciones en las condiciones operativas del proceso requieren modificaciones en el diseo de muchas unidades (por ejemplo intercambiadores de calor, reactores y separadores).


13

Por otra parte, es necesario analizar la factibilidad del arranque y parada del proceso, dado que en muchos casos buenos diseos nominales deben abortarse debido a problemas insalvables en las citadas operaciones. Finalmente, existe una creciente necesidad de considerar restricciones ambientales en el diseo, dado que aun cuando algunas alternativas parecen prometedoras desde el punto de vista del costo y de la operabilidad, deben eliminarse cuando se analiza el problema de los efluentes.

Definitivamente y debido a la complejidad del problema, la secuencia de la etapa de sntesis seguida por una de anlisis es iterativa hasta que se encuentra un diseo ptimo. Ambos pasos pueden involucrar desde el uso de modelos muy simples a bastante complejos; por ejemplo, tcnicas auxiliares de computacin que ayudan al ingeniero a manejar variables estructurales (generacin de estructuras expandindolas en un rbol o mtodo equivalente) y la evaluacin de los costos (que involucra el diseo preliminar de los equipos y a su vez implica la resolucin de los balances de materia y energa y a veces de cantidad de movimiento) para analizar su viabilidad tcnica y econmica.

El objetivo ideal, muy difcil de lograr, es incorporar y crear metodologas eficientes y mtodos de diseo automatizados o asistidos por computadora, que contemplen todos estos aspectos en un modelo, implementado en un procedimiento, metodologa o herramienta nica.

Como se dijo ms arriba, la tarea de diseo involucra un procedimiento iterativo, en el cual la etapa de sntesis est siempre seguida por una etapa de anlisis, la cual determina si la estructura y los parmetros propuestos funcionarn como se espera. Si las metas de diseo no se alcanzan, se requiere un nuevo paso de sntesis para crear o una solucin factible o una solucin mejorada.

Hasta aqu, tenemos una idea de lo que es Optimizacin, pero hasta ahora no la hemos definido. Podemos decir que Optimizacin significa seleccionar el mejor curso de accin de las posibles alternativas. Esto nos plantea el problema de definir qu es lo mejor y cules son las alternativas.

Para seleccionar lo mejor, primero hay que probar y comparar. Para probar, necesitamos una metodologa que nos permita encontrar lo mejor con la mnima cantidad de ensayos considerando las alternativas disponibles. Para comparar, necesitamos tener alguna forma de ponderar la bondad de una dada solucin.

Para poder decidir correctamente es necesario saber cmo responder el sistema ante una determinada accin. Esto podra hacerse por experimentacin con el sistema mismo, pero qued de manifiesto con lo antes expuesto, factores de costo, seguridad y otros hacen que esta opcin sea generalmente inviable. A fin de superar estos inconvenientes se debe reemplazar el sistema original por otro que en la mayora de los casos es una versin simplificada y a escala. Este ltimo sistema, denominado modelo, es utilizado para llevar a cabo para llevar a cabo las experiencias planteadas sin los inconvenientes planteados.

Al proceso de experimentacin con el modelo se lo conoce como simulacin, y al dispositivo completo utilizado, (el que consta con todos los elementos del poseso) se


14

lo denomina simulador. Por ejemplo las plantas piloto que son utilizadas para ensayar nuevos procesos ates de implementarlos en las plantas reales

Por otra parte, determinar la accin que se debe realizar sobre el sistema para que este cumpla de la mejor manera los objetivos deseados es misin de la optimizacin. Generalmente, los sistemas en estudio son tan complejos que la solucin analtica de este problema es casi imposible. Por lo tanto, la optimizacin debe llevarse a cabo a partir de resultados experimentales. Es aqu donde la simulacin encuentra su primera aplicacin ya que es capaz de proveer los datos necesarios a un mnimo costo y sin riesgo las tcnicas o mtodos de optimizacin estn diseados para tomar la mejor decisin requiriendo la menor cantidad de experimentos.

En conclusin, la relacin que existe entre la simulacin y la optimizacin, en la etapa de sntesis y posteriormente anlisis de un sistema es lo que conduce a la eleccin de una opcin entre un grupo de opciones lograr el diseo ptimo.


15

Bibliografa:

Modelado, simulacin y optimizacin de procesos. Nicols Scenna y colaboradores. Et al 1999. Ed. UTN libros

Simulacin de sistemas qumicos. Enrique E. Tarifa. Ed. UTN libros

Optimizacin y Simulacin de procesos. Enrique Tarifa. Universidad Nacional de Jujuy, Facultad de Ingeniera. Apuntes de Ctedra.

Documents

Modelado Y Simulacion de Procesos