primeiros passos no simulador emso
TRANSCRIPT
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Primeiros Passos no Simulador EMSOLinguagem, Construção e Simulação de Modelos
Prof. Rodolfo RodriguesDepartamento de Engenharia Química (DEQ)Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
I Web Encontro Nacional de Engenharia Química5 a 9 de julho de 2021
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 1
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Instrutor do Minicurso
Rodolfo Rodrigues, Prof.
Graduação (UFSM), Mestrado e Doutorado (UFRGS)em Engenharia Química;Professor Adjunto da UFSM desde 2021;Professor Adjunto da UNIPAMPA de 2013 a 2020 (8 anos);Integrante do Projeto ALSOC (2005–2007) que originouo simulador EMSO;Contato:
E-mail: [email protected]: www.linkedin.com/in/rodolfoenq
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 2
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Conteúdo Programático
1 Aplicações do EMSO
2 Simulador EMSO
3 Linguagem de Modelagem
4 Exemplo: Tanques de Nível em Série
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 3
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Aplicações do EMSO
Referências Básicas:
SOARES, R. P.; SECCHI, A. R. EMSO: a new environment formodelling, simulation and optimization. Computer Aided ChemicalEngineering, v. 14, p. 947–952, 2003. DOI
SOARES, R. P. Desenvolvimento de um simulador genérico deprocessos dinâmicos. Dissertação (Mestrado em Eng. Química) -UFRGS. Porto Alegre, 2003. URL
Aplicações Didáticas:
OSPINO, J.; SÁNCHEZ, M. E.; SECCHI, A. R. Implementation of ablock-oriented model library for undergraduate process control coursesin EMSO simulator. Education for Chemical Engineers, v. 18, p.45-57, 2017. DOI
RODRIGUES, R.; SOARES, R. P.; SECCHI, A. R. Teaching chemicalreaction engineering using EMSO simulator. Computer Application inEngineering Education, v. 18, n. 4, p. 607-618, 2010. DOI
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 4
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Aplicações do EMSO
Processos de Separação:
ESPIRITO SANTO, A. T. et al. Decaffeination of yerba mate bysupercritical fluid extraction: Improvement, mathematical modelling andinfusion analysis. The Journal of Supercritical Fluids, v. 168, 2021.
DOI
HENRIQUE, J. P. et al. Divided wall column modeling and simulation inan open-source environment. Chemical and BiochemicalEngineering Quarterly, v. 34, n. 3, p. 149-167, 2020. DOI
PIRES, V. P. et al. Extraction process of the Achyrocline satureioides(Lam) DC. essential oil by steam distillation: modeling, aromaticpotential and fractionation. Journal of Essential Oil Research, v. 31,n. 4, p. 286–296, 2019. DOI
SARTOR, R. B. Modelagem, simulação e otimização de umaunidade industrial de extração de óleos essenciais por arraste avapor. Dissertação (Mestrado em Eng. Química) - UFRGS. PortoAlegre, 2009. URL
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 5
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Aplicações do EMSO
STAUDT, P. B. Modelagem e simulação dinâmica de colunas dedestilação. Dissertação (Mestrado em Eng. Química) - UFRGS. PortoAlegre, 2007. URL
Trocadores de Calor:
ELIAS, A. M. et al. Integrating pinch analysis and process simulationwithin equation-oriented simulators. Computers & ChemicalEngineering, v. 130, p. 1-8, 2019. DOI
BICCA, G. B. Modelagem hierárquica de trocadores de calor cascoe tubos. Dissertação (Mestrado em Eng. Química) - UFRGS. PortoAlegre, 2006. URL
Reatores Químicos:
SILVA, J. I. S.; SECCHI, A. R. Model predictive control for production ofultra-low sulfur diesel in a hydrotreating process. Brazilian Journal ofChemical Engineering, v. 36, n. 1, p. 439–452, 2019. DOI
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 6
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Aplicações do EMSO
RODRIGUES, R. Modelagem e simulação de um gaseificador emleito fixo para o tratamento térmico de resíduos sólidos daindústria calçadista. Dissertação (Mestrado em Eng. Química) -UFRGS. Porto Alegre, 2008. URL
Processos Biotecnológicos:
PINTO, A. S. S. Mitigação dos inibidores gerados no pré-tratamentoda biomassa vegetal: impacto técnico-econômico-ambiental dediferentes rotas de processo na biorrefinaria. Tese (Doutorado em Eng.Química) - UFSCar. São Carlos, 2021. URL
CÓL, C. D. et al. Foam-mat drying of bacaba (Oenocarpus bacaba):Process characterization, physicochemical properties, and antioxidantactivity. Food Bioprod. Process., v. 126, p. 23-31, 2021. DOI
BENEDINI, L. J. et al. Modeling and simulation of anion exchangechromatography for purification of proteins in complex mixtures.Journal of Chromatography A, v. 1613, 2020. DOI
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 7
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Aplicações do EMSO
DEMUNER, R. B. et al. Modeling of catalyst deactivation in bioethanoldehydration reactor. Industrial & Engineering Chemistry Research,v. 58, n. 8, p. 2717–2726, 2019. DOI
LONGATI, A. A. Implementação de unidade de processo parageração de energia empregando vinhaça e integração nabiorrefinaria de produção de etanol. Tese (Doutorado emEngenharia Química) - UFSCar. São Carlos, 2018. URL
FRÉ, N. C. Influência das condições de cultivo da microalgaDunaliella tertiolecta na produção de carotenoides e lipídios. Tese(Doutorado em Eng. Química) - UFRGS. Porto Alegre, 2016. URL
Sistemas Particulados:
SILVA, L. A.; SECCHI, A. R. Desenvolvimento de uma biblioteca demodelos para simulação de processos envolvendo sólidos particuladoscom o simulador EMSO. In: COBEQ-IC, 13., 2019, Uberlândia, MG.Anais [...]. Uberlândia: UFU, 2019. PDF
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 8
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Aplicações do EMSO
Otimização de Processos:
CARPIO, R. R. et al. Multi-objective optimization of a 1G-2Gbiorefinery: A tool towards economic and environmental viability.Journal of Cleaner Production, v. 284, 2021. DOI
CARPIO, R. R.; GIORDANO, R. C.; SECCHI, A. R. Optimization of anintegrated first- and second-generation ethanol production plant withfocus on hydrolysis parameters. Computer Aided ChemicalEngineering, v. 46, p. 241–246, 2019. DOI
HENRIQUE, J. P. et al. Optimization of chemical engineering problemswith EMSO software. Computer Applications in EngineeringEducation, v. 26, n. 1, p. 141–161, 2018. DOI
Outros Trabalhos ver lista
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 9
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Simuladores de Processos
Lista de simuladores de processos:Aspen Plus/Dynamics (AspenTech, Inc.)Aspen HYSYS (AspenTech, Inc.)AVEVA Process Simulation (AVEVA Group plc)CHEMCAD (Chemstations, Inc.)DWSIM (Daniel W. Medeiros) URL
EMSO (Projeto ALSOC) URL
gPROMS (PS Enterprise, Ltd.)iiSE (iiSE LTD) URL
Petro-SIM (KBC - A Yokogawa Company)PETROX (Petrobras SA)UniSim Design (Honeywell, Inc.)
e outros ver lista
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 10
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Simulador EMSO: Apresentação
EMSO é a sigla para Environment for Modeling, Simulationand Optimization;Desenvolvimento iniciado em 2001;Modelos são escritos em uma linguagem de modelagemvolta à objetos;Sistema orientado a equações;Suporte a simulações estacionárias e dinâmicas.Desenvolvimento aprimorado pelo Projeto ALSOC(2004–2009).
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 11
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Simulador EMSO: Principais Recursos
Avaliação da consistência de unidades de medida;Avaliação dos graus de liberdade do sistema deequações;Biblioteca de modelos aberta e personalizável;Modelagem por diagrama de blocos;Pacote termodinâmico e base de propriedades deespécies químicas via VRTherm.
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 12
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Linguagem de Modelagem
Conceitos Básicos
Processo:Arranjo de operação unitárias (equipamentos) integradasentre si;Modelo:Descrição matemática de operação ou processo;Simulação:Resolução do modelo para um determinado conjunto deespecificações;
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 13
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Linguagem de Modelagem
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
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 14
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Linguagem de Modelagem
Conceitos Básicos
Um processo é representado por um FlowSheet econstituído por um conjunto de DEVICES (equipamentos);A descrição matemática de cada DEVICES é representadapor um Model (modelo);Um Model abrange as seções:
PARAMETERS: constantes,VARIABLES: variáveis eEQUATIONS: equações.
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 15
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Linguagem de Modelagem
Conceitos Básicos
Um FlowSheet é a única entidade “simulável” epode conter:
CONNECTIONS: conexões entre equipamentos;SET: valores de constantes;SPECIFY: especificações de variáveis;INITIAL: condições iniciais;OPTIONS: tempo inicial, final e passopara simulação (além de outras opções).
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 16
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Linguagem de Modelagem
Figura 1: Estrutura de um Model na linguagem de modelagem do EMSO.
using "types";
Model nomePARAMETERS# Lista de constantes
VARIABLES# Lista de variáveis
EQUATIONS# Equações do modelo
end
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 17
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Linguagem de Modelagem
Figura 2: Estrutura de um FlowSheet na linguagem de modelagem do EMSO.
FlowSheet nomeDEVICES# Lista de equipamentos
CONNECTIONS# Conexão entre equipamentos
SET# Valores de constantes
SPECIFY# Especificações de variáveis
INITIAL# Condições iniciais
OPTIONS# Tempo de simulação e outras opcões
end
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 18
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Exemplo: Tanques de Nível em Série
Descrição do Problema
Considere um conjunto de 3 tanques de nível conectadosem série:
Uma válvula determina a vazão de saída do líquido emcada tanque;Os tanques possuem área transversal constante e sãoidênticos.
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 19
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Exemplo: Tanques de Nível em Série
Descrição do Problema
Modelagem matemática de um dos tanquesVariáveis: F in, F out, h e V ;Constantes: A e k ;Equações:
Conservação de massa:dVdt
= Fin − Fout (1)
Equação da válvula:Fout = k ·
√h (2)
Volume de líquido:V = A · h (3)
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 20
Aplicações EMSO Linguagem Exemplo
Exemplo: Tanques de Nível em Série
Descrição do Problema
Dados:no 1o tanque: F in = 150 L/min;todos os tanques: A = 3 m2 e k = 0,01 m2,5/s;e ainda: h1, inicial = h3, inicial = 100 cm e h2, inicial = 200 cm.
Determinar:a Os 3 h’s para 15 min (use: ∆t = 30 s).b Os 3 h’s no estado estacionário.
Rodolfo Rodrigues 05/07/2021
Minicurso de EMSO 21