primeiros passos no simulador emso

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


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


Minicurso de EMSO 2

mailto:[email protected]

https://www.linkedin.com/in/rodolfoenq


Conteúdo Programático

1 Aplicações do EMSO

2 Simulador EMSO

3 Linguagem de Modelagem

4 Exemplo: Tanques de Nível em Série


Minicurso de EMSO 3


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


Minicurso de EMSO 4

https://doi.org/10.1016/S1570-7946(03)80239-0

http://hdl.handle.net/10183/5503

https://doi.org/10.1016/j.ece.2016.08.002

https://doi.org/10.1002/cae.20255



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


Minicurso de EMSO 5

https://doi.org/10.1016/j.supflu.2020.105096

https://doi.org/10.15255/CABEQ.2020.1824

https://doi.org/10.1080/10412905.2019.1569564




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


Minicurso de EMSO 6


https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2019.106555


https://doi.org/10.1590/0104-6632.20190361s20180074



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


Minicurso de EMSO 7


https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14385

https://doi.org/10.1016/j.fbp.2020.12.004

https://doi.org/10.1016/j.chroma.2019.460685



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


Minicurso de EMSO 8

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b05699

https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10856


http://www.cobeqic2019.com.br/trabalhosfinais/SOCP9.pdf



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


Minicurso de EMSO 9

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125431

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818634-3.50041-2

https://doi.org/10.1002/cae.21867

https://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/Contribution


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


Minicurso de EMSO 10

http://dwsim.inforside.com.br

http://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/EMSO

http://www.iise.ltd/pt

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_chemical_process_simulators


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).




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.




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;





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





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.





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).





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





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




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.






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)






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.



primeiros passos no simulador emso

Documents