• Author / Uploaded
• Fernanda Reyes

• Categories
• Simulación
• Software
• Diseño
• Tecnología
• Fabricación e ingeniería

Citation preview

ÍNDICE INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 1 MARCO TEORICO .............................................................................................................................. 3 SIMULADOR DWSIM .......................................................................................................................... 7 CONCLUSIÓN......................................................................................................................................... 11

INTRODUCCIÓN La simulación de procesos es una de las más grandes herramientas de la ingeniería, la cual se utiliza para representar un proceso mediante otro que lo hace mucho más simple y entendible. Esta simulación es en algunos casos casi indispensable, como nos daremos cuenta a continuación. En otros casos no lo es tanto, pero sin este procedimiento se hace más complicado. La simulación consiste en el diseño de un modelo matemático de un sistema, y la posterior ejecución de una serie de experimentos con la intención de entender su comportamiento bajo ciertas condiciones. El modelo debe ser capaz de reproducir el comportamiento del proceso real con la mayor exactitud posible El uso de simuladores facilita en gran medida el trabajo de los especialistas. Su uso produce resultados que permiten prevenir errores en los sistemas reales. Mediante el uso de un simulador para entornos industriales se reduciría el tiempo de programación y depuración de las mismas. Pero se puede ir más allá de estos conceptos si se habla en materias de educación y prácticas mediante el desarrollo de una plataforma de simulación de maquinaria industrial, mediante realidad virtual en 3D. En el siguiente documento se hablara específicamente del simulador DWSIM, el cual es un simulador químico que dispone de opciones avanzadas que solo se encuentran en plataformas comerciales. Con el entorno crearás modelos termodinámicos, unidades de operaciones y herramientas, entre otras tantas funciones.

MARCO TEORICO Simulación La simulación es la representación de un proceso o fenómeno mediante otro más simple, que permite analizar sus características; Pero la simulación no es solo eso también es algo muy cotidiano, hoy en día, puede ser desde la simulación de un examen, que le hace la maestra a su alumno para un examen del ministerio, la producción de textiles, alimentos, juguetes, construcción de infraestructuras por medio de maquetas, hasta el entrenamiento virtual de los pilotos de combate. ¿Cuáles son los objetivos fundamentales de la simulación de procesos? Los podemos sintetizar en 3: 1. En primer lugar, la Simulación permite predecir el comportamiento de los sistemas logístico/productivos bajo diversas situaciones reales o previsibles (o lo que es lo mismo, situaciones simuladas). Imagínese diversos escenarios como roturas de stock, huelgas de transporte que nos impiden el abastecimiento de materias primas por unos días, etc. Desde la Simulación, podemos contemplar toda esta casuística o escenarios, proyectando como va a reaccionar nuestra capacidad productiva frente a estas situaciones anómalas (elaboración de Planes de Contingencia) 2. En segundo lugar, la Simulación nos proporciona la capacidad de poder analizar las posibles alternativas a la optimización de nuestro sistema logístico, sin tener que alterar físicamente el mismo (por ejemplo, una mejor distribución de

planta,

evaluación

de

diferentes

estrategias

productivas,

etc.).

Conoceremos de antemano el impacto de dichas modificaciones o, en su caso, la irrelevancia de estas actuaciones. 3. Por último, y no por ello menos importante, la Simulación dota a la organización de una formación y una educación acerca de cómo están operando los sistemas, permitiendo la detección de problemas logísticos característicos (cuellos de botella, excesivos tiempos de respuesta al cliente, etc.) y habilitando análisis profundos sobre la situación productiva y evaluando dichas alternativas. La aplicación de las técnicas de simulación a los procesos de fabricación está irrumpiendo con fuerza permitiendo a las empresas disfrutar de los beneficios de la "Fabricación Virtual". Con estas aplicaciones se pueden conseguir:



Reducción de los plazos de entrega al poder solapar actividades.



Disminución de los costes de desarrollo. Las correcciones del producto y los cambios de ingeniería cuestan diez veces menos si se ejecutan durante la fase de diseño. Por esto, simular permite actuar en la etapa de menores costes incurridos, disminuyendo el coste de desarrollo.



Aumento de la calidad y fiabilidad del diseño. La simulación permite, a bajo costo, ensayar un sinfín de posibles escenarios y escoger las mejores soluciones en cada momento.

Dentro del área productiva de la empresa la combinación de la simulación con la captura de datos en planta permite la creación de distribuciones en planta “virtuales” a partir de las cuales se puede: 

Seleccionar la maquinaria más adecuada a cada proceso. ƒ Optimizar el diseño de todos los componentes.



Definir distancias de seguridad.



Calcular los tiempos de ciclo total de las operaciones.



Evaluar las mejores alternativas de montaje y mantenimiento.



Evaluar el flujo de materiales para optimizar los recursos productivos.



Identificar los correspondientes cuellos de botella.

Todo ello, además, y gracias a la captura de datos en planta, sin necesidad de interrumpir el flujo normal de trabajo y por tanto, sin incurrir en los costes que la parada del proceso conlleva. Cualquier proyecto se evalúa comparando los costes que conlleva con los beneficios que ofrece su realización. Para un proyecto de simulación genérico podemos establecer la siguiente comparativa: Por una parte, los beneficios que se obtienen al hacer el estudio de simulación incluyen: 

Obtención de ahorros significativos debidos a :

 Evitar inversiones innecesarias. Por ejemplo: Aumentar la utilización de una instalación existente de forma que evitemos la necesidad de nuevas inversiones; seleccionar la mejor alternativa que minimice el coste.  Evitar retrabajos innecesarios en las plantas y oficinas. Por ejemplo: Encontrar el mejor diseño a la primera evitando esfuerzos duplicados; hacer un mayor uso de las instalaciones. 

Mejora de Gestión de procesos:  Incremento en la productividad. Por ejemplo: Menores tiempos de recorrido del operario debido al reajuste físico de las instalaciones o a la reasignación de las tareas.  Mejor y más información para la adecuada toma de decisiones.



Mayor agilidad a la hora de realizar análisis de procesos, comparado contra el tiempo de hacer el análisis en forma manual o utilizando técnicas que consumen mucho más tiempo.



Además, como beneficios Intangibles encontramos que la simulación posibilita que el personal técnico junto a la gerencia entienda y comprenda los procesos de una forma completa. Además, permite definir la problemática de una forma clara y concisa. Por otra parte, debido al entorno gráfico de las herramientas de simulación, permite exponer y entender más fácilmente las derivaciones de los cambios propuestos.

Por otra parte, los costes en los proyectos de simulación incluyen lo siguiente: 

Realización de la simulación por parte de la empresa especializada o por parte del equipo técnico de la empresa.



Tiempo necesario para la dedicación a la realización del proyecto incluyendo no solo al equipo técnico sino también a la gerencia, que siempre debe estar implicada en este tipo de proyectos.

Como ventajas que aporta la simulación de procesos industriales a los trabajos de ingeniería podemos encontrar: 

Es un sistema cómodo y sencillo para estudiar sistemas complejos.



Se pueden controlar mejor las diferentes acciones a tomar que en la realidad.



Representa la incertidumbre dentro del sistema.



Los tiempos de análisis son reducidos.



El sistema real no es interrumpido para el análisis de los cambios propuestos.



Es un estudio rápido de muchos "¿qué pasaría si…?”.

SIMULADOR DWSIM DWSIM fue desarrollado originalmente por Daniel Medeiros, un ingeniero de procesos brasileño, en 2006, al que luego se le sumó Gregor Reichert.

DWSIM es un simulador químico que dispone de opciones avanzadas que solo se encuentran en plataformas comerciales. Con el entorno crearás modelos termodinámicos, unidades de operaciones y herramientas, entre otras tantas funciones.

DW-SIM tiene una interfaz gráfica intuitiva y fácil de usar, con muchas de las funciones que encuentras en simuladores comerciales. Permite usar una lista completa

de operaciones

unitarias,

modelos

termodinámicos avanzados, soporte para sistemas reactivos, y herramientas de caracterización de crudos. Entre las operaciones unitarias incluidas en DW-SIM están: 

Mezclador



Splitter



Separador



Bomba



Compresor



Expansor



Calentador-enfriador



Válvulas



Segmentos de cañería



Columna de destilación (método shortcut)



Intercambiador de calor



Reactores



Placa orificio



Columnas de destilación/absorción



Separador de sólidos



Filtros

Los modelos termodinámicos incluidos son: 

Peng-Robinson



Soave-Redlich-Kwong



Lee-Kesler



Lee-Kesler-Plöcker



UNIFAC, UNIFAC modificado (Dortmund), UNIQUAC y UNIQUAC extendido



NRTL



COSMO-SAC



LIQUAC



PC-SAFT



FPROPS



CoolProp



Chao-Seader



Grayson-Streed



Ley de Raoult



Tablas de vapor IAPWS-IF97



Agua marina IAPWS-08

DW-SIM está programado en conformidad con el estándar CAPE-OPEN. CAPE-OPEN es un estándar de ingeniería de procesos que promueve la interoperabilidad de las soluciones de simulación - permitiendo combinar interfaces de componentes de modelamiento de diferentes softwares entre sí. Este estándar fue desarrollado por compañías operadoras, firmas de tecnología, grupos académicos, y grandes simuladores comerciales (como Aspen Plus o Aspen Hysys) también adhieren a este estándar. DWSIM ha recibido reconocimientos por ser la primera implementación de código abierto del estándar CAPE-OPEN.

Muchos sistemas de energía complejos utilizan simuladores de procesos termodinámicos para el diseño de sistemas, especialmente si son alimentados por petróleo, gas natural, metanol, hidrógeno o gas de vertedero. Los simuladores líderes de la industria son Aspen Hysys, ProSim y VMGSim.

Estos simuladores son muy potentes, ya que pueden modelar reacciones químicas y biológicas muy complejas, redes de operaciones unitarias con muchas interacciones que requieren convergencia multivariable, y sistemas de control tanto estacionario como dinámico. Como proporcionan un valor significativo, especialmente para el petróleo y el gas, las tarifas de licencia por asiento son del orden de $ 10,000 / año. El software de código abierto continúa ganando tracción con los consumidores; por ejemplo, OpenOffice tiene aproximadamente entre el 10% y el 20% del mercado, siendo Microsoft Office la mayor parte del resto. ¿Podría existir una alternativa viable de código abierto para los simuladores de procesos termodinámicos, dado el mercado más pequeño y la complejidad de software similar? DWSIM es el único simulador termodinámico real de código abierto con una capacidad muy similar a las versiones en estado estable de Hysys, ProSim o VMGSim, que incluye un diagrama de flujo gráfico y una hoja de cálculo integrada. Recientemente utilicé las últimas versiones de un simulador de proceso termodinámico líder de la industria y DWSIM. Tiene la funcionalidad central para balances de masa y energía de estado estacionario, y es lo suficientemente potente como para examinar la potencia parcial y los estados de arranque. Es fácil de usar, fácil de informar y los tiempos de convergencia son buenos. Si bien no tiene capacidad dinámica, ni es esa capacidad en la hoja de ruta del autor, la gran mayoría de los estudios para la mayoría de los usuarios se realizan en modo de estado estacionario. Los materiales de soporte generales son buenos. Una ventaja de ser de código abierto es que el motor subyacente y los cálculos pueden ser más transparentes para el usuario, por lo que para algunos puede ser útil para aprender y verificar. Cada simulador de proceso tiene su propia curva de aprendizaje, ya que todos tienen rutinas de convergencia y arquitectura algo diferente y, especialmente, para redes convergentes muy complejas, por lo que para ser realmente productivo se requerirá una inversión de tiempo. Hasta el momento, he simulado sistemas de alta complejidad en DWSIM y, en general, funciona bien. El autor, Daniel Medeiros, actualmente está activo y planea nuevas versiones, lo que significa que el producto continuará mejorando.

Para muchos usuarios, como estudiantes o algunas pequeñas empresas, profesionales a tiempo parcial o aquellos que solo necesitan principalmente la funcionalidad principal, DWSIM es una excelente opción. Hasta ahora, los grandes actores de la industria con software patentado no ofrecen versiones livianas de su software por menores costos, por lo que existe una demanda de paquetes como DWSIM para este extremo del mercado. DWSIM tiene la ventaja de Open Source de "primer motor" y puede establecer el estándar en este segmento del mercado, y tomará algo de este mercado de los grandes jugadores. Para la mayoría de las compañías grandes, los simuladores líderes de la industria son una mejor propuesta de valor general, debido a la mayor potencia y características. Para el otro extremo del mercado, vale la pena probar DWSIM, o puede ser la única opción económica.

CONCLUSIÓN La simulación es una herramienta de suma importancia en los procesos ya que a través de un estudio de simulación, se puede estudiar el efecto de cambios internos y externos del sistema, al hacer alteraciones en el modelo del sistema y observando los efectos de esas alteraciones en el comportamiento del sistema. Las áreas de aplicación de la simulación son muy amplias, numerosas y diversas, basta mencionar sólo algunas de ellas: Análisis del impacto ambiental causado por diversas fuentes Análisis y diseño de sistemas de manufactura. Análisis y diseño de sistemas de comunicaciones. Análisis de grandes equipos de cómputo. Análisis de un departamento dentro de una fábrica. Adiestramiento de operadores. Análisis financiero de sistemas económicos. Evaluación de sistemas tácticos o de defensa militar. La simulación se utiliza en la etapa de diseño para auxiliar en el logro o mejoramiento de un proceso o diseño o bien a un sistema ya existente para explorar algunas modificaciones.