Simulador de Processos EMSO

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1 Simulador de Processos EMSO Modelagem BásicaB Grupo de Integração, Modelagem, Simulação, Controle e Otimização de Processos - (GIMSCOP) Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Gerson B. Bicca bicca@enq.ufrgs.br

2 Contexto Geral Modelagem Básica - 2 Interface Gráfica Apresentação e configuração. Estrutura do EMSO Linguagem de modelagem. Models Exemplos de modelos. FlowSheets Exemplos de simulações. Modelagem Avançada Recursos avançados do EMSO. LINKS ALSOC :

3 Interface Gráfica Editor de Modelos Modelagem Básica - 3 Menus Explorer Problems e Console Results

4 Modelagem Básica - 4 botão direito do mouse Retorna ao estado original

5 Interface Gráfica Modelagem Básica - 5 Adicionar Adicionar na na Biblioteca Biblioteca >> >> Modelos Modelos >> >> FlowSheets FlowSheets Diretórios rios de modelos e flowsheets Diretórios rios de plug-in

6 Interface Gráfica Modelagem Básica - 6 Configuração do editor Configuração Configuração de de Plug-in Plug-in s >> >> Será Serávisto vistoposteriormente Opções de Configuração

7 Estrutura do EMSO : Entidades Modelagem Básica - 7 O simulador EMSO possui na sua estrutura de modelagem 3 entidades principais: FlowSheet Devices >> >> FlowSheet FlowSheet : : problema problema em em estudo, estudo, éécomposto composto por por um um conjunto conjunto de de DEVICES. DEVICES. >> >> Device Device : : um um componente componentedo do FlowSheet, FlowSheet, ééuma umaoperação operaçãounitária unitáriaou ouum um equipamento equipamentoreal. real. >> >> Model Model : : ééa a descrição descriçãomatemática matemáticade de um um DEVICE. DEVICE.

8 Modelagem Básica - 8 Modelos FlowSheet Model : baseado em equações FlowSheet: baseado em componentes

9 Estrutura do EMSO : Linguagem Modelagem Básica - 9 Sistema baseado em equações O simulador agrupa as equações de todas as unidades do processo em um único sistema de equações para então obter a solução de forma direta. Cada modelo ou subsistema compartilha apenas as suas equações e não mais a sua solução.

10 Modelagem Básica - 10 Linguagem - sistema baseado em equações Model Model tank tank PARAMETERS PARAMETERS k as as Real; Real; A as as area; area; VARIABLES VARIABLES h as as length; length; in in Fin Fin as as flow_vol; flow_vol; Out OutFout as as flow_vol; flow_vol; EQUATIONS EQUATIONS balanço balanço de de massa massa diff(a*h) diff(a*h) = Fin Fin - Fout; Fout; diff(a*h) diff(a*h) - Fin Fin + Fout Fout = 0; 0; equação equação da da válvula válvula Fout Fout = k*sqrt(h); k*sqrt(h); k = Fout/sqrt(h); Fout/sqrt(h); end end Equações ões: Não importa a ordem em que aparecem no modelo. Equações equivalentes: Podem ser escritas na forma desejada pelo usuário.

11 Modelagem Básica - 11 Linguagem - sistema baseado em componentes FlowSheet: A modelagem do sistema é feita pela utilização, configuração e conexão de componentes pré existentes.

12 Modelagem Básica - 12 Linguagem orientada a objetos A linguagem de modelagem do EMSO contempla alguns conceitos da programação orientada a objetos (POO), tais como: Composição : criação de modelos a partir de sub-modelos; Herança a : reutilização do código;

13 Modelagem Básica - 13 Modelagem Hierárquica rquica de Sistemas Inlet Stream A modelagem e a simulação de sistemas complexos é facilitada através do uso dos conceitos da programação orientada a objetos. Tank Outlet Stream O sistema pode ser decomposto em seus diversos componentes e cada um deles descrito separadamente através de modelos matemáticos. Os componentes do sistema trocam informações entre si através de suas portas de conexões.

14 Tipos definidos no EMSO Tipos Base Modelagem Básica - 14 Os parâmetros e as variáveis são declarados com base em um tipo preexistente ou do tipo embutido Real.

15 Atributos Sintaxe Modelagem Básica - 15 TypeName TypeNameas astypebase (Brief (Brief = = brief", brief", Default=value Default=value,, Lower=value Lower=value,, Upper=value Upper=value,, Unit Unit = unit ); unit ); A palavra reservada final indica que o valor daquele atributo não deve ser alterado pelo usuário. temperature temperature as asreal (Brief (Brief = Temperature", Temperature", Lower=27 Lower=27,, Upper=5273 Upper=5273,, final finalunit Unit = = K ); K ); Um tipo definido temperature possui uma unidade de medida final relacionada com as unidades de temperatura reconhecidas pelo EMSO.

16 Atributos Modelagem Básica - 16 Definindo intervalos de validade para os tipos. efficiency efficiency as asreal (Brief (Brief = = efficiency", efficiency", Default=0.5 Default=0.5,, final finallower=0,, final finalupper=1 ); ); Unidades de Medidas reconhecidas pelo EMSO:

17 Modelagem Básica - 17 Descrevendo Modelos Matemáticos ticos - Models Basicamente um Model é composto de: Variáveis: Determinam o comportamento do sistema. Parâmetros: Propriedades do processo, geralmente conhecidos. Equações: Expressão matemática do modelo.

18 Modelagem Básica - 18 Tanque de Nível N - Exemplo Inlet = corrente material de alimentação no tanque Inlet Outlet = corrente material de saída do tanque h A k Outlet h = altura do nível do tanque Dh k = constante da válvula A = área da seção do tanque Dh = diâmetro hidráulico do tanque Modelos Modelos para para o Tanque Tanque >> >> Tanque Tanque de de Seção Seção Circular Circular >> >> Tanque Tanque de de Seção Seção Quadrada Quadrada

19 Modelagem Básica - 19 Corrente Material - Modelagem A corrente material carrega as informações que entram e que saem dos equipamentos. Source componente que possui uma corrente material de alimentação. Possui uma conexão de saída. F vazão volumétrica T temperatura P pressão Stream Sink Sink componente que recebe uma corrente material de saída. Possui uma conexão de entrada.

20 Modelagem Básica - 20 Tanque de Nível N - Modelagem Inlet Stream Fin vazão de entrada Tin temperatura de entrada Pin pressão de entrada Inlet A k Outlet Balanço o de massa d Outlet Stream Fout vazão de saída Tout temperatura de saída Pout pressão de saída ( h A) dt = Fin Fout A = Válvula Fout = k Área h 2 π Dh se Circular 4 2 D h se Quadrado Dh Equilíbrio Mecânico Pout = Pin Equilíbrio TérmicoT Tout =Tin

21 Modelagem Básica - 21 Tanque de Nível N - Herança Características comuns entre os modelos Características particulares do modelo Características particulares do modelo 2 D A = π 2 h A = D h 4

22 Criando um Model Modelagem Básica - 22 EMSO templates Menu Novo Arquivo Name Location

23 Modelagem Básica - 23 Criando um Model o Using o Parameters o Variables o Equations o Comentários

24 Modelagem Básica - 24 Incluindo arquivos Criando um Model Correntes Conexão de saída Seleção da Unidade de Medida desejada pelo usuário Conexão de entrada

25 Modelagem Básica - 25 Criando um Model Tanque BásicoB Criando Unidades Funções Embutidas do EMSO

26 Modelagem Básica - 26 Criando um Model Tanque Circular Herança O modelo herda todos os atributos da classe da qual ele deriva. SET Definindo o valor dos parâmetros. EQUATION Escrevendo a equação particular do modelo.

27 Modelagem Básica - 27 Criando um Model Tanque Quadrado Modelos de Tanques Os modelos podem ser agrupados em um mesmo arquivo mso. Tanks.mso Model Model tank_basic tank_basic #modelo #modelo abstrato abstrato Model Model tank_circular tank_circular Model Model tank_square tank_square #DEVICE #DEVICE #DEVICE #DEVICE Somente são considerados DEVICES aqueles modelos que representam um equipamento completo.

28 Modelagem Básica - 28 Diagramas de Processo FlowSheet FlowSheet éa representação de um diagrama de processos no EMSO. No EMSO o usuário pode manipular vários FlowSheets ao mesmo tempo. Os equipamentos são denominados DEVICES. Um FlowSheet é composto por um conjunto de operações unitárias ou equipamentos conectados entre si.

29 Modelagem Básica - 29 Tanque de Nível N - Criando um FlowSheet Ícone Inicia um novo Template Name Location

30 Modelagem Básica - 30 Tanque de Nível N - FlowSheet Consulte a referência rápida do EMSO para conhecer mais sobre FlowSheets

31 Modelagem Básica - 31 Tanque de Nível N - simulação O simulador analisa a consistência do sistema criado no FlowSheet.

32 Modelagem Básica - 32 Tanque de Nível N - simulação O simulador indica a existência de erros e alertas para o usuário. Check na consistência de unidades de medidas. Check nos graus de liberdade do sistema.

33 Modelagem Básica - 33 Tanque de Nível N - simulação Inicia a simulação Seleção do FlowSheet desejado. Detalhes da simulação

34 Modelagem Básica - 34 Tanque de Nível N - Resultados New Plot

35 Modelagem Básica - 35 Selecionando uma Região do Gráfico Selecione a região do gráfico Usando o mouse Para reverter o Zoom Clicar com o botão direito do mouse e selecionar a opção Zoom Out

36 Editando Gráficos Modelagem Básica - 36 Clicar com o botão direito do mouse sobre o gráfico Opção: Properties Caixa de diálogo

37 Salvando Gráficos Modelagem Básica - 37 Clicar com o botão direito do mouse sobre o gráfico Opção: Export Image Caixa de diálogo

38 Modelagem Básica - 38 Salvando os Resultados Caixa de diálogo Save Result

39 Modelagem Básica - 39 Salvando os Resultados Usando o Excel para analisar os resultados Resultados separados por blocos de equipamentos

40 Modelagem Básica - 40 Salvando os Resultados Usando o Matlab para analisar os resultados

41 Tanques em SériesS Modelagem Básica - 41 Inlet h A k h A k h A k Dh Dh Dh Construir um FlowSheet com 3 tanques conectados em séries.

42 FlowSheet - Tanques em SériesS Modelagem Básica - 42 Graus de liberdade Dinâmico aumenta

43 Modelagem Básica - 43 Tanques em Séries S - Resultados

44 Modelagem Básica - 44 Tanques em Séries S - Resultados Resultados separados por blocos de equipamentos

45 Modelagem Básica - 45 N Tanques em Séries S - Composição Como proceder? é possível construir um modelo genérico através da composição!

46 Modelagem Básica - 46 Model - N Tanques em SériesS Inlet Usando a composição na forma vetorial Fazendo as conexões intermediárias dentro do modelo

47 Modelagem Básica - 47 Model - N Tanques em SériesS CONNECTIONS Tank([1:N-1]).Outlet to to Tank([2:N]).Inlet; CONNECTIONS Tank(1).Outlet to to Tank(2).Inlet; Tank(2).Outlet to to Tank(3).Inlet; Tank(3).Outlet to to Tank(4).Inlet; Tank(N-1).Outlet to to Tank(N).Inlet;

48 FlowSheet N Tanques em SériesS Modelagem Básica - 48

49 Modelagem Básica - 49 Modelagem Avançada ada 49

50 Modelagem Básica - 50 Usando Rotinas Externas Plugin s

51 Modelagem Básica - 51 Exemplo de Plug-in - VRTherm Cálculos de Propriedades Banco de dados com cerca de 2000 componentes puros Predição de propriedades de misturas

52 Plug-in's - VRTherm funções Modelagem Básica - 52 Modelos para a predição de propriedades puras e de misturas Funções que podem ser chamadas no EMSO

53 Modelagem Básica - 53

54 Modelagem Básica - 54 Correntes Materiais Modelos de correntes disponíveis na EML:

55 Modelagem Básica - 55 Switcher Parâmetros Textuais Usando parâmetros Textuais em modelos O uso do comando switch dentro do modelo

56 Modelagem Básica - 56 Switcher Parâmetros Textuais Escolha do usuário

57 Modelagem Básica - 57 Switcher Parâmetros Textuais Tomada de decisões independente da escolha do usuário

58 Modelagem Básica - 58 Switcher Parâmetros Textuais Tomada de decisões independente da escolha do usuário

59 Modelagem Básica