Uso de un simulador De procesos en la

Resolución de problemas

3.1 Procedimiento de resolución de problemas

El procedimiento que se propone para resolver un problema usando un simulador comercial esta basado en la estrategia “Aprendizaje basado en problemas” y en la estrategia de resolución de problemas “Método heurístico de 6 pasos de McMaster”; es un procedimiento básico, general, que se recomienda tomar como referencia.

El procedimiento esta constituido por siete pasos y se ilustrara con base en un ejemplo.

1) Comprometerse: quiero y puedo2) Definir claramente la naturaleza del problema3) Explorar, investigar, aplicar el conocimiento4) Planear una solución (generar varias posibles

formas de resolver el problema y efectuar una selección entre ellas)

5) Introducir al simulador la información del problema y proceder a su ejecución

6) Analizar el reporte de resultados y efectuar los cambios que deben hacerse de acuerdo a las características del problema

7) Verificar y mirar hacia atrás el procedimiento

3.2 Problema del ejemploEl sistema que se muestra se utiliza para enfriar el efluente de un reactor y separar los gases ligeros de los hidrocarburos mas pesados.

Incógnitas del problema:

a) Mediante el uso de un simulador de procesos, calcule la composición y el flujo de vapor que sale de la cámara del evaporador instantáneo (flash)

b) Use el simulador de procesos para determinar que tanto influye en el resultado, la fracción del liquido agotado que se recircula

Suponga despreciables las caídas de presión a través de los equipos.

Solución del problema:

1) Comprometerse: quiero y puedoEl reto de determinar la influencia que tiene en el

proceso la fracción del liquido agotado que se recircula y el interés de usar el simulador, me motivan a involucrarme en la resolución del problema. La confianza que tengo en mis conocimientos y habilidades previos, me ayudan a enfrentar el reto sin ansiedad, estrés o temor de cometer errores.

2) Definir claramente la naturaleza del problemaDe acuerdo a este paso, los estudiantes deberán tener una plena comprensión del problema, identificando el o los objetivos: entradas, salidas, datos, restricciones, criterios, etc. En el problema del ejemplo se trata de contestar los dos incisos utilizando un simulador de procesos. En el primer inciso se necesita resolver un evaporador instantáneo que opere a la presión y temperatura especificadas. Es necesario conocer las condiciones de entrada.

Se conoce la presión y la temperatura pero no los flujos ni la composición, los cuales dependen de la alimentación original, aunque también de la fracción de recirculación que está definida como:

Fracción de recirculación= liquido recirculado/liquido a la salida del evaporador

Una vez que se especifique el valor de la fracción de recirculación (entre 0 y 1) se podría encontrar la respuesta del inciso b.

3) Explorar, investigar, aplicar el conocimientoDeberán jerarquizarse las cuestiones a investigar, y si el problema va a ser resuelto en equipo, se deberán generar discusiones y organizarse para llevar a cabo el trabajo de investigación acerca de lo que se desconoce y que es necesario para la solución del problema.Se integra el nuevo conocimiento y se definen nuevos aspectos a investigar, así hasta lograr el progreso en la acumulación e integración del conocimiento, que pueda generar un procedimiento de resolución.

En el problema del ejemplo, probablemente se investigaría sobre una manera adecuada de representar el equilibrio liquido-vapor para la mezcla que se tiene, o tal vez, se revisarían los conocimientos sobre evaporación instantánea (flash), etc.

4) Planear una solución (generar varias formas posibles de resolver el problema y efectuar una selección entre ellas)

En la resolución de un problema pueden surgir diversas rutas para conducirnos a la meta que pretendemos alcanzar. El criterio analítico, la creatividad y la toma de decisiones son factores de indiscutible influencia en el éxito de este paso.

Para responder con precisión al inciso b en el problema del ejemplo, una ruta de solución podría ser la siguiente:

Se darían varios valores a la fracción de recirculación (entre 0 y 1). Analizar como cambian los valores de las composiciones y el flujo de vapor a la salida del flash, decidir la influencia, y reportarla. Lo anterior se haría una vez instalado el caso base en el simulador.

5) Introducir al simulador la información del problema y proceder a su ejecución

Para introducir la información del diagrama de flujo del proceso a un simulador, usualmente se siguen los pasos básicos que a continuación se enlistan:

a) Aclarar el sistema de unidades en que se desea trabajar.

b) Definir los equipos y las corrientes del proceso. Esto puede hacerse de diversas formas de acuerdo al simulador, pero en cualquier caso se puede esperar un procedimiento sencillo.

c) Especificar la totalidad de los compuestos que van a intervenir en el proceso. Lo normal será que el usuario simplemente especifique el compuesto con su nombre o su formula o lo seleccione del menú; en ocasiones el usuario tendrá que definirlo, cuando el compuesto no forma parte del banco de datos del simulador.

d) Seleccionar modelos termodinámicos apropiados al problema a resolver para el calculo de las propiedades. La selección se hará de un menú de opciones.

e) Especificar régimen de flujo y condiciones termodinámicas de las corrientes de entrada al proceso. Es necesario aclarar en cada corriente los flujos y dos propiedades de la corriente que frecuentemente son presión y temperatura.

f) Especificar las condiciones de operación de los equipos en el diagrama de flujo. Con relación al problema del ejemplo, se introduciría en este paso toda la información del problema de acuerdo a los pasos básicos de la secuencia anterior.

Una vez que toda la información necesaria ha sido introducida, se procede a la ejecución del problema, lo cual es determinado por el usuario por medio del comando correspondiente, aunque hay excepciones como el simulador Hysys el cual procede a la ejecución del problema automáticamente una vez que los grados de libertad del sistema han sido cubiertos.

6) Analizar el reporte de resultados y efectuar los cambios que deban hacerse de acuerdo a las características del problemaLa forma del reporte de resultados dependerá del tipo de simulador que se este utilizando. De la información acerca del comportamiento del proceso que se acaba de obtener, el usuario puede seleccionar lo que particularmente le interese analizar y observar esa información en la pantalla, ya sea en forma de tabla de resultados o de grafica.

En el problema del ejemplo, lo que al usuario seguramente le interesará analizar es la corriente de vapor de salida y la corriente de liquido recirculado. La corriente de vapor deberá contener la mayor parte de los componentes ligeros que entraron al proceso (hidrógeno y metano) y sólo una pequeña parte de los componentes pesados que entraron (benceno y tolueno).

Hasta aquí se abrá ejecutado el caso base. Sin embargo hay que proceder a efectuar los cambios a las características del problema procediendo en forma interactiva. Se efectúan los cambios, se ejecuta el problema, se interpretan los resultados, y se repite este procedimiento hasta resolver el problema.Una vez que funcionó el caso base del problema del ejemplo, se ejecuta el problema para los otros valores de fracción de recirculación y se interpretan los resultados.

7) Verificar y mirar hacia atrásUna vez que se ha logrado una solución satisfactoria del problema o se ha tenido un gran avance en su solución en el tiempo destinado al mismo, se procedería a las etapas de verificar y reflexionar entre todo el grupo de trabajo.

Debemos verificar que nuestra respuesta es razonable y libre de errores, y que esta satisface las expectativas.

En el problema del ejemplo se podría verificar mediante una revisión paso a paso que todo el procedimiento este libre de errores, y también si resulto correcto lo que se pensaba originalmente acerca de la influencia que la fracción de liquido agotado que se recircula tiene sobre la composición y el flujo de vapor de salida.