DWSIM: Simulador de Procesos Gratuito

Descarga DWSIM, un simulador de procesos altamente funcional y totalmente gratuito

¿Necesitas un simulador de procesos para aprender, experimentar, o para simular un problema real de tu trabajo?

Los grandes simuladores de procesos comerciales, como Aspen Hysys®, si bien muy potentes, suelen tener un precio que queda fuera del presupuesto de pequeñas empresas, universidades, y estudiantes.

DWSIM es un simulador de procesos, de código abierto y descarga libre. ¿Qué significa “código abierto”? Significa que cualquier persona interesada puede acceder al código fuente de la aplicación, adaptarlo a sus necesidades, o corregir errores. Y, como tantas otras aplicaciones de código abierto, es de descarga totalmente gratuita.

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

Algunas características de DWSIM

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. DW-SIM ha recibido reconocimientos por ser la primera implementación de código abierto del estándar CAPE-OPEN.

Cómo descargar el DWSIM

Encuentra la última versión en el sitio de SourceForge.

El sitio oficial de DWSIM se encuentra en dwsim.inforside.com.br. En ese sitio puedes descargar en el sitio un addin de Excel para cálculos termodinámicos . Este addin te permite hacer cálculos de propiedades termodinámicas de compuestos puros y de mezclas de una sola fase directamente en Excel, para integrar dentro de otras planillas de cálculo o modelos que tengas ya implementados.

Si bien el software es totalmente gratuito, el sitio oficial incluye un enlace que puedes usar para hacer una donación al autor.

Proyectos de CAD para Ingeniería Química de Descarga Gratuita

En GrabCAD es posible descargar en forma gratuita diseños terminados de utilidad para ingeniería química

El sitio especializado GrabCAD es una comunidad abierta de usuarios que aportan sus propios proyectos de diseño asistido por computadora (CAD) para que otros usuarios puedan descargar y usar en forma gratuita.

Existen dentro del sitio muchos proyectos referidos a equipos y unidades para procesos químicos, como:

1. Unidad de Ósmosis Inversa

2. Reactor

3. Intercambiador de Calor de Casco y Tubo

4. Almacén de Residuos Industriales

Todos estos proyectos están disponibles para descargar en formato editable y modificar para tus propios diseños.

Puedes ver más proyectos relacionados con la industria química aquí, o ingresar al sitio y hacer una búsqueda específica de lo que necesitas.

Si necesitas un software de CAD gratuito, puedes descargar FreeCAD.

FreeCAD - Aplicación Libre de Diseño Asistido por Computadora

Aplicación de Diseño Asistido por Computadora (CAD) de descarga gratuita, con versiones para Windows, Linux y Mac

FreeCAD es una aplicación de diseño asistido por computadora en tres dimensiones, de descarga libre, que puedes utilizar para proyectos de Ingeniería Química.

Utiliza técnicas de modelado paramétrico y está diseñado como un software modular, donde se pueden agregar en forma sencilla más funcionalidades (módulos) al programa base. Entre los módulos que se pueden agregar, se cuenta una librería que permite abrir archivos .DWG (generados con AutoCAD).

Puedes descargar versiones para Windows, Linux y Mac en forma gratuita en www.freecadweb.org/

FreeCAD

Si quieres aprender a usar FreeCAD, puedes comenzar por el completo tutorial

(en 40 partes) creado por Juan González Gómez, disponible en Youtube.

Debajo, el video introductorio:

¿Usas FreeCAD en tu trabajo? ¿Lo encuentras útil? Comparte comentando debajo.

[Imágenes cortesía de Flaviano Crespi]

Tutorial de Matlab de Descarga Libre

Descarga este tutorial de Matlab en PDF [55 páginas]

El sitio Modelado en Ingeniería, también conocido por el libro de modelado y simulación de procesos, ofrece otros recursos, como un completo tutorial de Matlab de descarga gratuita.

Tutorial de Matlab

Este completo tutorial de 55 páginas, elaborado por las Ingenieras Patricia Mores y Evangelina Delfratte, cubre entre otros temas:

  • Comandos y operadores de uso frecuente
  • Manejo de vectores y matrices
  • Resolución de sistemas de ecuaciones
  • Ajuste de datos experimentales a polinomios

El tutorial se puede descargar en

formato pdf en el siguiente enlace:

Tutorial de Matlab

Si buscas una alternativa a Matlab, puedes explorar Scilab, un software abierto de libre descarga con funcionalidades similares. Más información aquí

Símbolos para Diagramas de Plantas Químicas en Excel

Descarga esta planilla de cálculo con símbolos de diagramas de plantas químicas listos para usar en tus presentaciones.

Al momento de construir diagramas de procesos o balances de materia y energía usando Microsoft Excel, es bueno contar con una librería de diagramas de equipos de procesos e instrumentación ya diseñados, para usar rápidamente.

Simbolos para Diagramas de Procesos

Con esta librería de símbolos de diagramas de descarga libre, podrás rápidamente dibujar diagramas que incluyan:

  • Equipos y Recipientes
  • Equipos Rotativos
  • Intercambiadores de Calor
  • Válvulas
  • Cañerías y Accesorios
  • Instrumentación

Descarga la librería de símbolos aquí

Para usarla, simplemente copia y pega las unidades que necesites en tu propia planilla de cálculo.

Si te interesa usar gráficos vectoriales para tus diagramas de procesos,

puedes descargar una librería específica para plantas químicas aquí.

Por último, el software gratuito DIA también tiene una librería específica para equipos de procesos. Puedes ver más detalles y descargarlo aquí.

Esta planilla fue originalmente descargada del sitio de CheResources, y traducida al español. Todos los créditos son del autor original.

Si quieres compartir tus propios diseños de diagramas de equipos e instrumentación, envíalos a [email protected], y los agregaremos a la planilla.

AdjuntoTamaño
Icono de la hoja de cálculo de Office DiagramasEquiposProceso.xls247 KB

ControlP: Aplicación Gratuita de Simulación y Análisis de Procesos - Parte 2

Este artículo es la continuación de la parte 1 sobre el software ControlP, donde desarrollaremos un ejemplo práctico de aplicación del programa.

Efecto de un tiempo muerto en un sistema

Recordemos que los tiempos muertos se producen en los procesos reales debido, principalmente, a un fenómeno de transporte de materia.

En muchos casos es una propiedad o cualidad de esta materia la que se desea controlar (temperatura, densidad, pH, concentración, etc.), y que, por tanto, se precisa medir.

Un caso muy típico es el de la medida de la temperatura basada en un bulbo o sensor, situado en una conducción a cierta distancia (por razones constructivas) de donde realmente interesaría medir. El tiempo que tarda el fluido en recorrer la distancia que separa ambos puntos es un tiempo muerto. Cualquier variación de temperatura que se produzca en el proceso, no empezará a ser percibida por el medidor y, por tanto, por el controlador, hasta un tiempo más tarde.

Otros ejemplos son la cinta transportadora, o el analizador continuo que tiene que recibir la muestra a analizar a lo largo de una pequeña conducción de cierta longitud. Resulta evidente que el controlador recibe constantemente una información “obsoleta”, lo que equivale a decir que las “decisiones” que toma en cada momento, las toma con cierto retraso. Desde el instante en que se produce un determinado cambio o reacción del proceso, hasta el momento en que el controlador recibe la correspondiente información, el sistema ha seguido evolucionando.

Vamos a comprobar a continuación, mediante el programa ControlP, que los tiempos muertos tienden a desestabilizar cualquier sistema, o que en todo caso hacen más difícil su controlabilidad.

Esto significa que cualquier sistema al que se le añada un tiempo muerto

verá incrementado su ángulo de fase (retraso) en una magnitud tanto mayor cuanto mayor sea la frecuencia, de tal manera que los márgenes de ganancia y fase se verán siempre disminuidos. Si la ganancia del lazo es lo suficientemente elevada, el sistema podrá hacerse inestable.

Cualquier proceso que contenga un tiempo muerto tiene una frecuencia crítica y una ganancia máxima finitas. Téngase presente que esto es igualmente válido incluso para aquellos sistemas que sin la presencia de tiempo muerto son estables para cualquier valor de ganancia; lo cual sucede cuando el ángulo de fase tiende asintóticamente a -180 a altas frecuencias. En estas condiciones el margen de ganancia es infinito e igualmente lo es la ganancia máxima, pero al incorporar el tiempo muerto ambos parámetros pasan a tener un valor finito, con lo que ya es posible alcanzar la inestabilidad.

La figura debajo nos muestra el Diagrama de bloques de un sencillo sistema formado por un Controlador P+I con una ganancia Kc=4 y un tiempo integral de Ti=1,2 minutos, un Proceso compuesto por dos bloques retardo de primer orden en serie, con una constante de tiempo de T=0,25 minutos cada uno, y un Medidor retardo de primer orden con una constante de tiempo de 0,25 minutos. La medida puede verse afectada o no por un tiempo muerto de Tm=6 segundos.

Mediante el programa ControlP se ensayará la respuesta para ambos casos, y se comprobará el efecto desestabilizador ocasionado por el tiempo muerto.

ControlP screenshot

Instrucciones

Iniciar el programa ControlP y seguir las siguientes instrucciones:

1. Entrar en la opción Control de un lazo cerrado simple (Cuando se precise acceder al Diagrama de bloques, hacer: Menú Cambios > Parámetros, o bien pulsar las teclas Alt+X)

2. Pulsar el botón [Bloques nulos]

3. Preparar la siguiente configuración de los bloques:

  • C-1 → P+I+D; G = 4; Ti = 1,2 ; Td = 0 ; C = 50 ; Ca = 40
  • P-1 → Retardo de primer orden; T = 0,25 ; K = 1
  • P-2 → Retardo de primer orden; T = 0,25 ; K = 1
  • M-2 → Retardo de primer orden; T = 0,25 ; K = 1
  • M-1 → Ganancia; K = 1 (bloque neutro; después será un tiempo muerto)

4. En el menú inferior del fondo de la pantalla hacer:

  • Cambios > Duración > 6
  • Cambios > Modos > Variable controlada (Proceso)

5. Ejecutar la Respuesta temporal:

  • Temporal > Escalón condiciones iniciales

La gráfica nos muestra la respuesta debida a un cambio o salto del punto de consigna (set point) del 40 al 50% (de la consigna anterior, Ca, a la consigna actual, C), sin tiempo muerto en la medida. Se observa una estabilidad razonable.

6. Modificar:

  • M-1 → Tiempo muerto, Tm = 6 (se añade un tiempo muerto de 6 segundos a la medida)

7. Ejecutar la Respuesta temporal (se superpondrá a la anterior)

La nueva gráfica muestra la respuesta habiendo añadido un tiempo muerto de 6 segundos en la medida. Se observa que el proceso se ha vuelto claramente inestable. Véase la figura debajo, en la que se han intercambiado los colores para mayor claridad (rojo: inaceptable).

ControlP screenshot

A continuación veremos qué nos aporta el análisis frecuencial.

Acceder al Diagrama de bloques, mediante Menú Cambios > Parámetros, o bien pulsar Alt+X, y proceder del mismo modo que se ha hecho al principio de este ejemplo práctico, es decir, sin y con la adición de tiempo muerto, pero ahora en vez de ejecutar la Respuesta temporal, ejecutaremos en cada caso la Respuesta frecuencial, y en concreto el Diagrama de Nyquist; esto es:

Ejecutar la Repuesta frecuencial:

  • Menú Frecuencial > Nyquist

Se observa (ver figura debajo) que cuando el sistema es estable, sin tiempo muerto, la curva de respuesta de frecuencia (de color verde en la figura) pasa por la derecha del punto de coordenadas polares [1; ±180º]; mientras que con tiempo muerto la curva (de color rojo) pasa por la izquierda. Si se tuviera una configuración crítica del sistema, es decir, con oscilaciones de amplitud mantenida, la curva pasaría exactamente por el citado punto.

ControlP screenshot

Sería muy fácil, con dos clics, calcular en cada caso los márgenes de ganancia y de fase mediante las opciones del menú Frecuencial:

  • Frecuencia crítica (resonancia)
  • Frecuencia de cruce de ganancia)

Descarga del Programa

El programa se puede descargar en forma gratuita en www.alfredoroca.com. El programa es portable, lo que permite su instalación en un pendrive USB o en un disco duro externo “portátil”.

También puede descargarse una “Guía de manejo del programa” en
www.alfredoroca.com/index.php#guia_prog

En la parte 1 de este artículo dimos una introducción a su funcionalidad y características principales.

ControlP: Aplicación Gratuita de Simulación y Análisis de Procesos - Parte 1

ControlP es un programa gratuito para aprender a simular y analizar procesos industriales y sistemas controlados. Permite efectuar prácticas interactivas de Regulación y Control PID.

Se obtiene la respuesta temporal y la respuesta frecuencial del proceso o sistema. Pueden simularse procesos en realimentación simple, en control en cascada y en control en adelanto (feedforward).

Para cada uno de estos procesos, el programa facilita el diagrama de bloques de un sistema preconfigurado y totalmente operativo. No se precisa efectuar ningún tipo de programación ni de diseño gráfico.

El programa es intuitivo y de manejo sencillo.

Características y Prestaciones

Respuesta temporal

El usuario configura la instrumentación y los componentes de un proceso o sistema controlado, sobre los diagramas de bloques preconfigurados que se facilitan, y el programa muestra la Respuesta temporal.

Respuesta frecuencial

También se obtiene la Respuesta frecuencial, tanto en lazo abierto como en lazo cerrado (diagramas Real, de Bode, de Nyquist y de Black, en modo individual o agrupados en una sola pantalla).

Configuración o diseño de un sistema

El usuario puede componer, configurar o modificar el sistema, de manera muy sencilla en dos simples pasos, mediante los cuadros de diálogo desplegables del diagrama de bloques:

  1. Asignar a cada bloque un tipo de componente
  2. Definir el valor de sus parámetros

Estudio de la Respuesta temporal

ControlP permite el estudio de la respuesta del sistema frente a perturbaciones, ya sean debidas a cambios en el punto de consigna (set point), cambios de carga en el proceso o cambios introducidos en los parámetros de los componentes del sistema.

Los cambios en las perturbaciones (punto de consigna y cambios de carga en el proceso) pueden generarse en escalón de cualquier magnitud o bien de acuerdo con un patrón de rampas programables definidas por tramos por el usuario.

En el ajuste o sintonización de los controladores, pueden ajustarse sus parámetros (ganancia G –BP–, tiempo integral Ti –rpm– y tiempo derivativo Td) y observar los efectos producidos en el comportamiento y en la estabilidad del sistema, con el fin de tratar de optimizar la Respuesta temporal (decaimiento de las oscilaciones y su periodo –frecuencia–, tiempo de establecimiento, rebasamientos –sobreimpulsos–, etc.). Para ello

, el análisis de la respuesta frecuencial suele ser de gran ayuda.

Estudio de la Respuesta frecuencial

Permite la búsqueda automática de las frecuencias crítica, de cruce de ganancia, y de pico de resonancia, facilitando así el cálculo de los márgenes de ganancia y de fase. Asimismo, permite hallar los valores del módulo, ganancia y ángulo de fase para una frecuencia cualquiera definida por el usuario. En todos los casos, el programa efectúa la correspondiente marca de situación de la frecuencia sobre el gráfico, con indicación de los valores numéricos (frecuencia, módulo, ganancia, ángulo de fase) que le corresponden.

Y viceversa, puede hallarse la frecuencia correspondiente a cualquier valor de módulo, ganancia o ángulo de fase, haciendo click sobre el punto de interés en cualquiera de los diagramas de respuesta frecuencial, mostrándose también la correspondiente marca y sus valores numéricos.

Entorno de trabajo

Pueden modificarse los parámetros del entorno de trabajo, tales como: la duración de la respuesta temporal (en tiempo simulado en el gráfico - la duración en tiempo real (de usuario) de la ejecución de las respuestas, incluso las frecuenciales, suele ser del orden de 1 segundo o menor); el punto de consigna; la amplitud, la forma, el punto de entrada y el momento de aparición de las perturbaciones; la frecuencia de muestreo (FM); los márgenes de las escalas de módulo, ganancia y ángulo de fase; el tipo de unidad y los límites de las escalas de frecuencia (inicial y final); la ejecución de la respuesta temporal con avance manual en modo paso a paso; el modo de la respuesta frecuencial en lazo abierto o en lazo cerrado; el tipo de diagramas; y otros.

La configuración actual o vigente de un sistema puede ser guardada para su posterior recuperación.

Pueden imprimirse los gráficos obtenidos en pantalla (en colores) junto con un listado de los datos de configuración del sistema (componentes y sus parámetros).

Componentes o elementos básicos

El programa también simula y permite el estudio de los componentes o elementos básicos que forman los bloques de un proceso o sistema controlado.

De cada componente se obtiene la respuesta temporal frente a señales de entrada en forma de impulso, escalón o rampa (de magnitud y duración ajustables), así como la respuesta frecuencial (diagramas Real, de Bode, de Nyquist y de Black).

Muestra del Diagrama de bloques que facilita el programa para configurar un lazo de control en cascada:

ControlP screenshot

Detalles de la asignación de bloques y de la asignación de los valores de sus parámetros sobre el Diagrama de bloques de un Control en cascada:

ControlP screenshot

ControlP screenshot

Los cuatro diagramas de Respuesta frecuencial agrupados en una sola pantalla. Diagramas Real ( qmódulo lineal – log ?), de Bode (ganancia dB – log ?), de Nyquist (polar) y de Black (ganancia dB – ángulo). Nótese una “marca” de frecuencia en los gráficos y los valores numéricos correspondientes:

ControlP screenshot

Cuadro de configuración para la programación de las rampas y cuadro de información de los componentes activos del sistema y de los valores de sus parámetros:

ControlP screenshot

ControlIP screenshot

Avance paso a paso de una Respuesta temporal de un lazo de control en adelanto. Véase el tiempo transcurrido (congelado a cada paso en un avance “paso a paso” manual) y los valores instantáneos de las variables en el subpanel numérico inferior. En cada “paso” (pulsando la tecla espacio), el tiempo avanza en una unidad de tiempo de discretización:

ControlP screenshot

Para ver más muestras de pantalla del programa entrar en www.alfredoroca.com/muestras/muestras.php y pulsar en las miniaturas.

El programa se puede descargar en forma gratuita en www.alfredoroca.com. El programa es portable, lo que permite su instalación en un pendrive USB o en un disco duro externo “portátil”.

También puede descargarse una “Guía de manejo del programa” en
www.alfredoroca.com/index.php#guia_prog

En la parte 2 de este artículo desarrollamos paso a paso un ejemplo de aplicación del programa.

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