Envelope de Fases (Aprofundamento)

Este tutorial explora em profundidade as funcionalidades de geração e consulta de envelope de fases do DWSIM via GUI Clássica. Além do tutorial intermediário de Envelope de Fases, aqui você aprenderá as ferramentas de consulta, sobreposição de múltiplas curvas e integração com correntes materiais.

O que você vai aprender

• Como anexar um envelope de fases ao editor de uma corrente material
• Como usar os controles de consulta do envelope de fases
• Como sobrepor múltiplos envelopes para comparação
• Como exportar dados do envelope para análise externa

Pré-requisitos

• Envelope de Fases (intermediário) concluído

Visão Geral

Um envelope de fases é calculado a partir da composição de uma corrente e do pacote termodinâmico ativo. O DWSIM armazena o envelope no objeto da corrente em cache e o expõe de duas formas:

1. Programaticamente via FluentAPI / MCP para automação
2. Visualmente via Object Editor da corrente ou pelo utilitário Phase Envelope independente

Passo a Passo na GUI Clássica

1. Configuração

File > New Chemical Process Model:

• Compostos: Methane, Ethane, Propane, N-butane, N-pentane
• Pacote Termodinâmico: Peng-Robinson

2. Criar uma corrente de gás natural

Arraste uma Material Stream NatGas e configure:

• T = 300 K, P = 1 atm, Vazão Molar = 1 mol/s
• Frações molares: Methane 0,80; Ethane 0,10; Propane 0,05; N-butane 0,03; N-pentane 0,02

Resolva (F6 LIGADO → Solve).

3. Abrir o utilitário Phase Envelope

Utilities > Phase Envelope abre o visualizador dedicado de envelope de fases.

Selecione NatGas como corrente fonte e clique em Calculate. O gráfico mostra:

• Curva de bolha (à esquerda)
• Curva de orvalho (à direita)
• Ponto crítico no topo
• Marcadores de cricondenterma e cricondenbárica

4. Usar os controles de consulta

Abaixo do gráfico, o painel Lookup permite consultar o envelope:

• Insira T = 250 K → o utilitário reporta P de bolha e P de orvalho nessa temperatura
• Insira P = 50 bar → o utilitário reporta T de bolha e T de orvalho nessa pressão

Mova o mouse sobre o gráfico para ver leituras ao vivo das curvas na posição do cursor.

5. Sobrepor múltiplos envelopes

Para comparar composições:

1. Adicione outra Material Stream (por exemplo, RichGas) com composição diferente
2. Resolva
3. No utilitário Phase Envelope, clique em Add Series e selecione RichGas

Ambos os envelopes são exibidos no mesmo gráfico em cores diferentes, facilitando ver como a composição afeta a região de duas fases.

6. Exportar dados do envelope

Na janela do utilitário, clique em Export Data para salvar os pontos da curva como CSV. Clique em Save Image para exportar o gráfico como PNG/PDF para relatórios.

Aplicações em Engenharia

Caso de Uso	O que Observar
Projeto de tubulações	Ponto de operação deve estar fora do envelope (sem condensação de líquido)
Previsão de hidratos submarinos	Comparar curva de hidratos com o envelope de fases
Caracterização de reservatório	Cricondenbárica e cricondenterma definem limites de operabilidade
Projeto de ciclo de refrigeração	Curva de saturação orienta o dimensionamento de compressor e condensador

Automatizando Este Tutorial

Arquivos neste repositório

• Script Python: examples/features/phase_envelope_advanced.py

FluentAPI (Python)MCP Server (JSON-RPC)Prompt LLM

Veja examples/features/phase_envelope_advanced.py no repositório DWSIM.Tutorials.

dwsim.stream.generate_phase_envelope, dwsim.stream.phase_envelope_lookup.

O resultado pode variar

Os resultados dependem da qualidade do raciocínio do LLM e da precisão no uso de ferramentas. Sempre verifique se a simulação corresponde à sua intenção antes de confiar nos números.

Use o DWSIM (via servidor MCP) para fazer o seguinte:

- Crie um flowsheet chamado "PhaseEnvelopeDemo"
- Adicione Methane, Ethane, Propane, N-butane e N-pentane como compostos;
  configure o pacote termodinâmico como "Peng-Robinson"
- Adicione uma corrente material "NatGas" a 300 K e 1 atm com vazão molar
  = 1 mol/s e frações molares Methane = 0,80; Ethane = 0,10;
  Propane = 0,05; N-butane = 0,03; N-pentane = 0,02
- Resolva o flowsheet
- Gere o envelope de fases PT de NatGas
- Use a consulta do envelope para reportar:
    - pressões de bolha e de orvalho a T = 250 K
    - temperaturas de bolha e de orvalho a P = 50 bar
    - o ponto crítico, cricondenterma e cricondenbárica da mistura

Exercícios

1. Gere envelopes para três composições de gás natural (pobre, médio, rico) e identifique qual tem a maior cricondenterma.
2. Adicione 5% de CO2 ao gás natural. Como o envelope se desloca?
3. Use a consulta para encontrar o ponto de orvalho a 280 K, depois verifique com um cálculo flash: defina a corrente em T=280 K, P=P_orvalho, e confira que a fração de vapor = 1,0.

Leitura Complementar

Referências selecionadas da bibliografia técnica do DWSIM. Clique no link DOI para acessar cada artigo.

• Robert A. Heidemann & Ahmed M. Khalil. (1980). The calculation of critical points. AIChE Journal
• B. Widom. (1965). Equation of State in the Neighborhood of the Critical Point. The Journal of Chemical Physics. doi:10.1063/1.1696618
• G. G. Simeoni et al.. (2010). The Widom line as the crossover between liquid-like and gas-like behaviour in supercritical fluids. Nature Physics. doi:10.1038/nphys1683
• Michael Michelsen & Jorgen Mollerup. (2007). Thermodynamic Models: Fundamentals and Computational Aspects. Tie-Line Publications

Próximos Passos

Você concluiu a trilha de Funcionalidades. Consulte o Guia de Pacotes Termodinâmicos e a Solução de Problemas como referência contínua.