Misturador Básico¶

Neste tutorial você misturará duas correntes de água a diferentes temperaturas usando a GUI Clássica do DWSIM e verificará que a temperatura de saída satisfaz o balanço de energia. Este é o primeiro tutorial onde você conecta correntes a uma operação unitária.

O que você vai aprender

Como adicionar múltiplas correntes materiais a um flowsheet
Como inserir uma operação unitária Mixer da Object Palette
Como conectar correntes a uma operação unitária através do painel Connections do Object Editor
Como interpretar a temperatura de saída calculada

Pré-requisitos

Concluiu Sua Primeira Simulação
Entendimento básico de balanço de energia: a temperatura de saída de um misturador adiabático é determinada pela conservação de entalpia

Visão Geral do Processo¶

Um misturador adiabático combina duas ou mais correntes de entrada em uma única corrente de saída sem troca de calor com o ambiente. A temperatura de saída não é simplesmente a média das temperaturas de entrada; é a temperatura na qual a entalpia total da saída iguala a soma das entalpias de entrada.

Para correntes de água a temperaturas moderadas, você pode estimar a temperatura de saída usando uma média ponderada:

T_saida ~ (m1 * T1 + m2 * T2) / (m1 + m2)

Esta aproximação funciona bem quando Cp é aproximadamente constante, mas o DWSIM realiza o cálculo rigoroso baseado em entalpia.

Diagrama de Fluxo do Processo¶

graph LR
    I1["Entrada-1<br/>300 K, 1 atm<br/>100 kg/s Agua"] --> MIX["MIX-1<br/>(Misturador)"]
    I2["Entrada-2<br/>348 K, 1 atm<br/>50 kg/s Agua"] --> MIX
    MIX --> OUT["Saida<br/>(calculada)"]

Parâmetros de Projeto¶

Parâmetro	Entrada-1	Entrada-2
Composto	Water (Água)	Water (Água)
Temperatura	300 K (27 °C)	348 K (75 °C)
Pressão	101325 Pa (1 atm)	101325 Pa (1 atm)
Vazão mássica	100 kg/s	50 kg/s

Passo a Passo na GUI Clássica¶

1. Criar uma nova simulação com Water e Steam Tables¶

Repita o fluxo do assistente que você usou no Tutorial 1:

File > New Chemical Process Model
Página Compounds: adicione Water
Página Property Packages: adicione Steam Tables (IAPWS-IF97)
Aceite os padrões nas demais páginas e clique em Finish

O flowsheet vazio aparece.

2. Adicionar a primeira corrente de entrada¶

Arraste uma Material Stream da Object Palette para o canvas. Clique com o botão direito e renomeie para Entrada-1.

Clique duas vezes na corrente para abrir o Object Editor e insira:

Temperature: 300 K
Pressure: 1 atm
Mass Flow: 100 kg/s
Composition: Water = 1,0

Especificações da primeira corrente

3. Adicionar a segunda corrente de entrada¶

Arraste uma segunda Material Stream para o canvas, renomeie para Entrada-2, e configure:

Temperature: 348 K
Pressure: 1 atm
Mass Flow: 50 kg/s
Composition: Water = 1,0

4. Adicionar uma corrente de saída vazia¶

Arraste uma terceira Material Stream para o canvas, renomeie para Saida, e deixe-a vazia - sem temperatura, pressão ou composição. O solver calculará tudo a partir do balanço de energia do misturador.

Três correntes no canvas

5. Inserir o Misturador¶

Arraste um Mixer da Object Palette para o canvas. Renomeie para MIX-1.

6. Conectar as correntes ao Misturador¶

Clique duas vezes no Mixer para abrir seu Object Editor. No painel Connections:

Encontre o menu Inlet 1 e selecione Entrada-1
Encontre o menu Inlet 2 e selecione Entrada-2
Encontre o menu Outlet e selecione Saida

O DWSIM desenha linhas de conexão entre as correntes e o Mixer no canvas.

Conexões do Mixer no Object Editor

Alternativa: conectar pelo canvas

Em vez de usar o painel Connections, você pode clicar com o botão direito em uma corrente de entrada e escolher Connect to > selecionar o Mixer. É mais rápido para flowsheets simples.

7. Resolver o flowsheet¶

Certifique-se de que Flowsheet Calculator Active (F6) está LIGADO na barra de ferramentas, então clique em Solve.

Todos os quatro objetos (as três correntes e o Mixer) ficam verdes para indicar cálculo bem-sucedido.

Flowsheet do misturador resolvido

8. Ver os resultados da corrente de saída¶

Clique duas vezes na corrente Saida e mude para a aba Results. Você deve ver:

Temperature: ~316 K (cerca de 43 °C)
Pressure: 101325 Pa
Mass Flow: 150 kg/s (= 100 + 50)
Vapor Fraction: 0,0 (líquido)

Resultados da corrente de saída

Resultados e Validação¶

Variável	Esperado	Unidade
Temperatura de saída	~316 K (43 °C)	K
Vazão mássica de saída	150,0	kg/s
Pressão de saída	101325	Pa
Fração de vapor	0,0 (líquido)	-

Resultados esperados

A vazão mássica de saída é exatamente 150 kg/s (100 + 50), confirmando a conservação de massa. A temperatura (~316 K) fica entre as duas temperaturas de entrada, ponderada para a corrente maior. A média ponderada simples dá (100 * 300 + 50 * 348) / 150 = 316 K, que corresponde de perto ao cálculo rigoroso porque o Cp da água varia pouco nessa faixa.

Entendendo os Resultados¶

O misturador realiza um balanço entálpico adiabático:

m1 * H1(T1, P) + m2 * H2(T2, P) = m_saida * H_saida(T_saida, P)

Como ambas as correntes são água pura na mesma pressão e ambas na fase líquida, o balanço de energia se reduz a encontrar T_saida tal que a entalpia total seja conservada. O modelo Steam Tables fornece entalpias precisas em cada temperatura, resultando na temperatura exata de saída.

Automatizando Este Tutorial¶

Arquivos neste repositório

Script Python: examples/beginner/02_mixer_basics.py
Simulação pré-construída: examples/saved/mixer.dwxmz

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

from DWSIM.Automation.FluentAPI import Flowsheet, PropertyPackages, Q

fs = (Flowsheet.Create("TutorialMisturador")
      .WithCompound("Water")
      .WithPropertyPackage(PropertyPackages.SteamTables))

entrada1 = (fs.AddMaterialStream("Entrada-1")
            .At(Q.Kelvin(300.0), Q.Pascal(101325.0))
            .WithMassFlow(Q.KgPerSecond(100.0)))
entrada2 = (fs.AddMaterialStream("Entrada-2")
            .At(Q.Kelvin(348.0), Q.Pascal(101325.0))
            .WithMassFlow(Q.KgPerSecond(50.0)))
saida = fs.AddMaterialStream("Saida")

(fs.AddMixer("MIX-1")
   .ConnectFeed(entrada1, 0)
   .ConnectFeed(entrada2, 1)
   .ConnectProduct(saida, 0))

fs.AutoLayout()
fs.Solve()
print(f"T Saida = {saida.TemperatureK:.2f} K")

Sequência: dwsim.flowsheet.create, dwsim.thermo.add_compounds (Water), dwsim.thermo.set_property_package (SteamTables), três dwsim.stream.add_material, dwsim.unitop.add (Mixer), três dwsim.unitop.connect, dwsim.solve.run.

O resultado pode variar

O resultado depende da capacidade de raciocínio e do uso correto de ferramentas pelo LLM. Sempre verifique se a simulação corresponde à sua intenção antes de confiar nos números.

Use o DWSIM (via servidor MCP) para construir a seguinte simulação:

- Crie um flowsheet chamado "TutorialMisturador"
- Adicione Água (Water) como único composto e configure o pacote
  termodinâmico como "SteamTables"
- Adicione uma corrente material chamada "Entrada-1" a 300 K e
  101325 Pa, com vazão mássica de 100 kg/s (Water = 1,0)
- Adicione uma corrente material chamada "Entrada-2" a 348 K e
  101325 Pa, com vazão mássica de 50 kg/s (Water = 1,0)
- Adicione uma corrente material vazia chamada "Saida"
- Adicione um misturador (Mixer) chamado "MIX-1" e conecte
  "Entrada-1" como alimentação 0, "Entrada-2" como alimentação 1
  e "Saida" como produto 0
- Resolva o flowsheet
- Reporte a temperatura (K) calculada para a corrente "Saida"

Exercícios

Adicione uma terceira corrente de entrada a 400 K, 25 kg/s. Abra o Object Editor de MIX-1 e conecte-a a Inlet 3. Como a temperatura de saída muda?
Mude o composto de Water para Ethanol (Edit > Simulation Settings > Compounds). A temperatura de saída muda? Por quê?
Salve a simulação como arquivo .dwxmz via File > Save.

Leitura Complementar¶

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

W.L. McCabe, J. Smith & P. Harriott. (2005). Unit Operations of Chemical Engineering. McGraw-Hill Education
Joseph Smith. (1996). Intro to Chemical Engineering Thermodynamics. McGraw-Hill Companies
Stanley I. Sandler. (2006). Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics. John Wiley & Sons

Próximos Passos¶

Você agora sabe como conectar correntes a uma operação unitária através do painel Connections do Object Editor. No próximo tutorial, Aquecedor e Resfriador, você aprenderá sobre correntes de energia e cálculos de carga térmica.