1. O Modelo da Planta

Um simulador de treinamento vale o que vale a planta por trás dele. Esta página explica o que um fluxograma precisa para se comportar como uma planta em modo dinâmico e percorre o separador de exemplo usado no resto do curso.

O que você vai aprender

• Como o modo dinâmico do DWSIM movimenta material: holdups definem pressões, válvulas definem vazões
• Quais propriedades cada objeto precisa antes de o OTS poder usá-lo
• O arranjo, os controladores, os indicadores e o estado salvo da planta de exemplo

Pré-requisitos

• Você já montou e resolveu um fluxograma em regime permanente (trilha Iniciante)
• Você sabe o que é um controlador PID e um set point

Como funciona o modo dinâmico

Em regime permanente, cada objeto calcula sua saída a partir da entrada uma vez. Em modo dinâmico o fluxograma é integrado no tempo com passo fixo, e dois tipos de objeto dividem o trabalho:

• Holdups (separadores, tanques, bombas, aquecedores, resfriadores, trocadores, reatores) acumulam massa e energia. A pressão deles vem do que contêm; eles escrevem essa pressão nas correntes ao redor.
• Válvulas convertem uma diferença de pressão em vazão pela equação de Kv: W = f(Kv(abertura), P1, P2, fluido). A vazão que calculam é escrita nas correntes dos dois lados.

Uma corrente entre um holdup e uma válvula tem portanto uma pressão dada pelo holdup e uma vazão dada pela válvula. Correntes de alimentação e de produto que não tocam nada de um lado mantêm a especificação que você der: pressão fixa (um header) ou vazão fixa.

flowchart LR
    F1[Alimentação 1<br/>vazão fixa] --> FV[FV-001<br/>válvula Kv]
    FV --> SG[SG-01<br/>holdup do separador]
    SG -->|gás| PV[PV-001<br/>válvula Kv]
    SG -->|líquido| LV[LV-001<br/>válvula Kv]
    PV --> P4[4<br/>1 atm]
    LV --> P6[6<br/>1 atm]

O que acontece onde duas válvulas se encontram

Duas válvulas em série, ou válvulas alimentando um mixer ou um splitter, deixam entre si uma corrente sem holdup para definir sua pressão. A página 11 trata do solver de rede pressão-vazão que o OTS roda nesses casos. A planta de exemplo não tem nenhum, então nada muda para ela.

O que cada objeto precisa

Objeto	Necessário para o OTS	Onde configurar
Separador, tanque	Volume, Height, um conteúdo inicial (o holdup é criado a partir da entrada no primeiro passo se estiver vazio)	Editor do objeto, aba Dynamics
Válvula	Kv (ou Cv), a relação abertura/Kv, constante de tempo e atraso do atuador opcionais; modo de cálculo Kv (general), Kv (liquid), Kv (gas) ou Kv (steam)	Editor do objeto
Bomba	Flow Conductance, Volume; Rated Speed e Target Speed para que um trip possa pará-la; inércia e torque do motor opcionais para a desaceleração	Aba Dynamics
Aquecedor, resfriador	Modo de carga térmica fixa se o operador for ajustar a carga; Volume	Editor do objeto, aba Dynamics
Controlador PID	Variável controlada, variável manipulada (em geral a abertura de uma válvula), ganhos, set point	Editor do objeto
Indicadores (analógico, digital, nível)	Objeto e propriedade monitorados, unidades e os limites de alarme LL / L / H / HH	Editor do objeto
Correntes de material	Especificação dinâmica: Pressure para correntes que um holdup governa ou para headers, Flow para alimentações fixas	Editor da corrente, seção Dynamics
Cronograma e integrador	Um cronograma com um integrador, um passo (5 s no exemplo), um estado inicial do fluxograma	Dynamics Manager

Salve um estado inicial

O OTS restaura o estado inicial do cronograma toda vez que uma sessão começa do zero. Armazene um com Dynamics > Store Flowsheet State (ou o botão da barra) depois que a planta estabilizar, e selecione-o no cronograma. Sem isso, cada corrida começa onde a anterior terminou.

A planta de exemplo

Abra ots_separator.dwxmz. Ela é pequena de propósito: cada tela, cenário e trip do curso cabe em uma página.

Tag	Objeto	Papel
1	Corrente de material	Header de alimentação a 5 bar, pressão especificada: ar, dióxido de carbono, água e metanol a cerca de 274 K, bifásico
FV-001	Válvula, Kv (general)	Válvula de alimentação, Kv 2,7, 50 % aberta; a vazão de alimentação segue a abertura (cerca de 0,08 kg/s)
SG-01	Separador gás-líquido	1 m³, 2 m de altura; mantém pressão e nível
PV-001	Válvula, Kv (gas)	Saída de gás para um header a 1 atm (corrente 4)
LV-001	Válvula, Kv (liquid)	Saída de líquido para um header a 1 atm (corrente 6)
PID-012	Controlador PID	Pressão do separador (bar) pela abertura de PV-001; set point 2 bar
PID-013	Controlador PID	Nível de líquido (m) pela abertura de LV-001; set point 0,3 m
PIT-001	Indicador analógico	Pressão do separador em kPa; alarmes LL 100, L 150, H 400, HH 450
LIT-001	Indicador de nível	Nível de líquido do separador em m; alarmes LL 0,15, L 0,25, H 0,4, HH 0,5
FI-001, FI-002, FI-003	Indicadores digitais	Vazões de alimentação, gás e líquido em kg/h

Configuração dinâmica: cronograma schedule1 com integrador 1, passo 5 s, estado inicial a (a planta estabilizada a 2 bar e 0,3 m). Os dois controladores são de ação reversa: uma válvula de saída abre quando sua variável está acima do set point.

Uma primeira corrida dinâmica sem o OTS

Antes de o instrutor assumir, veja a planta se mover sozinha:

1. Confira que o modo dinâmico está ligado (o botão Dynamics da barra).
2. Abra o Dynamics Manager, confira que schedule1 está selecionado e que seu estado inicial é a.
3. Pressione o botão Run do integrador. Observe PIT-001 e LIT-001 no fluxograma por um minuto de tempo simulado, depois pare.

A malha de nível é agressiva (Kp 40) e a de pressão é lenta (Kp 4, Ki 0,01). As duas de propósito: dão ao treinando algo para fazer.

Preparando a sua planta

Quando trouxer o seu próprio fluxograma para o OTS, passe por esta lista uma vez:

1. Resolva em regime permanente primeiro. Uma corrida dinâmica precisa de um ponto de partida consistente.
2. Dê volume e altura a todo holdup. Vasos vêm com volume zero por padrão, o que produz picos de pressão imediatos.
3. Coloque toda válvula de controle em um modo Kv e informe um Kv realista: a ferramenta de dimensionamento em regime permanente da válvula fornece um.
4. Defina as especificações das correntes: Flow nas alimentações fixas, Pressure em todo o resto.
5. Adicione um indicador para cada variável que o treinando precisa ver, com limites de alarme.
6. Rode o integrador por alguns minutos de tempo simulado e armazene o estado como estado inicial.
7. Salve o arquivo.

A próxima página abre a Estação do Instrutor nessa planta.