EMSO CURSO modelagem

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Simulador de Processos EMSOSimulador de Processos EMSO
Modelagem BModelagem Báásicasica
Grupo de Integração, Modelagem, Simulação, Controle e Otimização 
de Processos - (GIMSCOP)
Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio 
Grande do Sul - UFRGS
Gerson B. Bicca
bicca@enq.ufrgs.br
Modelagem Básica - 2Modelagem e Simulação de Processos
Contexto GeralContexto Geral
• Interface Gráfica – Apresentação e configuração.
• Estrutura do EMSO – Linguagem de modelagem.
• Models – Exemplos de modelos.
• FlowSheets – Exemplos de simulações.
• Modelagem Avançada – Recursos avançados do EMSO.
LINKS
ALSOC : http://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki
Modelagem Básica - 3Modelagem e Simulação de Processos
Interface GrInterface Grááficafica
MenusMenus
ExplorerExplorer
ProblemsProblems
ee
ConsoleConsole
Editor de ModelosEditor de Modelos
ResultsResults
Modelagem Básica - 4Modelagem e Simulação de Processos
botão direito do mousebotão direito do mouse
Retorna ao estado Retorna ao estado 
originaloriginal
Modelagem Básica - 5Modelagem e Simulação de Processos
Interface GrInterface Grááficafica
DiretDiretóóriosrios de de 
modelos e modelos e 
flowsheetsflowsheets
DiretDiretóóriosrios
de plugde plug--inin
Adicionar na Biblioteca
>> Modelos
>> FlowSheets
Adicionar na BibliotecaAdicionar na Biblioteca
>> Modelos
>> FlowSheets
Modelagem Básica - 6Modelagem e Simulação de Processos
Interface GrInterface Grááficafica
ConfiguraConfiguraçção do ão do 
editoreditor
OpOpçções deões de
ConfiguraConfiguraççãoão
Configuração de Plug-in’s
>> Será visto posteriormente
ConfiguraConfiguraççãoão de Plugde Plug--inin’’ss
>> Será visto posteriormente
Modelagem Básica - 7Modelagem e Simulação de Processos
Estrutura do EMSO : EntidadesEstrutura do EMSO : Entidades
O simulador EMSOEMSO possui na sua estrutura de modelagem 3 entidades principais:
>> FlowSheet : problema em estudo, é composto por um conjunto de DEVICES.
>> Device : um componente do FlowSheet, é uma operação unitária ou um equipamento real.
>> Model : é a descrição matemática de um DEVICE.
>> FlowSheet FlowSheet : problema em estudo, é composto por um conjunto de DEVICESDEVICES.
>> Device Device : um componente do FlowSheet, é uma operação unitária ou um equipamento real.
>> Model Model : é a descrição matemática de um DEVICEDEVICE.
FlowSheetFlowSheet DevicesDevices
Modelagem Básica - 8Modelagem e Simulação de Processos
Model : baseado em equaModel : baseado em equaççõesões
FlowSheet: baseado em componentesFlowSheet: baseado em componentes
ModelosModelos
FlowSheetFlowSheet
Modelagem Básica - 9Modelagem e Simulação de Processos
Estrutura do EMSO : LinguagemEstrutura do EMSO : Linguagem
Sistema baseado em equaSistema baseado em equaççõesões
O simulador agrupa as 
equações de todas as unidades do 
processo em um único sistema de 
equações para então obter a solução 
de forma direta.
Cada modelo ou subsistema 
compartilha apenas as suas 
equações e não mais a sua solução.
Modelagem Básica - 10Modelagem e Simulação de Processos
Linguagem Linguagem -- sistema baseado em equasistema baseado em equaççõesões
Model tank
PARAMETERS
k as Real; 
A as area;
VARIABLES
h as length;
in Fin as flow_vol;
Out Fout as flow_vol;
EQUATIONS
“balanço de massa”
diff(A*h) = Fin - Fout;
diff(A*h) - Fin + Fout = 0;
“equação da válvula”
Fout = k*sqrt(h);
k = Fout/sqrt(h);
end
Model tank
PARAMETERS
k as Real; 
A as area;
VARIABLES
h as length;
in Fin as flow_vol;
Out Fout as flow_vol;
EQUATIONS
“balanço de massa”
diff(A*h) = Fin - Fout;
diff(A*h) - Fin + Fout = 0;
“equação da válvula”
Fout = k*sqrt(h);
k = Fout/sqrt(h);
end
EquaEquaçções equivalentesões equivalentes: : 
Podem ser escritas na forma 
desejada pelo usuário.
EquaEquaççõesões: : 
Não importa a ordem em que 
aparecem no modelo.
Modelagem Básica - 11Modelagem e Simulação de Processos
Linguagem Linguagem -- sistema baseado em componentessistema baseado em componentes
FlowSheetFlowSheet::
A modelagem do sistema A modelagem do sistema éé feita pela feita pela 
utilizautilizaçção, configuraão, configuraçção e conexão de ão e conexão de 
componentes prcomponentes préé existentes.existentes.
Modelagem Básica - 12Modelagem e Simulação de Processos
Linguagem orientada a objetosLinguagem orientada a objetos
A linguagem de modelagem do EMSO contempla alguns conceitos 
da programaprogramaççãoão orientada a objetosorientada a objetos (POO), tais como:
– ComposiComposiçção : ão : criação de modelos a partir de sub-modelos;
– HeranHerançça : a : reutilização do código;
Modelagem Básica - 13Modelagem e Simulação de Processos
Modelagem HierModelagem Hieráárquica de Sistemasrquica de Sistemas
Tank
Inlet Stream
Outlet Stream
A modelagem e a simulação 
de sistemas complexos é
facilitada através do uso dos 
conceitos da programação 
orientada a objetos.
O sistema pode ser 
decomposto em seus 
diversos componentes e 
cada um deles descrito 
separadamente através de 
modelos matemáticos.
Os componentes do sistema 
trocam informações entre 
si através de suas portas 
de conexões. 
Modelagem Básica - 14Modelagem e Simulação de Processos
Tipos definidos no EMSO Tipos definidos no EMSO –– Tipos BaseTipos Base
Os parâmetros e as variáveis são declarados com base 
em um tipo preexistente ou do tipo embutido Real.
Modelagem Básica - 15Modelagem e Simulação de Processos
Atributos Atributos 
A palavra reservada final indica que o valor daquele 
atributo não deve ser alterado pelo usuário.
TypeName as TypeBase (Brief = “brief", Default=value , Lower=value , Upper=value , Unit = ‘unit’);TypeName as TypeBase (Brief = “brief", Default=value , Lower=value , Upper=value , Unit = ‘unit’);
temperature as Real (Brief = “Temperature", Lower=27 , Upper=5273 , final Unit = ‘K’);temperature as Real (Brief = “Temperature", Lower=27 , Upper=5273 , final Unit = ‘K’);
SintaxeSintaxe
Um tipo definido temperature possui uma unidade de medida 
final relacionada com as unidades de temperatura 
reconhecidas pelo EMSO.
Modelagem Básica - 16Modelagem e Simulação de Processos
Atributos Atributos 
Definindo intervalos de validade para os tipos. 
efficiency as Real (Brief = “efficiency", Default=0.5 , final Lower=0 , final Upper=1 );efficiency as Real (Brief = “efficiency", Default=0.5 , final Lower=0 , final Upper=1 );
Unidades de Medidas reconhecidas pelo EMSO:
http://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/UnidadesMedidashttp://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/UnidadesMedidashttp://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/UnidadesMedidas
Modelagem Básica - 17Modelagem e Simulação de Processos
Descrevendo Modelos MatemDescrevendo Modelos Matemááticos ticos -- ModelsModels
Basicamente um Model é composto de:
•• VariVariááveis:veis: Determinam o comportamento do sistema.
•• Parâmetros:Parâmetros: Propriedades do processo, geralmente 
conhecidos.
•• EquaEquaçções:ões: Expressão matemática do modelo.
Modelagem Básica - 18Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- ExemploExemplo
Inlet = corrente material de alimentação no 
tanque
Outlet = corrente material de saída
do tanque
h = altura do nível do tanque
k = constante da válvula
A = área da seção do tanque
Dh = diâmetro hidráulico do tanque
A
h
k
Inlet
Dh
Outlet
Modelos para o Tanque
>> Tanque de Seção Circular
>> Tanque de Seção Quadrada
Modelos Modelos parapara o o TanqueTanque
>> Tanque de Seção Circular
>> Tanque de Seção Quadrada
Modelagem Básica - 19Modelagem e Simulação de Processos
Corrente Material Corrente Material -- ModelagemModelagem
A corrente material carrega 
as informaçõesque entram e 
que saem dos equipamentos.
F – vazão volumétrica
T – temperatura
P – pressão
Stream
Sink
Source – componente que possui 
uma corrente material de 
alimentação. Possui uma conexão 
de saída.
Sink – componente que recebe uma 
corrente material de saída. Possui uma 
conexão de entrada.
Modelagem Básica - 20Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- ModelagemModelagem
A k
Inlet
Dh
Outlet
hkFout ⋅=
VVáálvulalvula
( ) FoutFin
dt
Ahd −=⋅
BalanBalançço de massao de massa
⎪⎩
⎪⎨
⎧ ⋅
=
Quadrado se 
Circular se 
4
2
2
h
h
D
D
A
π
ÁÁrearea
Inlet Stream
Fin – vazão de entrada
Tin – temperatura de entrada
Pin – pressão de entrada
Outlet Stream
Fout– vazão de saída
Tout – temperatura de saída
Pout – pressão de saída PinPout =
EquilEquilííbrio Mecânicobrio Mecânico
TinTout =
EquilEquilííbrio Tbrio Téérmicormico
Modelagem Básica - 21Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- HeranHeranççaa
Características comuns
entre os modelos
Características
particulares
do modelo
Características
particulares
do modelo
4
2
hDA ⋅= π 2hDA =
Modelagem Básica - 22Modelagem e Simulação de Processos
Criando um ModelCriando um Model
MenuMenu
Novo Novo 
ArquivoArquivo
NameName
LocationLocation
EMSO EMSO 
templates templates 
Modelagem Básica - 23Modelagem e Simulação de Processos
Criando um ModelCriando um Model
oo UsingUsing
oo ParametersParameters
oo VariablesVariables
oo EquationsEquations
oo ComentComentááriosrios
Modelagem Básica - 24Modelagem e Simulação de Processos
Criando um Model Criando um Model –– CorrentesCorrentes
Seleção 
da 
Unidade 
de 
Medida 
desejada 
pelo 
usuário
Incluindo 
arquivos
Conexão 
de 
entrada
Conexão 
de saída
Modelagem Básica - 25Modelagem e Simulação de Processos
Criando um Model Criando um Model –– Tanque BTanque Báásicosico
Criando 
Unidades
Funções 
Embutidas 
do EMSO
http://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/Functionshttp://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/Functionshttp://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/Functions
Modelagem Básica - 26Modelagem e Simulação de Processos
Criando um Model Criando um Model –– Tanque CircularTanque Circular
Herança
O modelo herda 
todos os atributos 
da classe da qual 
ele deriva. 
SET
Definindo o valor 
dos parâmetros. 
EQUATION
Escrevendo a 
equação 
particular do 
modelo. 
Modelagem Básica - 27Modelagem e Simulação de Processos
Criando um Model Criando um Model –– Tanque QuadradoTanque Quadrado
Model tank_Basic #modelo abstrato
Model tank_Circular #DEVICE
Model tank_Square #DEVICE
Model tank_Basic #modelo abstrato
Model tank_Circular #DEVICE
Model tank_Square #DEVICE
Tanks.msoTanks.mso
Modelos de Tanques
Os modelos podem ser 
agrupados em um 
mesmo arquivo mso. 
Somente são considerados DEVICESDEVICES
aqueles modelos que representam 
um equipamento completo. 
Modelagem Básica - 28Modelagem e Simulação de Processos
Diagramas de Processo Diagramas de Processo – FlowSheetFlowSheet
FlowSheet é a 
representação de 
um diagrama de 
processos no EMSO.
No EMSOEMSO o usuário 
pode manipular 
vários FlowSheetsFlowSheets ao 
mesmo tempo.
Os equipamentos são 
denominados 
DEVICESDEVICES. Um FlowSheet é composto por um 
conjunto de operações unitárias 
ou equipamentos conectados 
entre si.
Modelagem Básica - 29Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- Criando um FlowSheetCriando um FlowSheet
ÍÍconecone
NameName
LocationLocation
Inicia um 
novo 
Template
Modelagem Básica - 30Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- FlowSheetFlowSheet
Consulte a referência 
rápida do EMSO para 
conhecer mais sobre 
FlowSheets
Modelagem Básica - 31Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- simulasimulaççãoão
O simulador analisa 
a consistência do 
sistema criado no 
FlowSheet.
Modelagem Básica - 32Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- simulasimulaççãoão
O simulador 
indica a 
existência 
de erros e 
alertas 
para o 
usuário.
Check na 
consistência 
de unidades 
de medidas.
Check nos 
graus de 
liberdade do 
sistema.
Modelagem Básica - 33Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- simulasimulaççãoão
Inicia a 
simulação
Seleção do 
FlowSheet
desejado.
Detalhes da 
simulação
Modelagem Básica - 34Modelagem e Simulação de Processos
Tanque de NTanque de Níível vel -- ResultadosResultados
New New PlotPlot
Modelagem Básica - 35Modelagem e Simulação de Processos
Selecionando uma Região do GrSelecionando uma Região do Grááficofico
Selecione a região
do gráfico
Usando o mouse
Para reverter o Zoom
Clicar com o botão direito
do mouse e selecionar
a opção Zoom Out
Modelagem Básica - 36Modelagem e Simulação de Processos
Editando GrEditando Grááficosficos Clicar com 
o botão
direito
do mouse 
sobre o 
gráfico
Opção: 
Properties
CaixaCaixa dede
didiáálogologo
Modelagem Básica - 37Modelagem e Simulação de Processos
Salvando GrSalvando Grááficosficos
CaixaCaixa dede
didiáálogologo
Clicar com 
o botão direito
do mouse 
sobre o gráfico
Opção: Export Image
Modelagem Básica - 38Modelagem e Simulação de Processos
Salvando os ResultadosSalvando os Resultados
CaixaCaixa dede
didiáálogologo
Save ResultSave Result
Modelagem Básica - 39Modelagem e Simulação de Processos
Salvando os ResultadosSalvando os Resultados
Usando o Excel
para analisar os
resultados
Resultados separados
por blocos de 
equipamentos
Modelagem Básica - 40Modelagem e Simulação de Processos
Salvando os ResultadosSalvando os Resultados
Usando o Matlab
para analisar os
resultados
Modelagem Básica - 41Modelagem e Simulação de Processos
Tanques em STanques em Séériesries
A
h
k
Inlet
k k
Dh
A A
DhDh
h
h
Construir um FlowSheet com 3 tanques conectados em séries.
Modelagem Básica - 42Modelagem e Simulação de Processos
FlowSheet FlowSheet -- Tanques em STanques em Séériesries
Graus de liberdade
Dinâmico aumenta
Modelagem Básica - 43Modelagem e Simulação de Processos
Tanques em STanques em Sééries ries -- ResultadosResultados
Modelagem Básica - 44Modelagem e Simulação de Processos
Tanques em STanques em Sééries ries -- ResultadosResultados
Resultados separados por
blocos de equipamentos
Modelagem Básica - 45Modelagem e Simulação de Processos
N Tanques em SN Tanques em Sééries ries -- ComposiComposiççãoão
é possível construir 
um modelo genérico
através da 
composição !
Como proceder ?
Modelagem Básica - 46Modelagem e Simulação de Processos
Model Model -- N Tanques em SN Tanques em Séériesries
Inlet
Usando a 
composição na
forma vetorial
Fazendo as 
conexões
intermediárias
dentro do 
modelo
Modelagem Básica - 47Modelagem e Simulação de Processos
CONNECTIONS
Tank([1:N-1]).Outlet to Tank([2:N]).Inlet;
CONNECTIONS
Tank([1:N-1]).Outlet to Tank([2:N]).Inlet;
Model Model -- N Tanques em SN Tanques em Séériesries
CONNECTIONS
Tank(1).Outlet to Tank(2).Inlet;
Tank(2).Outlet to Tank(3).Inlet;
Tank(3).Outlet to Tank(4).Inlet;
...
Tank(N-1).Outlet to Tank(N).Inlet;
CONNECTIONS
Tank(1).Outlet to Tank(2).Inlet;
Tank(2).Outlet to Tank(3).Inlet;
Tank(3).Outlet to Tank(4).Inlet;
...
Tank(N-1).Outlet to Tank(N).Inlet;
Modelagem Básica - 48Modelagem e Simulação de Processos
FlowSheet FlowSheet –– N Tanques em SN Tanques em Séériesries
49Modelagem Básica - 49Modelagem e Simulação de Processos
Modelagem AvanModelagem Avanççadaada
Modelagem Básica - 50Modelagem e Simulação de Processos
Usando Rotinas Externas Usando Rotinas Externas –– PluginPlugin’’ss
Modelagem Básica - 51Modelagem e Simulação de Processos
ExemploExemplo de Plugde Plug--in in -- VRThermVRTherm CCáálculoslculos de de PropriedadesPropriedades
Banco de 
dados com 
cerca de 
2000 
componentes
puros
Predição de 
propriedades
de misturas
Modelagem Básica - 52Modelagem e Simulação de Processos
PlugPlug--in'sin's -- VRThermVRTherm funfunççõesões
Modelos para a 
predição de 
propriedades
puras e de 
misturas
Funções que podem
ser chamadas no 
EMSO
Modelagem Básica - 53Modelagem e Simulação de Processos
Modelagem Básica - 54Modelagem e Simulação de Processos
CorrentesCorrentes MateriaisMateriais
Modelos de correntes disponíveis na EML:
Modelagem Básica - 55Modelagem e Simulação de Processos
Switcher Switcher –– Parâmetros TextuaisParâmetros Textuais
Usando
parâmetros
Textuais em
modelos
O uso do 
comando
switch dentro
do modelo
Modelagem Básica - 56Modelagem e Simulação de Processos
Switcher Switcher –– Parâmetros TextuaisParâmetros Textuais
Escolha do 
usuário
Modelagem Básica - 57Modelagem e Simulação de Processos
Switcher Switcher –– Parâmetros TextuaisParâmetros Textuais
Tomada de 
decisões
independente
da escolha do 
usuário
Modelagem Básica - 58Modelagem e Simulação de Processos
Switcher Switcher –– Parâmetros TextuaisParâmetros Textuais
Tomada de 
decisões
independente
da escolha do 
usuário
59
Modelagem Básica - 59Modelagem e Simulação de Processos
	Contexto Geral
	Interface Gráfica
	Interface Gráfica
	Interface Gráfica
	Estrutura do EMSO : Entidades
	Estrutura do EMSO : Linguagem
	Linguagem - sistema baseado em equações
	Linguagem - sistema baseado em componentes
	Linguagem orientada a objetos
	Modelagem Hierárquica de Sistemas
	Tipos definidos no EMSO – Tipos Base
	Atributos 
	Atributos 
	Descrevendo Modelos Matemáticos - Models
	Tanque de Nível - Exemplo 
	Corrente Material - Modelagem
	Tanque de Nível - Modelagem
	Tanque de Nível - Herança
	Criando um Model
	Criando um Model 
	Criando um Model – Correntes
	Criando um Model – Tanque Básico
	Criando um Model – Tanque Circular
	Criando um Model – Tanque Quadrado
	Diagramas de Processo – FlowSheet
	Tanque de Nível - Criando um FlowSheet
	Tanque de Nível - FlowSheet
	Tanque de Nível - simulação
	Tanque de Nível - simulação
	Tanque de Nível - simulação
	Tanque de Nível - Resultados
	Selecionando uma Região do Gráfico
	Editando Gráficos
	Salvando Gráficos
	Salvando os Resultados
	Salvando os Resultados
	Salvando os Resultados
	Tanques em Séries
	FlowSheet - Tanques em Séries
	Tanques em Séries - Resultados
	Tanques em Séries - Resultados
	N Tanques em Séries - Composição
	Model - N Tanques em Séries
	Model - N Tanques em Séries
	FlowSheet – N Tanques em Séries
	Usando Rotinas Externas – Plugin’s
	Exemplo de Plug-in - VRTherm Cálculos de Propriedades
	Plug-in's - VRTherm funções
	Correntes Materiais
	Switcher – Parâmetros Textuais
	Switcher – Parâmetros Textuais
	Switcher – Parâmetros Textuais
	Switcher – Parâmetros Textuais