Alternativas para a modelagem do ensaio de destilação ASTM D-86

Abstract

A simulação de sistemas dinâmicos vem se tornando uma ferramenta poderosa para avaliar o desempenho operacional de um processo industrial. Ao serem implementados modelos descritivos do equipamento ou planta em um simulador, é possível obter as soluções que descrevem fenomenologicamente o sucesso da disposição do processo, bem como analisar as melhorias que podem ser obtidas mediante otimizações. Tal modelo deve ser suficientemente preciso e simples, considerando apenas as variáveis e equacionamentos relevantes para a análise global do processo, evitando introduzir carga computacional, ou a falta desta, que poderia tornar a solução lenta ou de convergência problemática. Neste trabalho foram propostas e verificadas alternativas para tentar aprimorar o modelo da destilação ASTM D-86 com o objetivo de tornar este ainda mais simples, rápido e robusto, mas ainda preciso. As modificações agiram sobre as correlações empíricas tipicamente utilizadas para o cálculo da taxa de calor liberada pela destilação, visando substituí-las por uma implementação que removesse a incerteza inerente às correlações, melhorando a precisão do modelo e simplificando-o simultaneamente. Um primeiro estudo consistiu em determinar qual valor de taxa térmica corresponde à melhor predição do modelo. Devido a esta abordagem não ter tornado possível obter um valor médio desta taxa para diversas misturas, duas novas foram propostas para estimar a taxa térmica, baseadas em relações aproximadas entre as variáveis contempladas no balanço de energia da região em que o calor é liberado. A primeira abordagem tornou-se necessária porque a segunda e terceira abordagens dependem dos resultados da primeira, ou seja, a I se tornou uma etapa da II e da III e não apenas uma alternativa em separado. Na segunda abordagem, foi proposta uma correlação para a taxa térmica baseando-se na razão entre as entalpias de calor ascendente e a disponível ao sistema, enquanto que a terceira é análoga, porém considerando a diferença absoluta entre estas variáveis. As correlações utilizam os valores de entalpia correspondentes à taxa de calor que leva ao menor erro de predição do modelo, estimadas com a primeira abordagem. A implementação foi bastante satisfatória quando utilizada a segunda abordagem, devido à melhor predição obtida e a possibilidade de reproduzi-la com sucesso para todas as misturas testadas. Como o sistema trabalhado é algébrico-diferencial, foi também iniciada uma implementação que o fizesse conter apenas equações diferenciais ordinárias. No entanto, problemas na convergência e no tempo de simulação levaram à suspeita de que o sistema tenha se tornado rígido, mesmo fornecendo melhoria na precisão para uma das misturas testadas. Para outras, não foi possível determinar um valor ótimo com esta abordagem. Formas de se remover a rigidez e tornar esta segunda abordagem mais flexível, com a elaboração de um sistema puramente contendo equações diferenciais ordinárias, serão estudadas em trabalhos futuros.