SIMTELUC 3.0, PROGRAMA MODULAR PARA LA SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS

Transcripción

1 SIMTELUC 3.0, PROGRAMA MODULAR PARA LA SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS Sergio Pérez. Ingeniero Químico de la Universidad Simón Bolívar, Caracas, Venezuela. Master en Ciencias Aplicadas, Université de Sherbrooke, Québec, Canadá. Doctorado en Ingeniería Química, Université de Sherbrooke, Québec, Canadá. Profesor Titular en la Universidad de Carabobo, Coordinador de la Unidad de Investigación en Ingeniería de Procesos de la Escuela de Ingeniería Química. Dirección: Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Carabobo, Barbula, Carabobo. Tlf , Zulay Niño. Ingeniero Químico, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela. Master en Ciencias Aplicadas, Université de Sherbrooke, Québec, Canadá. Doctorado en Ingeniería Química, Université de Sherbrooke, Québec, Canadá. Profesor Titular en la Universidad de Carabobo, Coordinador de la Unidad de Investigación en Ingeniería de Procesos de la Escuela de Ingeniería Química. Dirección: Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Carabobo, Barbula, Carabobo. Tlf María José Llobregat. Ingeniero Civil, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela. Master en Ingeniería Ambiental, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela. Profesor Asociado en la Universidad de Carabobo. Investigador en la Unidad de Investigación en Ingeniería de Procesos de la Escuela de Ingeniería Química. Dirección: Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Carabobo, Barbula, Carabobo. Tlf Katiuska Franceschi. Ingeniero Químico, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela. Master en Ingeniería de Procesos, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela. Profesor Instructor en la Universidad de Carabobo. Investigador en la Unidad de Investigación en Ingeniería de Procesos de la Escuela de Ingeniería Química. Dirección: Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Carabobo, Barbula, Carabobo. Tlf Número de Registro: IV-Pérez-Venezuela-1 Modalidad de Presentación: Póster Palabras Claves: Simulación de procesos, tratamiento efluentes líquidos, Programa de simulación

2 SIMTELUC 3.0, PROGRAMA MODULAR PARA LA SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS INTRODUCCIÓN En la industria química existen procesos en los cuales se hace difícil calcular los balances de masa y de energía de forma manual, para resolver tal problemática en los últimos años se han venido utilizando técnicas de cálculo con la ayuda del computador. Estas técnicas se basan en el uso de diversos lenguajes de programación, a través de los cuales se resuelven los balances; es decir, se realiza la simulación del proceso. Por otra parte, en la actualidad es de suma importancia cuidar el medio ambiente, ya que en los últimos tiempos se ha venido deteriorando, esto trae como consecuencia un desequilibrio en el mismo que trae consigo una disminución de los recursos naturales que tanto aprecia el ser humano. El agua es uno de los recursos naturales que no se escapa a esta realidad, siendo probablemente el recurso natural más importante del mundo, ya que sin éste, no podría existir la vida y la industria no funcionaría. Es así como se ha puesto énfasis en frenar tal problemática, y para ello se han tomado medidas concretas, una de ellas es la creación de plantas de tratamiento para reducir el nivel de contaminación de las aguas industriales a ser desechadas o reutilizadas. El tratamiento del agua es definido como: el proceso de naturaleza físico-química y biológica, mediante el cual se eliminan una serie de sustancias y microorganismos que implican riesgo para el consumo o le comunican un aspecto o cualidad organoléptica no deseables, y la transforma en un agua apta para consumir. Los objetivos que se pretenden con el uso de plantas de tratamiento de aguas son los siguientes: Reducir al máximo la contaminación y sus efectos. Asegurar la protección del medio ambiente y de los seres vivos que en el viven. Garantizar el desarrollo urbano e industrial. En estos últimos años, en la Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela, específicamente en la Unidad de Investigación en Ingeniería de Procesos (U.I.I.P.) de la Facultad de Ingeniería, se han venido desarrollando diferentes programas de simulación (SIMESTUC, SIMTELUC, SIMTEGUC) que permiten la estimación de una manera rápida y confiable de los balances de masa y energía en los diferentes módulos de cálculo (equipos o unidades) que conforman un proceso químico. OBJETIVO DEL TRABAJO En base a lo anteriormente mencionado, el objetivo de este trabajo es desarrollar un programa de simulación de procesos químicos, específicamente aquellos relacionados con el tratamiento de efluentes líquidos, denominado SIMTELUC (versión 3.0); con una librería de módulos de cálculo para los tratamientos de uso común en la industria, que maneje procesos de tratamiento de efluentes con presencia de reciclos (muy comunes en procesos industriales), que además cuente con una base de datos de propiedades fisicoquímicas interconectadas con todas las unidades de cálculo y que disponga de una interfaz gráfica que facilite el uso del programa por parte de los usuarios. METODOLOGÍA Para el cumplimiento de los objetivos planteados y que sustentan el desarrollo del presente trabajo se consideraron los siguientes aspectos metodológicos: Establecimiento de los parámetros que caracterizan a una corriente asociada a procesos utilizados en el tratamiento de aguas residuales, así como los parámetros asociados a los módulos de cálculo a incorporar como parte de la librería inicial del programa, formulación de los modelos matemáticos los cuales

3 describen el funcionamiento de cada uno de los módulos de cálculo y permiten calcular las nuevas características de las corrientes de salida de cada unidad del proceso, la programación en lenguaje Fortran 90 de los módulos de cálculo y su incorporación al programa principal de simulación, y finalmente la creación de una interfaz gráfica, con el objetivo de facilitar la interacción entre el usuario y el programa de simulación. Una vez desarrollado el programa de simulación se realiza la validación del flujo de la información entre el programa principal y los diferentes módulos de cálculo, igualmente se hace la validación de los cálculos de cada módulo realizando un estudio comparativo con los resultados obtenidos mediante el programa comercial SuperPro Designer 4.7. (Intelligen, Inc., 2001). PROGRAMA DE SIMULACIÓN SIMESTUC 3.0 El programa de Simulación para Procesos de Tratamientos de Efluentes Líquidos Industriales de la Universidad de Carabobo, SIMTELUC 3.0, se desarrolló como una herramienta de cálculo para la simulación y diseño de las operaciones unitarias aplicadas en el tratamiento de aguas residuales. El programa se fundamenta en subrutinas que interactúan entre sí durante el proceso de simulación, desarrolladas en dos lenguajes de programación: El lenguaje Delphi 6.0, el cual se utilizó para generar la interfaz gráfica utilizada por el usuario para proporcionar los datos de una manera fácil requeridos por el programa, además de mostrar los resultados de forma clara y manejable; el otro lenguaje de programación utilizado fue Visual Fortran 90, el cual realiza los cálculos para las diferentes unidades durante la simulación del proceso. SIMTELUC 3.0 es un programa modular que permite agregar nuevas unidades de cálculo a su librería ampliando sus áreas de aplicación, teniendo como característica que la misma puede ser llamada más de una vez durante la ejecución del programa. Para el manejo del flujo de la información durante la ejecución de una simulación se generan cuatro archivos que se encargan del almacenamiento de los datos de entrada, los cálculos de la simulación, determinación de la existencia de reciclo y emisión de resultados, los cuales son utilizados mediante una secuencia de pasos lógicos, que se presenta a continuación: Introducción de los datos requeridos para la simulación o diseño, mediante la interfaz gráfica en Delphi 6.0 (SIMTELUC.exe). Generación del archivo Reciclo en caso de existir reciclos en el proceso (RECICLO.txt). Lectura del archivo Reciclo.txt por parte del programa RECICLO.exe, desarrollado en el lenguaje de programación Fortran 90. Ejecución de los algoritmos relacionados con la determinación la secuencia de cálculo y la existencia de reciclo en la simulación. Almacenamiento de los resultados emitidos por RECICLO.exe en el archivo de secuencia de cálculo (Secuencia.txt). Lectura del archivo secuencia (Secuencia.txt) por parte del programa SIMTELUC.exe Generación del archivo de datos (Datos.txt). Lectura del archivo de datos por parte del programa SIMTELUC.exe, el cual se encuentra desarrollado en el lenguaje de programación Fortran 90. Ejecución de los cálculos concernientes a las unidades involucradas. Almacenamiento de los resultados emitidos por SIMTELUC.exe en los archivos de resultados (Resultados.txt y Simula.txt). Lectura de los archivos de resultados y presentación de los mismos mediante la interfaz gráfica en Delphi.

4 El programa SIMTELUC 3.0 posee una librería inicial formada por 14 unidades de cálculo, disponibles al usuario para simular cualquier proceso de tratamiento de agua. La Tabla 1 contiene los módulos de cálculo disponibles en el programa, mas el promotor de convergencia y el controlador de los reciclos. Tabla 1. Módulos de cálculo del programa SIMTELUC 3.0 Reactor biológico por lodos activados Adsorción química Filtro percolador Mezclador Coagulación Floculación Contactor biológico rotativo (Biodisco) Sedimentador primario Filtro Desinfección química Laguna de oxidación Espesamiento de lodos Precipitación química Secador térmico Controlador de reciclo Flotación por aire disuelto (D.A.F.) Promotor de convergencia RESULTADOS OBTENIDOS La manera de comprobar que un programa de computo compuesto por algoritmos de cálculo, que permiten la realización de una simulación, esta bien estructurado y por tanto genera resultados confiables, es a través del estudio comparativo con un sistema patrón y en este trabajo fue utilizado un programa comercial. La Figura 1 presenta una ilustración de la interfaz de trabajo del programa SIMTELUC 3.0. en la que se realiza la simulación de un proceso conformado por un mezclador, conectado a un reactor biológico, otro mezclador para dividir las corrientes y un reciclo al mezclador inicial. Figura 1. Área de trabajo para la simulación del proceso de tratamiento

5 La selección de los componentes de la corriente de alimentación se realiza mediante la ventana que se muestra en la Figura 2. Figura 2. Selección de los componentes en las corrientes Una vez completados el resto de los datos necesarios para realizar la simulación se obtienen los resultados, que se comparan con el simulador comercial SuperPro Designer 4.7 y se muestran en la Tabla 2. Tabla 2. Comparación de resultados del proceso simulado con SIMTELUC 3.0 y SUPERPRO DESIGNER 4.7 Parámetros de resultados a la salida de la unidad de Reactor Biológico SIMTELUC 3.0 Superpro Designer 4.7 % Desviación Volumen del reactor, (L ) ,99 1,3403 Caudal, (L/s ) 143,57 145,4925 1,3197 Flujo másico (kg/s) 143,1 145,732 1,8061 DBO 5, (BOD 5 ) (mg/l) 3.441, ,1555 3,1753 DBO soluble, (BOD u ) (mg/l) 3.962, ,91 2,8326 DQO, (COD) (mg/l) ,0161 0,9575 Sólidos suspendidos totales, (TS), (mg/l) 4.832, ,2708 0,2224 Sólidos suspendidos volátiles, (VSS), (mg/l) ,53 0,2099 En base a la validación del programa se obtuvieron resultados aceptables, presentándose desviaciones promedios inferiores a 3% entre los valores obtenidos por ambos programas. CONCLUSIONES Se desarrolló un programa basado en un enfoque modular secuencial para la simulación de sistemas de tratamiento de efluentes líquidos, el cual dispone de una interfaz gráfica que facilita el uso del mismo. El programa dispone de una base de datos de propiedades físicas y permite la simulación de procesos con la presencia de reciclos, y de una librería de 14 módulos de cálculo.

6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS APONTE, Filiberto y GUTIÉRREZ, Chong Desarrollo de una versión actualizada del programa de simulación de tratamiento de efluentes líquidos (SIMTELUC 2.0). Trabajo Especial de Grado. Universidad de Carabobo, Venezuela DAR y SHUN. Hand Book of Environmental Engineering Calculations. Editorial Mc Graw- Hill. United States HUMENICK, Michael Jr. Water and Wastewater Treatment. Calculations for Chemical and Physical Processes. Editorial Marcel Dekker. New York METCALF y EDDY. Ingeniería de Aguas Residuales Tratamiento, Vertido y Reutilización. Editorial Mc Graw-Hill. México MOTARD, R. L; WESTERBERG, A. W. Exclusive Tear Set for Flowsheets AIChE J. Vol 27, Pag 725, PÉREZ, Sergio y NIÑO, Zulay M. Simulación de procesos en estado estacionario y no estacionario. Trabajo de Ascenso. Universidad de Carabobo, Venezuela RAMÍREZ, Alexis. Desarrollo de un módulo para el análisis de diagramas de flujo para programas de simulación de procesos con un enfoque modular secuencial. Trabajo Especial de Grado. Universidad de Carabobo, Venezuela 2004.