[I SSEQ] EMSO – UM SOFTWARE PARA MODELAGEM, SIMULAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS

A simulação de processos é de fundamental importância para a Engenharia Química, uma vez que, a realização de experimentos reais nem sempre se faz possível. O uso de simuladores permite a realização de previsões sobre o comportamento de processos em diferentes condições, o que possibilita desde aumentos de produção e redução de custos até a validação de novos projetos.

 

O mercado tem ofertado uma grande variedade de ferramentas computacionais, apesar da maioria ser protegida por licenças privadas. Neste texto, o foca será no software  EMSO que apesar de não ser um software livre é distribuído sob a licença ALSOC (http://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/Licenca) para fins educacionais e não lucrativos, tendo o mesmo vindo conquistando bastante espaço tanto na indústria quanto nas universidades.
 
O simulador EMSO surgiu como resultado de uma parceria entre universidades e empresas petroquímicas nacionais, tendo sido desenvolvido em 2001, por Rafael de Pelegrini Soares, como parte do seu projeto de Mestrado em Engenharia Química.
EMSO é sigla para a expressão Environment for Modelling, Simulation and Optimisation, e trata-se em um ambiente gráfico que permite a modelagem matemática de processos complexos em regime transiente ou estacionário apenas com a seleção e conecção de modelos (blocos), ou seja, o EMSO possui uma linguagem de programação orientada a objetos (OOP – object-oriented programming). Adicionalmente é possível ainda desenvolver novos modelos utilizando a linguagem de modelagem própria do simulador ou utilizar modelos já existentes a partir do EMSO Model Library (EML), que possui uma série de modelos de equipamentos industriais e é totalmente aberta e personalizável.
A linguagem de modelagem usada pelo EMSO abrange dois níveis: um baseado em equações e outro baseado em componentes. Sendo que esta é composta ainda por três entidades básicas: Models, Devices e Flowsheets.
Um Model consiste na descrição matemática de algum equipamento ou dispositivo real, parte de um processo ou até mesmo de um software, não representando um equipamento concreto e sim uma classe de equipamentos.
O Flowsheet (diagrama de processos) é um diagrama que representa um procedimento ou sistema em forma de passos utilizando-se de conexões por linhas e um conjunto de símbolos. O Device, por sua vez, é a representação de uma peça real do processo estudado. Assim, um Model pode ter diversos Devices com mesma estrutura porém, com algumas diferenças de parâmetros e especificações. A conexão dos Devices forma o Flowsheet, que é a descrição do problema que se deseja resolver. Uma observação importante é que as variáveis conectadas devem estar sempre no mesmo sistema de unidades.
Como o EMSO emprega linguagem OOP, faz-se necessário o conhecimento de alguns conceitos básicos de programação como composição (criação de modelos a partir de submodelos) e herança (reutilização de código).
A interface gráfica do usuário do EMSO (representada na Figura acima) combina desenvolvimento do Model a construção do Flowsheet e a simulação do processo em um único resultado que pode ser visualizado e manipulado. O software é inteiramente escrito em C ++ e não há geração anterior de arquivos intermediários ou etapa de compilação, pois os modelos são convertidos em sistemas de equações na memória. O software possibilita simulações em tempo real e de mais de um fluxograma por vez.
Análise de consistência
A realização do cálculo é sempre precedida por uma análise de consistência, que fornece parâmetros como número de variáveis, de equações, graus de liberdade, condições iniciais e entre outros, estes dados são usados na resolução de um sistema de equações algébrico-diferenciais (DAE), capaz de apontar se houve falha na programação e assim determinar se o programa é consistente e pode ser rodado.
Outras características e funcionalidades do programa:
– Multiplataforma: disponível para Windows e Linux, podendo ser compilado em também em outras plataformas;
– Sistema de plugins onde o usuário pode inserir o código escrito em C, C ++ ou Fortran nos modelos;
– Todos os solucionadores são DLL e o usuário pode até mesmo escrever o seu próprio solver;
– Permite a realização de tarefas dinâmicas nas áreas de simulação, otimização, e estimativa de parâmetros;
– Possibilita análise de sensibilidade, reconciliação de dados e o controle de processo através da comunicação OPC;
– Interface de comunicação CAPE-OPEN;
– Permite exportação de resultados para Excel, OpenOffice/LibreOffice Calc, Matlab e Scilab;
– Possui um pacote termodinâmico.
Download e configuração do EMSO
O processo de instalação do EMSO é bastante simples e requer apenas um endereço de e-mail válido. Para tornar o processo ainda mais fácil segue um passo-a-passo do processo de instalação e configuração:
Passo 1: Acesse a página do Projeto ALSOC: www.enq.ufrgs.br/alsoc
Passo 2: Na seção Downloads, cadastre seu e-mail em ambos os campos pressionando em seguida o botão OK;
Passo 3: Escolha a plataforma: Windows ou Linux;
Passo 4 Escolha a versão mais atual por data;
Passo 5: Execute o arquivo de instalação e siga as instruções;
Como o simulador EMSO se comunica com pacotes de cálculos externos, a instalação do pacote de propriedades termodinâmicas do VRTherm também se faz necessária.
Passo 6: Volte no navegador e selecione o download do VRTherm;
Passo 7: Informe nome de usuário e senha já enviados previamente ao e-mail cadastrado;
Passo 8: Siga os passos 3 a 5 de maneira equivalente para o VRTherm;
Passo 9: Execute o simulador EMSO e selecione o menu “Config” e “Plugin”;
Passo 10: Na opção “New Plugin”, digite PP (letras maiúsculas) no “Type” e encontre o arquivo vrpp.dll (Windows) ou libvrpp.so (Linux);
Passo 11: Click em “Add Plugin” e então em “OK” e reinicialize o simulador para ocorrer o registro deste Plugin;
Passo 12: Na árvore do Explorer do EMSO abra o arquivo Sample_Flowsheet.mso (clicando duas vezes sobre ele) que está localizado no caminho sample/processes. A exploração na árvore é feita através de clicks nos sinais de “+” e “ -”;
Passo 13: Selecione o fluxograma “Sample_Flowsheet” (símbolo de uma coluna de destilação na árvore do Explorer do EMSO) e click no botão “Run” (símbolo de play) para iniciar a simulação.
Apesar de ser um software já concluído, o EMSO tem seu desenvolvimento continuado pelo projeto ALSOC (Ambiente Livre para Simulação, Otimização e Controle de Processos), que visa a padronização e distribuição gratuita de especificações e ferramentas do software.
Caso tenha interesse em se aprofundar mais sobre o assunto o site do projeto ALSOC oferece uma série de informações complementares sobre o programa e um manual explicativo pode ser encontrado no link: http://www.enq.ufrgs.br/alsoc/download/emso/docs/Manual.pdf.
Referências
– SOARES, R. de P.; SECCHI, A. R. EMSO: A New Environment for Modelling, Simulation and Optimisation;
– ZOCRATO, B. W. et al. O Software livre no ensino da Engenharia Química. Departamento de Engenharia Química, UFMG, 2012;
– RODRIGUES, R. MINICURSO DE SIMULADOR EMSO. XVI COREEQ Curitiba, Paraná, 2011;
– DOMINGOS, E. C. F. Interoperabilidade entre ambientes de simulação e projeto de processos da Engenharia Química. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2010;
– Apostila para iniciante em EMSO. Elaborada por Reiner Requião em 2006 e atualizada por Bárbara Braga e Lara Teixeira em 2009. Departamento de Engenharia Química, UFBA;

– SECCHI, A. R.; Jr. E. C. B. Simulador Dinâmico de Processos Orientado por Equações – Instalação. PEQ-COPPE/UFRJ, 2009.

Autor: Sumaia Hottes

Assessora de conteúdo: Stella Felix