Jeiveison Gobério Maia, investigador y líder de ingeniería de procesos en el Instituto para la Innovación en Biosintéticos y Fibras de SENAI CETIQT (ISI B&F) comparte su experiencia en simulación de procesos.

SENAI CETIQT (Centro de Tecnologia da Indústria Química e Têxtil do Senai, Centro de Tecnología de la Industria Química y Textil de Senai) es un instituto de investigación y entrenamiento en Brasil que combina educación, tecnología e innovación. Promueve la competitividad y la incorporación de nuevas tecnologías en la industria brasileña a través del intercambio de conocimiento, investigación aplicada e innovación.

¿Cuál es la historia de la simulación de procesos en la trayectoria de ISI B&F hasta ahora?

Senai: Desde el principio, ISI B&F desarrolló simulaciones de procesos químicos industriales para atender las necesidades de las empresas del consejo técnico consultor del SENAI. Esto se amplió con la visión de nuestro gerente, Paulo Coutinho, quien reforzó la necesidad y la importancia de los estudios de viabilidad técnica, económica, financiera y medioambiental en las primeras fases de la innovación. En casi seis años, el grupo de ingeniería de procesos duplicó sus ingresos anuales y, con el apoyo de las soluciones de ingeniería de AspenTech, nuestra cartera actual incluye 46 proyectos, más de 80 diseños conceptuales, más de 200 simulaciones de plantas completas en diferentes procesos y cientos de estudios de viabilidad técnica, económica, financiera y ambiental. La simulación de procesos es clave para apoyar la innovación, y hemos aprovechado el programa de certificación de AspenTech para mejorar las habilidades de nuestro personal.

¿Qué me puede decir sobre los aspectos económicos en los estudios de viabilidad durante las primeras fases de un proyecto?

Senai: El desarrollo y la innovación de procesos químicos o bioquímicos deben incluir el análisis económico y financiero, así como la evaluación medioambiental desde las primeras fases de la investigación, para aumentar las posibilidades de éxito en la implementación industrial. Utilizamos una metodología que incluye herramientas de ingeniería, como Aspen Plus^R, combinado con un análisis técnico y económico en Aspen Process Economic Analyzer (APEA), análisis financiero y evaluación del ciclo de vida, el cual se centra en las variables clave con mayor impacto económico y medioambiental.

Esta metodología contribuye a identificar con éxito las condiciones de operación viables y económicas de los procesos para apoyar la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías.

Dado que SENAI CETIQT ya utiliza Aspen Hybrid Models, ¿puede compartir su opinión sobre el potencial de esta tecnología?

Senai: Aspen Hybrid Models son clave para el funcionamiento y la optimización de plantas químicas industriales. Los modelos híbridos aprovechan la termodinámica rigurosa para simular el proceso con la mayor precisión posible y mejoran los resultados con modelos empíricos construidos a partir de datos operativos. Con esto, permiten actualizar continuamente el digital twin, evitando pérdidas de precisión con el paso del tiempo, observadas comúnmente cuando se utilizan modelos fenomenológicos puros.

En particular, veo un gran potencial de los modelos híbridos en el desarrollo de modelos de procesos, donde se utilizan técnicas de machine learning para describir parámetros fenomenológicos difíciles de entender, tales como los factores preexponenciales de una velocidad de reacción o un coeficiente de transporte entre fases. Hemos utilizado estas herramientas en proyectos de I&D para responder a las necesidades de los clientes de aumentar los márgenes y la productividad mediante el apoyo a la toma de decisiones operativas cotidianas. Aspen Hybrid Models ha ayudado en la optimización de las operaciones, la eliminación rápida de cuellos de botella, la reducción del consumo de servicios auxiliares y el análisis de las métricas de sustentabilidad a través de sensores virtuales.

SENAI CETIQT es uno de los pioneros en la aplicación rigurosa del modelado de simulación en procesos diversificados, como el de la pulpa y el papel. ¿Puede contarnos más sobre cómo empezó eso?

Senai: Brasil se destaca por tener una enorme disponibilidad de biomasa, además de estructuras industriales para recursos forestal que son competitivas a nivel mundial. Sin embargo, todavía no ocupamos una posición líder en el escenario de la bioeconomía debido a la falta de autosuficiencia tecnológica en sectores estratégicos. Tanto para apoyar esto como en alineación con las estrategias de economía circular, la Asociación Técnica Brasileña de Pulpa y Papel (ABTCP, por sus siglas en portugués) solicitó a ISI B&F que evaluara las oportunidades en biorrefinación vinculadas a la industria de la pulpa y el papel.

El equipo de ISI B&F utilizó Aspen Plus para modelar los procesos (pretratamiento de biomasa lignocelulósica, hidrólisis enzimática de residuo y fermentación de glucosa) y Aspen Process Economic Analyzer para estimar los costos de inversión y operación. Con aportaciones y comentarios de las empresas del sector, el digital twin se ajustó a la realidad de la industria brasileña de la pulpa y el papel y proporcionó una representación alternativa de la composición química y las propiedades físicas del eucalipto como materia prima. Los resultados preliminares mostraron que, además de los cuellos de botella tecnológicos en el procesamiento de la madera de eucalipto, los procesos evaluados aún no son totalmente maduros. Esto es cierto incluso en un escenario con procesos a escala industrial con diferentes materias primas, como por ejemplo,  residuos de caña de azúcar.

¿Puede decirnos algo más sobre los proyectos adicionales para procesos de pulpa de papel?

Senai: Dado que las empresas estaban interesadas en una mayor evaluación, el alcance del proyecto se amplió para considerar las oportunidades de biorrefinación mediante la simulación de procesos Kraft, lo que impulsó la colaboración y la Innovación Abierta (Open Innovation).

En la segunda fase del proyecto, además de una planta de producción Kraft para pulpa blanqueada a partir de madera de eucalipto, ISI B&F desarrolló, en colaboración con las empresas patrocinadoras del sector, simulaciones de cuatro procesos de biorrefinación: precipitación de lignina, gasificación, pirólisis y licuefacción hidrotérmica de lodos. Como resultado, desarrollamos una planta virtual basada en Aspen Plus, única en el mundo, para todo el proceso Kraft para producción de pulpa blanqueada de eucalipto.

Las simulaciones del proceso proporcionaron a las empresas participantes del sector forestal herramientas de apoyo para la toma de decisiones a nivel estratégico de inversión, lo que les ayudó a comprender los principales retos y cuellos de botella de una posible integración, al tiempo que evaluaban las oportunidades más adecuadas o ventajosas para sus realidades individuales.

Además, recientemente iniciamos un proyecto de I&D con Eldorado Brasil Celulose. Este proyecto se centra en un digital twin para apoyar la toma de decisiones operativas y la optimización de los KPIs en la planta industrial de producción de pulpa . Los resultados iniciales son muy alentadores, y estamos deseando dar los siguientes pasos.

¿Cómo es que ve su implementación en innovaciones futuras?

Senai: La revolución tecnológica de la Industria 4.0 permite a las empresas ser más eficientes y flexibles al momento de cumplir con los nuevos requisitos y demandas del mercado. Con transformaciones continuas y disruptivas, las simulaciones de procesos son una oportunidad para mejorar la productividad y transformar todos los sectores. La industria química de vanguardia ya está invirtiendo en la automatización de la tecnología y en sistemas de información robustos, pero también en el aumento del rendimiento de todos los procesos de fabricación, distribución, desarrollo e innovación. Durante la innovación y la implementación de nuevas tecnologías, la simulación de procesos desempeña un papel clave en la integración de proyectos, procesos y decisiones con el objetivo de optimizar los indicadores económicos, la reducción del consumo de agua, energía y materias primas, así como el mantenimiento eficaz.

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