Propósitos de los Simuladores de Entrenamiento en biorreactores
A partir de la compilación mencionada previamente, se pueden derivar dos grupos de competencias y tareas en los que los simuladores de entrenamiento en biorreactores pueden aplicarse como una herramienta de capacitación eficiente en la formación y educación industrial y académica.
El Grupo 1 comprende aplicaciones donde la mejora del manejo o operación de procesos es el objetivo predominante.
El Grupo II se ocupa de aplicaciones donde la ingeniería y el desarrollo de procesos son respaldados por simuladores de entrenamiento.
Entrenamiento en el Manejo de Procesos en biorreactores
Siempre que se hayan incluido los modelos adecuados, los simuladores de entrenamiento en biorreactores pueden ejecutarse de manera segura, incluso en condiciones operativas inusuales o extremas.
Ofrecen una visión profunda de los subprocesos que participan en el proceso general, lo que permite al personal operativo o de planificación aumentar su conocimiento sobre todo el proceso y conceptos como el ahorro de energía o la sostenibilidad.
Los simuladores de entrenamiento tienen el potencial de profundizar la comprensión general del proceso en cuestión.
Entrenamiento básico en el manejo de operaciones unitarias
En la industria de procesos, se aplica con frecuencia un número relativamente pequeño de operaciones unitarias clave. Una de las operaciones unitarias que más consume energía en las industrias química y petroquímica es el proceso de destilación.
Se han desarrollado simuladores de entrenamiento en biorreactores para esta operación básica, por ejemplo, por Gilles et al., Worny y Jeromin, y Bao.
Debido al acoplamiento de los procesos de transferencia de calor y masa con la dinámica de fluidos dentro de una columna de separación, la dinámica del proceso de destilación es compleja y difícil de entender para los operadores de planta.
Un control deficiente del proceso puede conducir directamente a un aumento de los costos de producción.
El objetivo de los simuladores de entrenamiento en biorreactores para estas operaciones básicas es sensibilizar especialmente a los operadores de planta sobre la complejidad del proceso y practicar estrategias clave de operación del proceso.
Operación estándar de procesos y entrenamiento para la operación completa de la planta
Además de dominar las importantes operaciones unitarias básicas, los operadores de planta deben ser capaces de operar sistemas y plantas completas.
Para una operación estándar segura del proceso, los operadores son capacitados para observar las señales del proceso, atender las alarmas, corregir pequeños cambios activando actuadores apropiados como bombas o válvulas, invocar recetas, y así sucesivamente.
Esta capacitación apunta particularmente a la prevención de una operación negativa o incluso dañina. Esto implica el mal uso de bombas, válvulas, motores y otros agregados, lo que podría provocar la rotura de tuberías o la falla de subsistemas técnicos completos.
Procedimientos de arranque y parada
Procedimientos de arranque y parada seguros y optimizados pueden resultar en tiempos de inicio de operación más cortos, por ejemplo, después de una revisión de la planta, lo cual tiene efectos económicos positivos.
El arranque y la parada de una planta siempre son situaciones especiales para los operadores de planta. Para conocer exactamente la secuencia de estos procedimientos, se puede entrenar el arranque y la parada.
Sin embargo, para entrenar estas fases, los modelos de simulación deben cubrir una amplia gama de puntos de operación de las operaciones unitarias involucradas.
Situaciones excepcionales, mal funcionamiento o incidentes
Situaciones excepcionales, perturbaciones, mal funcionamiento o incluso incidentes peligrosos pueden ocurrir en la mayoría de los procesos químicos o bioquímicos.
Pueden causar daños a dispositivos técnicos, lesionar a miembros del personal, a personas que viven cerca de sitios industriales y dañar el medio ambiente.
Si bien las fallas temporales causan principalmente pérdidas económicas, las perturbaciones de la maquinaria o del sistema periférico combinadas con una operación defectuosa a menudo causan accidentes graves y, posteriormente, las correspondientes pérdidas económicas.
Con los simuladores de entrenamiento, el personal de la planta puede ser capacitado para hacer frente a tales perturbaciones y prevenir accidentes.
Manejo del sistema de control de procesos
Los sistemas de control de procesos suelen ser sistemas de software complejos, conectados a la planta industrial a través de dispositivos de entrada/salida. Incluyen funciones como monitoreo de datos en tanques de almacenamiento, visualización gráfica y numérica de variables de proceso, operación de actuadores como válvulas, bombas, compresores y agitadores, e invocación y administración de recetas.
En la estación de ingeniería del sistema de control de procesos, se pueden ajustar los parámetros del controlador, diseñar nuevas recetas y esquemas automáticos de control de secuencia, ajustar la representación gráfica de las variables de proceso a los requisitos actuales, y así sucesivamente. Incluso este breve resumen de funciones ilustra la complejidad del sistema de control y la necesidad de capacitación para el manejo del sistema de control de procesos.
La capacitación se puede realizar utilizando simuladores muy simples, simplemente cambiando las variables del proceso aleatoriamente.
Una alternativa es el uso de simuladores de entrenamiento en biorreactores en los que se modela el comportamiento real del proceso hasta cierto punto.
La ventaja de este último es el mayor realismo del sistema y la mayor relevancia de la capacitación.