TALLER 1 OPERACIONES UNITARIAS INDUSTRIAL “Experimentación Numérica Aplicada a un Proceso de Destilación Discontinua”

TALLER 1 OPERACIONES UNITARIAS INDUSTRIAL

“Experimentación Numérica Aplicada a un Proceso de Destilación Discontinua”

Viernes 05 abril 2019. 98 puntos. 10%

Académico Julio Inda Fuenzalida

Las preguntas que se señalan a continuación están exclusivamente relacionadas con el paper. (7 puntos c/u).

EN LA PRIMERA HOJA:

EL ENCABEZADO QUE SE SEÑALA A CONTINUACIÓN DEBE ESTAR EN LA PRIMERA PÁGINA DE SU INFORME Y NINGUNA OTRA INFORMACIÓN:

Taller 1: Operaciones Unitarias Industrial

Viernes 05 de abril 2019

“Experimentación Numérica Aplicada a un Proceso de Destilación Discontinua”

Nombre del estudiante: (Coloque su nombre completo)

                            (Coloque su correo electrónico)

EN LA SEGUNDA HOJA:

DESPUÉS DE CADA PREGUNTA COLOQUE SU RESPUESTA. DEBE SEGUIR EL ORDEN DE LAS PREGUNTAS CON SU RESPECTIVA NUMERACIÓN. SE ENTREGA EN LA HORA DE CLASE Y EN LA FECHA SEÑALADA. USE TAMAÑO CARTA. NO SE ACEPTA COPY Y PEGA. NO SE QUEDE EXCLUSIVAMENTE CON EL TEXTO DE ESTE PAPER, USTED DEBE REDACTAR CADA UNA DE LAS RESPUESTAS, INVESTIGUE.

1. ¿Cuáles son las características de la  experimentación numérica?
2. ¿Por qué en este trabajo debe obtenerse datos a partir de procesos reales?
3. ¿Cuál es el esquema de la metodología aplicada en este trabajo?
4. ¿Por qué en este trabajo se requiere el conocimiento de cada una de las etapas?
5. ¿Por qué el o los autores dicen que esta experimentación numérica se ajusta a la metodología científica?
6. ¿Cómo se adquirieron los datos?
7. ¿Cuál es el modelo matemático aplicado en este trabajo y en qué consiste el modelo matemático de la columna?
8. ¿Cómo resuelven las ecuaciones algebro-diferencial?
9. ¿Cuál es el comportamiento de la mezcla utilizada?. Discuta.
10. ¿Cómo realizan la optimización en este trabajo?
11. ¿Cuáles son las expresiones matemáticas para los intervalos de tiempo?
12. ¿Cuál es el comportamiento de las composiciones, en fracción molar?
13. ¿Por qué es importante el elemento control?
14. ¿Dónde puede aplicar lo sugerido y demostrado por los autores?. Explique

Información Tecnológica-Vol. 17 N°1-2005, págs.: 53-59

METODOS NUMÉRICOS

Experimentación Numérica Aplicada a un Proceso de Destilación Discontinua

Numerical Experimentation Applied to Batch Distillation Process

José C. Zavala, Atl V. Córdova, Francisco Anguebes y Juan C. Robles
Universidad Autónoma del Carmen, DES-DAIT, Facultad de Química.

Resumen

Este trabajo presenta un estudio teórico sobre modelado y simulación procesos industriales, ocupando la destilación continua como caso de estudio. Se presenta el concepto de experimentación numérica como una metodología consistente en adquirir datos partiendo del proceso real o de su disponibilidad en la literatura, obtener el modelo matemático del proceso, simular el modelo a través de la resolución del sistema de ecuaciones generado, optimizar el sistema acorde a los requerimientos de operación  e incentivos económicos, y finalmente, analizar los resultados. Se dejan claros los alcances de la experimentación numérica y se aplica la metodología al análisis de un proceso de destilación discontinua considerando su relevancia en la industria química.

Palabras clave: modelado de procesos, experimentación numérica, simulación, optimización

Abstract

This study presents a theoretical approach to modeling and simulation of industrial processes, using batch distillation as an example. The paper presents and discusses the concept of numerical experimentation as a methodology consisting of data collection from the actual process or from the literature, obtaining a mathematical model of the process, simulating the model through the resolution of the system of equations generated, optimizing the system based on  operational requirements and economic incentives, and finally analyzing the results. The scope of numerical experimentation is discussed and the methodology was applied to the analysis of a of batch distillation process, considering its relevance within the chemical industry.

Keywords: process modeling, numerical experimentation, simulation, optimization

INTRODUCCIÓN

A diferencia del concepto de simulación numérica considerado como el trabajo que se realiza para evaluar el comportamiento numérico de un modelo matemático o como una metodología  para el análisis de procesos basada en la construcción de un modelo que describa el comportamiento del sistema (Ríos et al., 2000), la experimentación numérica tiene como finalidad resolver problemas de la ciencia o de la ingeniería mediante la utilización de la computadora (García-Regis y Cruz-Martínez, 2003).

Aún cuando en algunos trabajos (Piboleau et al., 2005; Rahman y Sharif, 2003; Alici y Edgar, 2002) del área se utilizan indistintamente el concepto de simulación y de experimentación numérica para referirse al mismo proceso, la experimentación numérica debe tener una conceptualización más amplia que la simulación, y se puede decir que, ésta última es únicamente una parte del proceso de experimentación numérica, donde a partir de un problema general o particular se puede evaluar el comportamiento del sistema al modificarse alguna o algunas de sus variables.

En un sentido más amplio, lo que se conoce cotidianamente como simulación en realidad muchas veces contempla procedimientos de solución que consideran rubros importantes como la obtención de los modelos y su solución, y en ocasiones una etapa de optimización; algunos de estos pasos los podemos encontrar en trabajos como: Ravikumar et al. (2005), Bolaños et al. (2004) y Dávila y Ortiz (2004), entre otros. Cuando esto sucede, resulta más conveniente utilizar el término de experimentación numérica.

Desde la perspectiva de este trabajo, además de la simple sustitución o cambio de datos para la realización de las  operaciones numéricas, es importante considerar  la obtención de datos a partir del proceso real; etapa donde se deben considerar entre otros elementos, el sistema o proceso que se requiere estudiar, las especificaciones mínimas necesarias de operación y las especificaciones de los productos. Otros elementos básicos son la formulación de los modelos matemáticos a partir del comportamiento termodinámico del sistema, lo cual lleva implícito realizar balances de materia y energía, la utilización de ecuaciones de estado y modelos de solución, análisis de los datos resultantes, y si se considera pertinente se realizan acciones de optimización matemática (Faber et al., 2005). La Figura 1 muestra el esquema generalizado de las etapas que conforman el concepto de experimentación numérica propuesta en este trabajo.

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