“REPORTE DE INVESTIGACIÓN SOFTWARE EN LA I.Q.”

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS

ÁREA DE CIENCIAS QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS

CARRERA: INGENIERÍAQUÍMICA

MATERIA: PROCESOS DE SEPARACIÓN III

UNIDAD IV: ADSORCIÓN

TRABAJO:

“REPORTE DE INVESTIGACIÓN SOFTWARE EN LA I.Q.”

DOCENTE:

 DRA. LÓPEZ SOTO NATALY

PRESENTA:

BERRELLEZA SANCHEZ CARLOS ANTONIO 15441300

SÁNCHEZ BALDERAS VANESSA JAZMÍN          17441432

19/01/2021

Introducción

La  ingeniería química puede definirse, en una forma amplia y general, como la rama de la ingeniería que se ocupa de la aplicación de las ciencias, como las matemáticas, la química, la física y la biología, en los procesos de conversión de materias primas o sustancias químicas, para la generación de productos más útiles o valiosos, de una manera económica y sostenible.. Al revisar la evolución histórica  se puede observar que los cambios en la disciplina y en los planes de estudio, se han dado como una reacción a los estímulos que este recibe.

Además de enfrentar el dilema histórico de, o cubrir las necesidades de la industria o de incorporar nuevos conceptos científicos en el currículo, ha tenido que responder necesidades de la sociedad en cuanto a seguridad, salud y prevención del entorno. Los rápidos cambios de la industria química, junto con la aparición de nuevos instrumentos científicos, tecnológicos y de enseñanza, constituyeron un reto formidable para la aplicación de nuevas herramientas tecnológicas. La globalización tuvo un fuerte impacto de tal manera que los requerimientos necesarios de hoy en día no son los mismos de hace 15 años, haciendo necesario el conocimiento de manejo de técnicas computacionales y de software como herramienta de gran ayuda en los cálculos y diseño de procesos.

La historia de la Programación está relacionada directamente con la aparición de los computadores, que ya desde el siglo XV tuvo sus inicios con la construcción de una máquina que realizaba operaciones básicas y raíces cuadradas (Gottfried Wilheml von Leibniz); aunque en realidad la primera gran influencia hacia la creación de los computadores fue la  máquina diferencial para el cálculo de polinomios, proyecto no concluido de Charles Babbage (1793-1871)  con el apoyo de Lady Ada Countess of Lovelace (1815-1852), primera persona que incursionó en la programación y de quien proviene el nombre del lenguaje de programación ADA creado por el DoD (Departamento de defensa de Estados Unidos) en la década de 1970. 

Luego los avances en las ciencias informáticas han sido muy acelerados, se reemplazó los tubos al vacío por transistores en 1958 y en el mismo año, se sustituyeron por circuitos integrados, y en 1961 se miniaturizaron en chips de silicio.   En 1971 apareció el primer microprocesador de Intel;  y en 1973 el primer sistema operativo CP/M.  El primer computador personal es comercializado por IBM en el año 1980.

De acuerdo a este breve viaje por la historia, la programación está vinculada a la aparición de los computadores, y los lenguajes tuvieron también su evolución.  Inicialmente se programaba en código binario, es decir en cadenas de 0s y 1s, que es el lenguaje que entiende directamente el computador, tarea extremadamente difícil; luego se creó el lenguaje ensamblador, que aunque era lo mismo que programar en binario, al estar en letras era más fácil de recordar.  Posteriormente aparecieron lenguajes de alto nivel, que en general, utilizan palabras en inglés, para dar las órdenes a seguir, para lo cual utilizan un proceso intermedio entre el lenguaje máquina y el nuevo código llamado código fuente, este proceso puede ser un compilador o un intérprete.

Pero, ¿Qué es un software? Hace referencia a un programa o conjunto de programas de cómputo, así como datos, procedimientos y pautas que permiten realizar distintas tareas en un sistema informático. Un ingeniero químico de igual manera los utiliza ya que son de amplia utilidad en el desarrollo de procesos químicos y resolución de problemas. Dichas aplicaciones para resolver procesos químicos pueden llevarse mediante simuladores, cuya función es interpretar variables de diseño, propiedades termodinámicas, variables de proceso; entre muchos otros factores que toman lugar en la modelación del simulador. Y al mismo tiempo encontramos software dedicado a la modelación técnica y estructural de la localización de los elementos físicos y equipo de plantas industriales, dicho más propiamente diagramas de flujo y diagramas de planta. Lo que usualmente habría sido labor de un trabajo manual y repetitivo con plantillas mecánicas y un excelente pulso, ahora las herramientas computacionales con software dedicado al modelado de plantas, hace que el trabajo sea más accesible y sencillo para el ingeniero químico. No obstante el área de los cálculos científicos o estudios de fenómenos puede ser englobado con software que nuevamente pone al alcance del ingeniero químico la evaluación y recabado de información experimental muy a la mano, herramientas de computo pueden correr simulaciones de fenómenos de carácter estadístico y desplegar su comportamiento en una interfaz visual y de alta definición.

Para el año1981 Aparecen los softwares para la simulación de procesos químicos en PC. Pronto aparecen programas tales como: DESIGN II, ASPEN, SIMSCI (PRO II), HYSIM, CHEMCAD. etc.

Desarrollo

Como ingenieros químicos nos solemos enfrentar a diversos problemas que requieren una solución analítica, gráfica o numérica en la cual se toman en cuenta toda la información retenida a lo largo de la realización profesional. El campo laboral suele ser muy grande por lo cual nos enfrentamos a una variedad de situaciones que no son idénticas las unas a las otras y que necesitan un proceso o tratado especial para obtener lo que se busca de la mejor manera posible con los recursos que contemos.

Podemos diferenciar claramente dos tipos de problemas que destacan mucho en el área labora y académica, los cuales son los problemas de cálculos y de diseño. Los problemas de cálculo tienen una estructura determinada y suelen ser más fácil de establecer y de programar debido a que son específicos y las entradas de las variables son fáciles de intercambiar. También se enuentran los problemas de diseño de sistemas que nos ayudan a obtener un modelado de el proceso de nuestra operación que queremos llevar a cabo.

La adsorción es una de estas operaciones unitarias que lleva a cabo ambos tipos de problemas y como sabemos, la optimización es una parte importante para que nuestros procesos representen una opción viable y provechosa, es por esto que cada vez nos toca observar mas trabajos de estudio que muestran que incorporan diferentes programas para ayudar a acelerar la resolución de este tipo de problemas.

A continuación se mostraran diversos estudios y trabajos realizados en esta área con la ayuda de diversos software en su metodología y como ayudo a las diferentes situaciones.

Modelación de la adsorción de fosfatos

Se   modeló el comportamiento de la adsorción del fosfato en software libre con el que se estimó un tiempo de  saturación del adsorbente de 14 horas. Como conclusiones del trabajo se tiene que los valores de adsorción de fosfatos son mayores con el suelo modificado (92%) que con el suelo natural (40.05%);  la calcinación del suelo proporcionó una reactividad de los compuestos férricos presentes en el adsorbente con un incremento de su área superficial, intercambio catiónico y por ende una mayor adsorción del contaminante.

El proceso de modelamiento sirve para simular o describir el comportamiento de un sistema real complejo mediante ecuaciones para representar las relaciones entre las variables acorde a teorías y principios físicos, químicos implicadas en la adsorción de fosfatos. El modelamiento se realizó en el software libre Vensim PLE 7.0, que permitió visualizar el tiempo al cual el suelo modificado se saturó con los fosfatos presentes en el agua.                                                             Como resultado del modelo se obtuvo la concentración de fosfato en el suelo calcinado vs. el tiempo (Fig. 7) donde se observó que éste se satura completamente  al  cabo  de  14  h.  de  filtrado,  con  una constante  de  equilibrio  de  0,00058  (APHA,  2018)  mg/g representada en la asíntota, correspondiente a la mayor adsorción de fosfato (1,15 mg/L).

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El  modelo  matemático  demostró  que  el  comportamiento del fosfato adsorbido por el suelo modificado se saturará en un tiempo de 14 h. de filtración continua con un  de 0,00058 mg/g como máxima relación de adsorción, lo que permite estimar tiempos de trabajo para su aplicación en campo.

Modelación de fenómenos de adsorción en problemas de flujo y transporte a condiciones controladas de laboratorio.

Metodológicamente se presentan las etapas de desarrollo del modelo de flujo, transporte y de adsorción, y la integración de estos. El ciclo de modelación presentado en este trabajo consiste en la elaboración de un modelo conceptual donde se abstraen las características principales del fenómeno a representar, un modelo matemático donde se formalizan estas abstracciones, mismas que resultan en un sistema de ecuaciones, un modelo numérico donde se discretiza el sistema anterior, y un modelo computacional donde se implementa el sistema discretizado para su resolución. Para validar estos modelos, se desarrollaron soluciones analíticas a partir del modelo matemático bajo ciertas consideraciones. El ´último paso en el proceso es simular el caso de estudio con los datos de entrada deseados. Además de proponer modelos para simular el comportamiento del fenómeno de adsorción en problemas de flujo y transporte, uno de los objetivos de este trabajo es presentar una serie de herramientas para tener un mejor control y entendimiento en el procedimiento de modelación de procesos de transporte y reacción, ya que existen varias complicaciones en su desarrollo.

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