Información general de la asignatura

Transcripción

1 Guía del alumno Simulación y optimización de procesos químicos Curso Profesores: Manuel Rodríguez (manuel.rodriguezh@upm.es) Ismael Díaz (ismael.diaz@upm.es) Asignatura troncal Titulaciones- - Ingeniero Químico Créditos ECTS- 6 Curso: Cuarto Información general de la asignatura Objetivo El objetivo es conocer la metodología para desarrollar modelos de unidades de operación y procesos químicos, así como realizar su simulación tanto estacionaria como dinámica. Breve descripción del contenido La asignatura tiene tres líneas de actuación. Una primera línea teórica donde se aborda la metodología para desarrollar modelos así como los teoría y los algoritmos existentes para la resolución de simulaciones estacionarias y dinámicas. Las otras dos líneas son totalmente prácticas, estando una de ellas dedicada a la simulación estacionaria y la otra a la simulación dinámica. El software empleado para la primera es Aspen Plus y para la segunda Matlab.

2 Conocimientos que necesita Tecnología Química: Qué es un proceso químico. Realización de balances de materia y energía, análisis de grados de libertad. Fisicoquímica. Propiedades físicas, métodos principales de cálculo. Equilibrio químico. Cinética química. Operaciones básicas: Principios que rigen el funcionamiento de las operaciones básicas. Reactores: Principios que rigen su funcionamiento y diseño. Fenómenos de transporte, tanto transferencia de materia como de calor. Ecuaciones diferenciales. Métodos básicos de resolución numérica. Capacidades y habilidades que necesita Tener soltura en el manejo de los conceptos relacionados especialmente con operaciones básicas y reactores. Tener soltura en el manejo de los ordenadores y software en general. Conocimientos que aporta Un objetivo importante es ser capaz de plantear un buen modelo del sistema a estudiar. El alumno será capaz de simular y optimizar unidades de proceso y procesos de ingeniería química basados en ecuaciones y principios físicos, así como de analizar los resultados de los mismos. Capacidades y habilidades que aporta. El alumno será capaz de escoger algoritmos apropiados e implementarlos para la simulación de los modelos. El alumno conocerá y será capaz de trabajar con simuladores comerciales. El alumno será capaz de emplear herramientas de simulación y optimización para estudiar y analizar un proceso (o una parte del mismo). El alumno será capaz de formular un problema genérico de optimización y realizar la resolución y análisis de casos particulares como optimización lineal. 2 lorem ipsum :: [Fecha]

3 Programa CONTENIDOS: SIMULACIÓN Teoría-Formular un modelo y conocer los algoritmos para su resolución. Ejercicios prácticos- Mediante el uso de software: Aspen Plus y Matlab OPTIMIZACIÓN Teoría-Nociones básicas. Método Simplex Ejercicios prácticos- Mediante el uso de software Excel Solver 1. MODELADO DE SISTEMAS QUÍMICOS Introducción al modelado y la simulación, teoría general de los sistemas. Modelado de sistemas físicos (ecuaciones de conservación, ecuaciones constitutivas, grados de libertad, etc.) 2. SIMULACIÓN DE PROCESOS EN ESTADO ESTACIONARIO Diagramas de flujo de proceso. Estrategias de resolución. Estrategia secuencial modular. Estrategia orientada a ecuaciones. Simulación estacionaria de procesos químicos mediante el software Aspen Plus. 3. SIMULACIÓN DE PROCESOS EN ESTADO DINÁMICO Simuladores orientados a ecuaciones. Asignación de variables, particionado de un sistema. Estrategias de resolución. Simulación dinámica de unidades básicas en ingeniería química mediante el software Matlab. 4. OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS Conceptos básicos de optimización. Formulación de un problema de optimización. Programación lineal. Método Simplex. Análisis post-optimización. Programación lineal aplicada a procesos químicos mediante el software Excel Solver. Información de la asignatura Apuntes de teoría: presentaciones. Enunciados y soluciones de problemas es Simulación en: docenciasimulación de procesos químicos Optimización en: docenciaoptimizacion

4 Evaluación * Los alumnos con una única parte de las cinco suspensa podrán compensarla si en esa parte tienen una nota de cuatro o más y la puntuación final es igual o superior a cinco puntos. En caso de que la puntuación no llegue a cinco puntos se les aplica el supuesto indicado en el siguiente párrafo. Los alumnos con una única parte suspensa y una calificación en la misma igual o superior a tres puntos podrán realizar un trabajo para aprobar dicha parte. La asignatura se evaluará mediante la realización de cinco exámenes. Tres sobre modelado y simulación y dos sobre optimización. EXÁMENES DE MODELADO Y SIMULACIÓN DE PROCESOS Examen teoría: El examen consta de una serie de preguntas sobre los temas vistos en teoría incluyendo la aplicación de los algoritmos explicados. Para aprobar esta parte es necesario obtener un cinco. Si se suspende uno de los exámenes, en la siguiente convocatoria únicamente tendrá que examinarse de la parte suspensa. Examen simulación estacionaria: Se realizará un examen práctico con ordenador empleando el software Aspen Plus. El examen consiste en la simulación de un proceso químico. Se realizará este examen a mitad de curso, teniendo los alumnos suspensos otra oportunidad en período de exámenes. Para aprobar esta parte es necesario obtener un cinco. No compensa ningún examen*, es necesario obtener un cinco en cada uno de ellos. Examen simulación dinámica: Se realizará un examen práctico con ordenador empleando el software Matlab. El examen consiste en la simulación de una unidad o proceso químico. Se realizará este examen a final de curso, teniendo los alumnos suspensos otra oportunidad en período de exámenes. Para aprobar esta parte es necesario obtener un cinco. La puntuación final de simulación se obtiene aplicando la fórmula: Qs=T*0,3+ExSS*0,35+ExDin*0,35 Siendo: Qs: puntuación final, T: calificación en la parte de teoría, ExSS: calificación en el examen de simulación estacionaria, ExDin: calificación en el examen de simulación dinámica 4 lorem ipsum :: [Fecha]

5 EXÁMENES DE OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS Examen teoría: El examen consta de una parte en la que hay que resolver un problema de optimización empleando el método Simplex y otra con preguntas cortas sobre las nociones básicas de la optimización. Si se suspende uno de los exámenes, en la siguiente convocatoria únicamente tendrá que examinarse de la parte suspensa. Examen práctico: Se realizará un examen práctico con ordenador empleando el software Excel Solver. El examen consiste en la optimizaicón de un proceso químico. Se realizará este examen a final de curso, teniendo los alumnos suspensos otra oportunidad en período de exámenes. Para aprobar esta parte es necesario obtener un cinco. No compensa ningún examen*, es necesario obtener un cinco en cada uno de ellos. La puntuación final de optimización se obtiene aplicando la fórmula: Qo=T*0,5+P*0,5 Siendo: Qo: puntuación final, T: calificación en la parte de teoría, P: calificación en el examen práctico. La puntuación final de la asignatura se obtiene aplicando la fórmula: Q=0,75*Qs+0,25*Qo Siendo: Q: puntuación final, Qs: calificación en la parte de modelado y simulación, Qo: calificación en la parte de optimización.

6 Bibliografía 1. Process Modelling and model analysis. K. Hangos and I. Cameron, 2001, Academic Press 2. Introduction to chemical engineering computing. Bruce A. Finlayson, 2005, Wiley- Interscience 3. Chemical Engineering Dynamics, J. Ingham et al., 2007, Wiley-VCH 4. Modelado, simulación y optimización de procesos químicos. Nicolás J. Scenna et al. EduTecne 5. Process Plant Simulation. B.V. Babu, 2004,Oxford University Press 6. Computational Methods for Process Simulation. W. Fred Ramirez, 1997, Butterworth- Heinemann 7. Conservation equations and modeling of chemical and biochemical processes, Said Elnashaie, P. Garhyan, 2003, Marcel Dekker. 8. Process Modelling, Simulation and Control for Chemical Engineers. W. Luyben,1989, Mc Graw Hill 9. Process Dynamics, Modeling, Analysis and Simulation, W. Bequette, 1998, Prentice Hall 10. Applied Mathematics and Modeling for Chemical Engineers, R. Rice and D. Do, 1995, Wiley & Sons 11. Continuous System Modeling, F. Cellier, 1991, Pergamon Press 12. Numerical Solution of Ordinary Differential Equations for scientists and engineers, L. Fox and D. Mayers, 1987, Chapman and Hall 13. Numerical Solution of Initial-Value Problems in Differential-Algebraic Equations, Petzold, L.R. and Campbell, S.L. and Brenan, K.E., 1996, Siam 14. Engineering Optimization, methods and applications, G.V. Reklaitis et al.,2006, John Wiley and Sons 15. Linear programming: foundations and extensions. R.J. Vanderbei, 2001, Springer 16. Optimization of chemical processes. Edgar, Himmelblau and Lasdon, 2001, Mc Graw Hill 17. Engineering Optimization: Theory and practice. S.S. Rao, 1996, Wiley-Interscience De la bibliografía suministrada del 1 al 13 son referencias para la parte de modelado. Se adecúan a una parte importante de los contenidos los libros del 1 al 9. Para la parte de optimización se consideran especialmente las referencias 14 y 16.