UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULT FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIER ÍA DEPARTA DEPARTAMENTO MENTO DE INGENIERÍA INGENIERÍ A QUÍMICA MATEMÁTICAS ESPECIALES Tarea1 “Ensayo” PROFESOR Rolando Barrera Barrera Presen!a"o #or Carlos Andrés Chavarría IMPORTANCIA DE LOS MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA QUÍMICA
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La ingeniería es el arte de la aproximación; es decir, es la aplicación de un sinfín de concept conceptos, os, términos términos,, condicio condiciones, nes, conside considerac racion iones, es, rangos rangos de aplicac aplicación ión y demás suposiciones y aspectos relevantes de temas específicos que permitan solucionar un problema aplicando herramientas tanto matemáticas como lógicas que a la final representen muy bien el proceso o fenómeno objeto de trabajo !n ingeniería química, hay un gran campo de acción para la aplicación de métodos numéricos, desde la transferencia de masa, de calor y de cantidad de movimiento, pasando también por las termodinámicas, ingeniería de las reacciones químicas, instru instrumen mentac tació ión n y cont control rol de proc proceso esos s hasta hasta llega llegarr al dise" dise"o o de proce proceso sos s y productos !n éste ensayo se pretende mostrar en algunas de las áreas que compo compone nen n la forma formació ción n de un ingen ingenier iero o quími químico co,, la aplica aplicació ción n de método métodos s numéricos y cómo se ve beneficiado el mismo al tener cerca los mismos #uando un ingeniero ingeniero químico está en formación, uno de los primeros cursos de la carr carrer era a que que hace hace énfa énfasi sis s es la mecá mecáni nica ca de flu fluidos idos,, allí allí se anal anali$ i$a a el comportamiento de un fluido seg%n su naturale$a, condiciones de temperatura y presión y se hace énfasis en el régimen de flujo que contiene el mismo, es decir; seg%n seg%n qué qué tipo tipo de flujo flujo tenga tenga el fluido fluido de interé interés, s, tendrá tendrá un compo comporta rtamie mient nto o matemático diferente &'ara qué entonces servirían los métodos numéricos en la mecánica de los fluidos( La respuesta está escondida cuando a los sistemas de int interés rés le falta altan n dato atos y debe ebemos mos asu asumir mir basados en condicio icion nes y consideraciones coherentes qué tipo de flujo tenemos o qué propiedad del sistema se alterará con el objeto que describa correctamente el sistema, para que al final se pueda dise"ar un sistema de tuberías y bombas por el cual transportar nuestro nuestro fluido fluido de interés interés teniendo teniendo en cuenta cuenta los siguien siguientes tes aspectos) aspectos) *ue sea viable viable físicame físicamente, nte, económicame económicamente nte y amigable amigable con el ambiente ambiente,, pero &cómo debo debo suponer( 'ara ello también hay estrategias de solución y basados en los métodos numéricos que permite mediante iteraciones y algoritmos de solución, encontrar una respues respuesta ta al problem problema, a, debe debe resalta resaltarse rse que cada método método numérico numérico está somet sometido ido a condic condicio iones nes parti particul cular ares es a cada cada siste sistema ma de inter interés és por por lo que la selección de un sistema óptimo a la final no es decisión de la matemática sino de quién enfrenta el problema lo que lleva a quién aplica el método numérico el
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA MATEMÁTICAS ESPECIALES Tarea1 “Ensayo” PROFESOR Rolando Barrera Presen!a"o #or Carlos Andrés Chavarría conocimiento de una cantidad enorme de algoritmos para resolver sistemas y saber cuál usar y en qué momento usarlo 'asando a otra rama de la formación de un ingeniero químico se tratará en conjunto la transferencia de masa y de calor, porque anali$ado desde el punto de los fenómenos de transporte tienen un comportamiento muy similar ya que en la transferencia de masa se da la transferencia desde un sitio de mayor potencial químico a otro que se ve traducido en un cambio de concentración y en la transferencia de calor se da desde la misma desde un sitio de mayor temperatura hasta el de menor !n estas ramas los métodos numéricos aparecen cuando debemos crear estrategias para dise"ar equipos que permitan el intercambio de calor como de transferencia de masa, hay una cantidad de equipos para hacer esto, por mencionar algunos tenemos 'ara la transferencia de calor están los intercambiadores de placas, tubos y cora$a, tubos concéntricos, cuartos de enfriamiento, hornos y calderas +ientras que para la transferencia de masa podemos tener, absorbedores, desorbedores, humidificadores, torres de destilación, sistemas de extracción líquidolíquido y lixiviadores por mencionar algunos -odos los equipos que se mencionaron tienen algo en com%n, para dise"arlo debe aplicarse estrategias numéricas ya que por la complejidad de los sistemas, hay involucradas integrales, ecuaciones diferenciales y los valores iniciales para resolver el sistema que deben ser aplicados con criterio ingenieril que permita dise"ar el sistema adecuado para el fenómeno indicado La termodinámica es muy importante en la ingeniería química ya que gobierna principalmente el fenómeno de transferencia de masa para sistemas de separación tanto monocomponentes como multicomponentes, hay muchos sistemas estudiados y permiten trabajar sistemas particulares basados en los mismos y aquellos que no están estudiados poseen sistemas computari$ados que son la aplicación de métodos numéricos por mencionar algunos) ./012#, ./0*.2#, /3-L y 4an Laar que facilitan la determinación de propiedades para sistemas mono y multicomponentes que permiten estudiar el equilibrio, debe resaltarse que para un ingeniero químico el equilibrio es el mayor enemigo, ya que si un sistema está en equilibrio termodinámico no permite la transferencia de masa ni de energía por lo que es obligatorio al igual que los métodos numéricos conocer al enemigo, es decir, hay que conocer muy bien la termodinámica para saber
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA MATEMÁTICAS ESPECIALES Tarea1 “Ensayo” PROFESOR Rolando Barrera Presen!a"o #or Carlos Andrés Chavarría cómo desequilibrar los sistemas favoreciendo siempre el fenómeno que tenemos de interés 1inalmente agruparemos la ingeniería de las reacciones, la instrumentación y control de procesos y el dise"o de procesos y productos #uando se desea dise"ar plantas de producción hay un factor que es muy importante el cual es el espacio disponible para trabajar, si el proceso incluye reacciones primero debemos saber qué tipo de reacción es, qué etapa de reacción es la principal, a qué condiciones es posible la reacción y en qué tipo de reactor se hará, hay métodos numéricos tanto para conocer las propiedades de la reacción como para seleccionar qué configuración de reactoreses es más óptima para llevar a cabo la reacción, es decir cómo pueden estar ubicados los reactores y de qué tipo son que me permitan optimi$ar el espacio disponible para trabajar, cuando un sistema está dise"ado y ubicado correctamente lo ocupa el dise"o de productos y procesos 5para dise"ar equipos hablamos en las transferencias de masa, calor y mecánica de fluidos6, si asumimos que el sistema está dise"ado y ya cumple con los requerimientos de trabajo, debemos agrupar un sistema de equipos que permitan reali$ar el control de un proceso, es decir; que el proceso a medida que transcurra el tiempo sea estable, controlable, manipulable y que con cambios no controlados el sistema siga operando de una manera óptima, esto quiere decir que el sistema no está operando en estado estacionario sino en estado dinámico #uando trabajamos con sistemas dinámicos es demasiado importante aplicar métodos numéricos para describir el sistema, modelarlo, saber en qué puntos el sistema es estable y si no lo es, en caso de que no lo sea, cómo lo vuelvo estable, qué medidores y controladores debo implementar en cada equipo del proceso para controlar todas las variables del sistema que son factores que a la final otorgan #2L0727 al producto y al proceso y como ingenieros químicos competentes debemos generar productos de calidad #abe resaltar nuevamente que los procesos creados por los ingenieros químicos deben ser viables económicamente, físicamente y amigable con el ambiente y también deben ser seguros 'or lo que los métodos numéricos siempre estarán presentes sea en el papel o en soft8ares que permiten la resolución de ecuaciones y problemas específicos de la planta debido al factor tiempo, los sistemas computari$ados facilitan demasiado las interpretaciones de los ingenieros siempre y cuando sean bien interpretados y usados, por ende, también
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA MATEMÁTICAS ESPECIALES Tarea1 “Ensayo” PROFESOR Rolando Barrera Presen!a"o #or Carlos Andrés Chavarría hay que saber programar soft8are, usarlos y entenderlos para sacar el máximo aprovechamiento 9cultos entre una cantidad de procesos y fenómenos están los métodos numéricos, no los vemos pero ahí están, a la espera que llegue el momento oportuno para decirnos) : Míranos, te podemos ayudar , se han mencionado algunos ejemplos que permiten comprender lo lejos que nos permiten llegar los métodos numéricos como estrategia de solución a problemas, lo bonito que es saber, hacer y especialmente hacerlo bien, con cora$ón, con ganas, queriendo cada día mejorar y que cuando logremos la meta tal ve$ no lo agradeceremos directamente a quiénes se encargaron de crear las estrategias de solución ni a quienes se encargan de conservar el legado, tanto ense"ando como mejorando las mismas, pero estarás muy feli$ aquel día que un simple método de solución, te salvó una entera producción
