Simulación y Optimización

La materia “Simulación y Optimización”, de 4,5 ECTS, se enmarca como materia obligatoria dentro del 4º Curso del Grado en Ingeniería Química, a fin de aportar a los alumnos los fundamentos y habilidades prácticas de la modelización matemática, la simulación y la optimización de procesos químicos. Incluyendo en la modelización y simulación tanto cada unidad de proceso como el proceso en su conjunto, y la optimización de unidades o secciones de proceso.
En cuanto a su relación con el resto de materias del Grado, dado que la modelización matemática de procesos abarca cualquier unidad o proceso de una planta química, existe una interrelación bidireccional entre la materia “Simulación y Optimización” y cualquier otra materia específica del ámbito de la Ingeniería Química incluida en el Grado. De manera que la materia permite traducir a un modelo matemático cualquier sistema de dicho ámbito, simular su comportamiento mediante la resolución del modelo matemático desarrollado, y alcanzar el estado óptimo de dicho sistema. Al mismo tiempo, el modelo matemático desarrollado y su optimización facilita la aplicación de los conocimientos adquiridos en el resto de materias del ámbito de la Ingeniería Química a la simulación, optimización y control de procesos. Siendo, por tanto, una extensión práctica de éstas.
Los objetivos de esta materia se estructuran en tres bloques claramente diferenciados:
1. Modelización matemática de equipos y procesos químicos.
2. Simulación de procesos químicos.
3. Optimización de equipos de procesos químicos.
Dentro de estos objetivos generales, se definen otros más específicos, a saber:
Objetivo 1
- Modelización matemática de unidades de procesos en estado estacionario.
- Modelización matemática de procesos químicos en estado estacionario.
Objetivo 2
- Modelos matemáticos de procesos químicos en estado estacionario: Análisis y estrategias de resolución.
- Aplicación de un simulador de procesos químicos en estado estacionario.
Objetivo 3
- Formulación de problemas de optimización.
- Algoritmos de optimización lineal y no lineal.
- Optimización de unidades y secciones de procesos industriales.

Los contenidos que se desarrollan son los contemplados de forma sucinta en el descriptor de la materia en el plan de estudios del Grado en Ingeniería Química, que indica:
Introducción al análisis y simulación de procesos. Simulación de procesos en estado estacionario. Optimización de procesos industriales. Prácticas: Simulación de equipos y procesos en estado estacionario. Optimización de equipos y procesos.
BLOQUE I.- Modelización y simulación de sistemas
Tema 1.- Introducción al análisis y simulación de procesos.
Tema 2.- Modelización de procesos: Estructura y formulación matemática.
Tema 3.- Análisis de sistemas de ecuaciones.
Tema 4.- Modelización de procesos químicos en estado estacionario. Aplicaciones.
Tema 5.- Grados de libertad, partición, ordenación y seccionamiento.
Tema 6.- Estrategias de resolución de modelos de procesos químicos. Estrategia secuencial modular. Estrategia simultánea.
Tema 7.- Algoritmos de convergencia y búsqueda de soluciones.
BLOQUE II.- Optimización de sistemas
Tema 8.- Problemas de optimización: Naturaleza y organización.
Tema 9.- Formulación general del problema de optimización de un sistema.
Tema 10.- Algoritmos de optimización: Conceptos básicos.
Tema 11.- Algoritmos de optimización sin restricciones. Aplicaciones.
Tema 12.- Algoritmos de optimización con restricciones. Aplicaciones.
BLOQUE III.- Prácticas de simulación y optimización de procesos
Tema 13.- Simulación de un proceso químico.
Tema 14.- Optimización de equipos y procesos químicos.

Bibliografía básica

HIMMELBLAU, D.M., BISCHOFF, K.B., Análisis y simulación de procesos. Editoral Reverté, 1976. ISBN: 84-291-7235-1 .Sinatura: 151.3
EDGAR, T.F., HIMMELBLAU, L.S., LASDON, L.S., Optimization of chemical processes. Ed. McGraw Hill, 2001. ISBN: 978-0070393592.

Bibliografía complementaria
RUDD, D.F., WATSON, Ch.C., Estrategia en ingeniería de procesos. Editorial Alhambra, 1976. ISBN: 84-205-0307-X. Sinatura: 132.1.
BIEGLER, L.T., GROSSMANN, A.W., WESTERBERG, A.W., Systematic methods of chemical process design. Ed. Prentice Hall, 1997. ISBN: 0-13-492422-3. Sinatura: 151 16
REKLAITIS, G.V., RAVINDRAN, A., RAGSDELL, K.M., Engineering Optimization, Ed. John Wiley and sons, 1983. ISBN: 0-471-05579-4. Sinatura: 151.1 6

Se utilizará el Aula Virtual para incorporar la documentación oportuna propia de la materia.

En esta materia el alumno adquirirá o practicará una serie de competencias básicas, generales y transversales, deseables en cualquier titulación universitaria, y específicas, propias de la titulación en particular. Dentro del cuadro de competencias que se diseñó para la titulación, los alumnos deberán alcanzar las siguientes competencias:

BÁSICAS Y GENERALES: CG3, CG4
TRANSVERSALES: CT1, CT4, CT6, CT8, CT13
ESPECÍFICAS: CQ2, CQ4

5.1. Sistema de enseñanza
Esta materia se desarrollará mediante diferentes mecanismos de enseñanza y aprendizaje, como se indica en los siguientes apartados:

MD1. Clases expositivas: Clases expositivas participativas, que introduzcan y desarrollen los conceptos y problemas básicos relacionados con la modelización, simulación y optimización de sistemas.

MD2. Clases interactivas de seminario: Seminarios de problemas, con ejemplos prácticos de la aplicación de la modelización y optimización de sistemas a procesos químicos.

MD3. Clases interactivas de laboratorio: Clases en aula de informática, orientadas a:

1. La aplicación de la simulación de sistemas, mediante un simulador de procesos químicos. Simulación de un proceso químico con Aspen HYSYS. Optimización y análisis de sensibilidad.
2. La aplicación de la optimización de sistemas al diseño óptimo de equipos de procesos químicos.

MD4. Tutorías de grupo: Resolución de problemas, bajo la tutela del profesor.

5.2. Aprendizaje de competencias
Actividad / Competencia A=MD1 B=MD2 C=MD3 D=MD4
CG3 A
CG4 B C D
CT1 A B
CT4 C
CT6 B D
CT8 C
CT13 B C
CQ2 A
CQ4 B C D

6.1. Sistema de calificaciones

La evaluación de la materia incluirá los siguientes sistemas de calificación:

Sistema de calificación Modo de evaluación Peso en la nota global Valor mínimo sobre 10
Examen final Individual 50 % 3,5
Informe del profesor: Participación activa en clases expositivas Individual 5 % -
Actividades en seminarios / tutorías de grupo Individual 15 %
Prácticas en aula de informática (A.I.) Individual y en equipo 30 % -

Las calificaciones de todos los items, en el curso en que el alumno haya cursado la docencia presencial de la materia, excepto el examen final, se conservarán en todas las oportunidades de evaluación de dicho curso. Siendo siempre necesario que en cada nueva oportunidad el alumno realice el examen final de la materia, que recibirá la calificación correspondiente.

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación lo recogido en la “Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións”.

6.2. Evaluación de competencias

Sist. Eval. / Competencia A=Examen B=Participación en clases expositivas C=Actividades en seminarios de problemas / Tutorías de grupo D=Prácticas en A.I.
CG3 A B C
CG4 B C
CT1 A B C
CT4 D
CT6 C
CT8 D
CT13 C D
CQ2 A B C
CQ4 C D

La materia tiene una carga de trabajo de 4,5 ECTS, correspondiendo 1 crédito ECTS a 25 horas de trabajo total, siendo el número teórico total de 112,5 horas. En consecuencia, las horas de trabajo del alumno debes distribuirse como sigue:

ACTIVIDAD FORMATIVA Horas totales presenciales Trabajo autónomo del alumno ECTS

Clases expositivas 20 23
Seminarios 7 10
Aula de informática 10 8
Tutorías de grupo 1 4
Tutorías indiv. 1 2
Subtotal 39 47
Examen 4 22,5
Totales 43 69,5 4,5

Conocimientos previos: Los alumnos que se matriculen en la materia deben haber cursado previamente las siguientes materias del Grado en Ingeniería Química: Transporte de fluidos, Transmisión de calor, Transferencia de materia, Reactores químicos, Ingeniería de procesos.
Habilidades previas: Manejo de paquetes software: Aspen HYSYS, MS-Excel, Matlab.

La materia se imparte en castellano.