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Gua Docente AS0001-GR0001-PR0001 Asignatura: Simulacin y Optimizacin de Procesos Cdigo: 16569 Centro: Facultad de Ciencias Titulacin: Grado en Ingeniera Qumica Nivel: Grado Tipo: Optativa N de crditos: 6 ECTS

1. ASIGNATURA / COURSE TITTLE

SIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS/ PROCESS SIMULATION AND OPTIMIZATION

1.1. Cdigo / Course Code

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1.2. Materia / Content area

Intensificacin Tecnolgica (Mdulo de Intensificacin)

1.3. Tipo / Type of course

Optativa / Elective

1.4. Nivel / Level of course

Grado / Bachelor

1.5. Curso / Year of course

4 / 4th

1.6. Semestre / Semester

2nd Semestre / 2nd (Summer semester)

1.7. Idioma / Language

Espaol. Se emplea tambin Ingls en material docente / In addition to Spanish, English is also extensively used in teaching material

1.8. Requisitos Previos / Prerequisites

Asignaturas previas recomendadas: Matemticas, Fsica, Qumica, Informtica Aplicada, Ampliacin de Qumica, Termodinmica Qumica Aplicada, Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Energa y Mecnica de Fluidos, Ingeniera Energtica y Transmisin de Calor, Diseo Mecnico de Equipos, Fundamentos de Ingeniera Qumica, Operaciones de separacin, Ingeniera de la Reaccin Qumica, Proyectos de Ingeniera / Previous courses recommended: Mathematics, Physics, Chemistry, Applied Informatics, Chemical Engineering

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Themodynamics, Materials Science and Technology, Fluid Transport, Heat Transfer, Mechanical Design of Equipments, Chemical Engineering Fundamentals, Separation Operations, Chemical Reaction Engineering, Projects in Chemical Engineering

1.9. Requisitos mnimos de asistencia a las sesiones presenciales / Minimum attendance requirement

La asistencia a clases en cualquiera de sus formas es recomendable.

1.10. Datos del equipo docente / Faculty Data

Seccin Departamental de Ingeniera Qumica

Coordinador:

Docente(s) / Lecturer(s): Vctor R. Ferro Fernndez Departamento de / Department of: Qumica-Fsica Aplicada Facultad / Faculty: Ciencias Despacho - Mdulo / Office Module: 01.08.AU.501.2 Telfono / Phone: +34 91 497 7607 Correo electrnico/Email: [email protected].

1.11. OBJETIVOS DEL CURSO /OBJETIVE OF THE COURSE

Contenidos y habilidades especfico(a)s a desarrollar (y evaluar) en la asignatura.

1. Determinar propiedades termo-fsicas, de transporte, datos de equilibrio, etc. para compuestos puros y mezclas, seleccionando el modelo termodinmico adecuado segn la naturaleza del sistema a estudiar y el tipo de operacin a simular.

2. Realizar clculos de instalaciones y operaciones de transferencia de calor y transporte de fluidos.

3. Modelizar operaciones y equipos de separacin, incluyendo columnas de rectificacin, absorcin y extraccin.

4. Efectuar clculos de reactores qumicos, incluyendo la correcta definicin de reacciones simples y complejas.

5. Utilizar modelos de diferentes complejidades para resolver problemas con propsitos, grados de especificacin y de informacin diferentes.

6. Emplear operaciones lgicas, utilidades, extensiones y automatizaciones para enriquecer y facilitar el trabajo de simulacin en diagramas de flujo complejos.

7. Realizar clculos de dimensionado de equipos e instalaciones.

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8. Especificar simulaciones dinmicas a partir de las precedentes simulaciones en estado estacionario.

9. Realizar simulaciones sencillas en rgimen dinmico y de procesos regulados por controladores.

10. Realizar optimizaciones de operaciones y procesos utilizando algoritmos sencillos de optimizacin y herramientas de optimizacin implementadas en los simuladores de proceso comerciales.

Competencias especficas del Plan de Estudio para la formacin de un Graduado en Ingeniera Qumica por la Universidad Autnoma de Madrid a las que contribuye la asignatura:

E1. Aplicar conocimientos de matemticas, fsica, qumica, biotecnologa e ingeniera E2. Analizar sistemas utilizando balances de materia y energa E3. Analizar, modelizar y calcular sistemas con reaccin qumica E4. Evaluar y aplicar sistemas de separacin E5. Disear sistemas de manipulacin y transporte de materiales E6. Dimensionar sistemas de intercambio de energa E7. Simular procesos y operaciones industriales E8. Modelizar procesos dinmicos E9. Integrar diferentes operaciones y procesos E10. Especificar equipos e instalaciones E11. Conocer materiales y productos E12. Seleccionar sistemas de automatizacin y control E13. Realizar estudios bibliogrficos y sintetizar resultados E14. Comparar y seleccionar alternativas tcnicas E24. Aplicar herramientas de diseo, planificacin y optimizacin E25. Planificar investigacin aplicada Competencias transversales del Plan de Estudio para la formacin de un Graduado en Ingeniera Qumica por la Universidad Autnoma de Madrid a las que contribuye la asignatura:

T1. Capacidad de anlisis y sntesis T2. Capacidad de organizar y planificar T3. Comunicacin oral y escrita en la lengua propia T4. Conocimiento de una lengua extranjera T5. Conocimiento de informtica en el mbito de estudio T6. Capacidad de gestin de la informacin T7. Resolucin de problemas T8. Toma de decisiones T9. Trabajo en equipo T12. Habilidades en las relaciones interpersonales T13. Capacidad para comunicarse con personas no expertas en la materia

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T14. Reconocimiento a la diversidad y la multiculturalidad T15. Elaboracin y defensa de argumentos T16. Razonamiento crtico T17. Compromiso tico T18. Capacidad de aplicar los conocimientos en la prctica T19. Aprendizaje autnomo T20. Adaptacin a nuevas situaciones T21. Habilidad para trabajar de forma autnoma T22. Creatividad T24. Conocimiento de otras culturas y costumbres T25. Iniciativa y espritu emprendedor T26. Motivacin por la calidad T27. Sensibilidad hacia temas medioambientales T28. Capacidad de adquirir y aplicar conocimientos procedentes de la vanguardia cientfica.

1.12 . Contenidos del Programa / Course Contents

Tema 1. Generalidades sobre simulacin de procesos. Sistemas de propiedades en simuladores de procesos La simulacin de procesos en la Ingeniera Qumica. Simuladores de proceso comerciales, comparacin entre ellos. Arquitecturas modular secuencial y basada en ecuaciones. Ventajas y desventajas. Modelos termodinmicos en la estimacin de propiedades de sustancias puras y mezclas. Indicaciones para la seleccin de modelos termodinmicos. Los sistemas de propiedades en los simuladores de proceso. Tema 2. Simulacin de operaciones bsicas. Simulacin de operaciones de flujo de fluidos y transmisin de calor. Operaciones de separacin: modelos simplificados y clculo riguroso de columnas. Modelos de reacciones qumicas y reactores. Uso del Aspen Plus y el Aspen HYSYS. Tema 3. Operaciones lgicas, utilidades y automatizaciones. Operaciones lgicas, utilidades, herramientas y automatizaciones en simuladores de proceso. El Aspen Workbook Simulation. Introduccin a su uso. Tema 4. Simulacin de procesos con recirculacin. La funcin Reciclo y la convergencia en simuladores de proceso secuencial modulares. Problemas de convergencia ms frecuentes en simuladores secuencial modulares. Tratamiento al problema de la convergencia.

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Tema 5. Introduccin a la optimizacin de procesos. Necesidad y fundamentos de la optimizacin de procesos. Algoritmos bsicos de optimizacin de procesos. Optimizacin de funciones de una o varias variables con y sin restricciones. Optimizacin de procesos con relaciones no lineales entre las variables. Optimizacin en el diagrama de flujo de un proceso en rgimen estacionario. Uso de las herramientas de optimizacin implementadas en los simuladores Aspen HYSYS y Aspen Plus. Tema 5. Introduccin a la simulacin dinmica de procesos. Necesidad y fundamentos de la simulacin dinmica de procesos. Esquemas de especificacin en simulacin dinmica de procesos. Simulacin dinmica y control de procesos. Simulacin de procesos regulados con controladores PID. Ajuste de de controladores. Control de unidades individuales. Control dinmica de procesos qumicos sencillos.

1.13 . Referencias de Consulta / Recommended Reading.

Aspen ONE (versin 7.3). Manuales y Documentacin. En formato electrnico. 2012.

BIEGLER, L. T.; GROSSMAN, I. E.; WESTERBERG, A. W. Systhematic Methods of Chemical Processes Design. Prentice Hall PTR: New Jersey. 1997.

COHEN, L. Diseo y Simulacin de Procesos Qumicos. 2da. Edicin. Sesur Artes Grficas: Cdiz. 2003.

EDGAR, T. F.; HIMMELBLAU, D. M. Optimization of Chemical Processes. Lavoisier: Paris. 2001.

HYMMELBLAU, D. M. y BISCHOFF, K. B. Anlisis y Simulacin de Procesos. Revert: Barcelona. 1976.

LIPTAK, B. G. Optimization of Unit Operations. Chilton Book Co.: Pensylvania. 1987.

LUYBEN, W. L. Plantwide Dynamic Simulators in Chemical Processing and Control. CRC Press: Boca Ratn. 2002.

ROFFEL, B.; BETLEM, B. Process Dynamics and Control. Wiley: Chichester. 2006.

SCHEEFFLAN, R. Teach yourself the basics of Aspen Plus. AIChE Wiley. 2011.

SEIDER, W. D.; SEADER, J. D. y LEWIN, D. R. Process Design Principles: Synthesis, Analysis and Evaluation. John Wiley & Sons, Inc.: New York. 1999.

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2 Mtodos Docentes / Teaching methods

Actividades presenciales

- Clases tericas: Se dedicarn a desarrollar los contenidos tericos fundamentales de la asignatura. Tendrn un marcado carcter prctico. Formalmente se desarrollarn a travs de ejemplos prcticos donde se combina el tratamiento de los nuevos contenidos con la solucin de problemas concretos relacionados con procesos de inters en la industria qumica a travs del uso directo de los simuladores de proceso.

- Clases prcticas (con medios informticos). Se dedicarn a resolver ejemplos preparados especialmente para el curso y problemas propuestos en hojas de problemas.

Actividades no presenciales:

- Entrega de problemas y casos de estudio que se asignan al final de las clases prcticas correspondientes a cada uno de los temas.

- Docencia en red: materiales didcticos y problemas resueltos.

- Tutoras y foro de discusin virtuales.

En el desarrollo de las actividades no presenciales se aprovecharn las prestaciones que brinda la plataforma Moodle para la presentacin de contenidos y en la comunicacin entre los profesores y los estudiantes y entre los propios estudiantes.

3 Tiempo estimado de Trabajo del Estudiante / Estimated workload for the student

N de horas Porcentaje

Presencial

Clases tericas 28 h (50%)

60h (40%) Clases prcticas 26 h (40%)

Actividades de evaluacin 6 h (10%)

No presencial

Preparacin y realizacin de actividades prcticas y problemas a entregar

38 h (12%)

90h (60%) Estudio semanal (3 hx14 sem) 42 h (28%)

Preparacin del examen 10 h (6,7%)

Carga total de horas de trabajo: 25 horas X 6 ECTS 150 h

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4 Mtodos de Evaluacin y Porcentaje en la Calificacin Final / Assessment Methods and Percentage in the Final marks

Convocatoria ordinaria

Entrega de problemas y casos de estudio (Evaluacin frecuente).. 50% Examen final ... 50% Convocatoria extraordinaria

Entrega de problemas propuestos .... 50% Examen final ... 50% El estudiante que haya participado en conjunto en menos de un 15% de las actividades prcticas y de la evaluacin frecuente ser calificado en la convocatoria ordinaria como No Evaluado.

5 Cronograma de Actividades (opcional) / Activities Chronogram (optional)

Los tiempos establecidos para cada uno de los bloques es aproximado, pudiendo variar ligeramente segn la necesidad de afianzar conocimientos en algn bloque en concreto. Con carcter general, la distribucin sera:

Bloque Temtico Horas de clases

Generalidades sobre simulacin de procesos. 4 CT y 2 CP = 6 h

Simulacin de operaciones bsicas. 6 CT y 6 CP = 12 h

Operaciones lgicas, utilidades y automatizaciones.

4 CT y 4 CP = 8h

Simulacin de procesos con recirculacin. 6 CT y 6 CP = 12 h

Introduccin a la optimizacin de procesos. 4 CT y 4 CP = 8h

Introduccin a la simulacin dinmica de procesos.

4 CT y 4 CP = 8h

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