Cátedras:
INGENIERIA DE SISTEMAS DE PROCESOS
INGENIERÍA DE SITEMAS DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
Carreras:
INGENIERIA QUÍMICA e INGENIERÍA EN ALIMENTOS
Facultad:
INGENIERIA
Universidad:
NACIONAL DE SAN JUAN
Equipo de Cátedra:
Titular: Dr. Oscar Alberto Ortiz
Asociado: Ing. Ana Cristina Deiana
J.T.P: Ing. Pablo M. Aballay
PROGRAMA ANALITICO Y CRONOGRAMA 2011
MODULO I: Diseño de Procesos. Síntesis de Procesos
Unidad temática 1
Introducción a la Ingeniería de Procesos. Esquema Conceptual de la Ingeniería de Procesos. Síntesis, Análisis y
Optimización dentro de la Ingeniería de Procesos. Definiciones. Sistematización mediante computadora de las
principales etapas de la Ingeniería de Procesos.
Unidad Temática 2
Diseño de Procesos. Aspectos creativos del Diseño de Procesos. Síntesis y Análisis. Método Ingenieril. Niveles
de Diseño en Ingeniería. Aproximación Jerárquica al Diseño Conceptual de Procesos. Integración de Energía.
Trenes de Destilación. Sistemas de Recuperación de Vapor. Diagrama de Flujo Simplificado para Sistemas de
Separación. Estructura de Reciclo del Diagrama de Flujo. Estructura de Entrada - Salida del Diagrama de Flujo.
Jerarquía de decisiones. Método de Douglas. Soluciones Shortcut. Procedimiento de Descomposición para
Procesos Existentes. Ejemplos de Aplicación.
Unidad Temática 3
Síntesis de Proceso. Método de Aproximación Jerárquica. Información de Entrada: información sobre la reacción,
desactivación del catalizador, producción, pureza del producto, materia prima, restricciones, datos sobre
propiedades físicas. Decisión Batch vs. Continuo. Lineamientos para la Selección de Procesos Batch.
Operaciones Múltiples en un Recipiente. Etapas en el Diseño Batch y Continuo. Extensión a procesos fluido –
solido y alimentarios
Unidad Temática 4
Estructura de Entrada-Salida del Flowsheet. Decisiones para la Estructura de Entrada-Salida. Flowsheets
Alternativos. Purificación de Alimentaciones. Recuperación o Reciclo de Subproductos Reversibles. Reciclo de
gas y Purga. Número de Corrientes de Producto. Variables de Diseño. Balance de Materia Global. Costo de
Corrientes. Variables de Diseño. Procedimiento para el Balance Global de Materia. Limitaciones. Tabla de
Corrientes. Costo de las Corrientes. Potencial Económico.
Unidad Temática 5:
Estructura de Reciclo del Flowsheet. Decisiones que determinan la Estructura de Reciclo: número de sistemas
reaccionantes, número de corrientes de reciclo, reactantes en exceso. Balances de Materia de Reciclos.
Heurísticos de Diseño. Efectos Calóricos del reactor: carga calórica del reactor, cambio de temperatura
adiabática, heurísticos para cargas calóricas, uso de carriers. Limitaciones de Equilibrio. Conversión de
Equilibrio. Diseño del Compresor y Costos. Diseño del reactor. Evaluación Económica del Reciclo.
Unidad Temática 6
Sistema de Separación. Estructura General del Sistema de Separación. Cálculos Flash Aproximados. Sistemas
de Recuperación de Vapor. Localización. Tipos de Sistemas de Recuperación de Vapor. Sistema de Separación
Líquida. Colas Livianas. Azeótropos con Reactivos. Aplicabilidad de la destilación. Secuenciamiento de
Columnas. Otros tipos de Separación. Potencial económico. Discusión.
Unidad Temática 7:
Integración Energética. Redes de intercambio Calórico. Mínimo Requerimiento de Calentamiento y Enfriamiento.
Análisis de la Primera Ley. Intervalos de Temperatura. Diagramas en Cascada. Temperatura de Pinch.
Diagramas Entalpía-Temperatura. Mínimo Número de Intercambiadores de Calor. Estimación de Áreas de
Intercambio. Diseño de Redes de Intercambiadores de Calor de Mínima Energía. Ciclos de Calor. Síntesis de
Redes de Intercambio Calórico con Mínimo Número de Intercambiadores. Eliminación de Ciclos de Calor.
MODULO II: Simulación de Procesos en Estado Estacionario
Unidad Temática 8
Simulación de Procesos. Concepto. Tipos de Programas de Simulación. Componentes de un Programa de
Simulación de Procesos en Estado Estacionario. Balances en Diagramas de Flujo. Balances en Equipos.
Cálculos de Reciclos. Generación de Valores de Corrientes Iteradoras. Variables de Diseño. Principales
simuladores comerciales: CHEMCAD, ASPEN - HYSYS, SUPERPRO DESIGNER.
Unidad Temática 9
Sistematización de Diagramas de Flujo. Representación computacional. Preprocesamiento, etapas. Conceptos
de Teoría de Grafos Finitos y Algebra de Boole. Particionado, métodos: Matriz de Adyacencia, Algoritmo de
Kehat - Shacham. Rasgado, criterios de selección de Corrientes de Corte. Algoritmos de Lee y Rudd y Barkley y
Motard. Ordenamiento, Algoritmo de Ordenamiento. Construcción de listas ordenadas de equipos.
Unidad Temática 10
Módulos Básicos de Simulación. Modelación, aspectos físicos y matemáticos. Variables, tipos, grados de libertad
del sistema. Selección de variables de diseño. Algoritmo de Lee, Christensen y Rudd. Ecuaciones involucradas
en los modelos, caracterización. Módulos Básicos. Características de equipos. Tipos. Descripción de Modelos
Básicos de Nodos: equipos de intercambio calórico, procesos de separación, reactores.
MODULO III: Optimización de Procesos
Unidad Temática 11
Introducción a la Optimización. Requerimientos para la aplicación de Métodos de Optimización. Definición de
Límites del Sistema. El Criterio de Perfomance. Las variables Independientes. El Modelo del Sistema. Aplicación
de Optimización en Ingeniería. Aplicaciones en Diseño de Procesos. Aplicaciones en Análisis y Reducción de
Datos. Estructura de los Problemas de Optimización.
Unidad Temática 12
Funciones de una Variable. Propiedades de Funciones de Una Variable. Criterio de Óptimo. Métodos de
Eliminación de Región. Aproximación Polinomial o Métodos de Eliminación de Punto. Métodos que requieren
Derivadas. Comparación de Métodos. Aplicaciones.
Unidad Temática 13
Funciones de Varias Variables. Métodos de Búsqueda Directa. Métodos basados en el Gradiente. Comparación
de Métodos y Resultados Numéricos. Aplicaciones.
PRACTICAS DE GABINETE
SINTESIS DE PROCESOS
1. Síntesis preliminar de Diagramas de Flujo de Proceso Jerarquización de Diagramas de Flujo. Uso de
software matemático POLYMATH.
2. Análisis de Estructura Entrada - Salida. Balance Global de Masa
3. Análisis de Estructura de Reciclo. Configuración de Reactores y Compresores Balances de Masa y
Energía. Potencial Económico
4. Análisis de Estructura de Sistemas de Separación. Topología de Sistema de Separación Líquida y
Recuperación de Vapor. Balances de Masa y Energía. Potencial Económico
5. Integración energética. Síntesis de Redes de Intercambio Calórico. Método Pinch. Uso de simulador
ASPEN PINCH.
SIMULACIÓN DE PROCESOS
6. Programas de Simulación. Confección de Diagramas de Flujo de Información. Preprocesamiento de la
Información. Particionado del Diagrama de Flujo de Información (DFI). Rasgado del DFI. Secuencia de
resolución del DFI
7. Selección de conjunto óptimo de variables de diseño y Secuencia de resolución de un modulo básico
de simulación. Algoritmo de Lee Christensen y Rudd.
8. Uso de los Simuladores CHEMCAD, ASPEN/HYSYS / SUPER PRO DESIGNER para Equipos y
Procesos
OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS
9. Estructura de un Problema de Optimización. Formulación del mismo. Resolución de Problemas
Simples de Aplicación a Procesos. Uso de Solver de Excel.
10. Optimización de condiciones de Operación de Equipos usando Simulador Chemcad.
CRONOGRAMA ACTIVIDADES POR SEMANA
Semana
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Módulos
MODULO I
MODULO II
MODULO III
1
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14
BIBLIOGRAFIA
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por Computadora", Tomos I y II, Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química, Universidad
Nacional del Litoral, 1978.
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DOUGLAS, JAMES M. "Conceptual Design of Chemical Processes", Mc Graw Hill. 1988.
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EDGAR & HINMENBLAU, "Optimization of Chemical Process", Mc Graw Hill, 1988
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FISHWICK, PAUL A., "Simulation Model design and Execution", Prentice Hall International Series in
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LIU, Y. A.; MCGEE, H. A. JR.; EPPERLY, W. R., "Recent Developments in Chemical Process and Plant
Industrial and Systems Engineering. 1995.
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ORTIZ, OSCAR A.; DEIANA, ANA C.; PETKOVIC, LUCIA M. “Apuntes de Cátedra Ingeniería de Proceso”,
San Juan, 2000.
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PETERS M. S.; TIMMERHAUS K. D., "Plant Design and Economics for Chemical Engineers", Mc Graw Hill,
1968.
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Petrides (Eds.), “Bioseparations Science and Engineering”, Oxford University Press. 2003.
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REKLAITIS, G. V.; RAVINDRAN, A. RAGSDELL, K. M., "Engineering Optimization. Methods and
Applications", John Wiley & Sons. 1983.
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ROUSSEAU, R. W., "Handbook of Separation Process Technology", John Wiley and Sons. 1987.
•
RUDD, DALE F.; WATSON, CHARLES C., "Strategy of Process Engineering", John Wiley & Sons, 1968.
•
SEIDER, WARREN D.; SEADER J. D.; LEWIN D. L. " Process Design Principles", John Wiley & Sons, 1998
•
SMITH, "Chemical Process Design" Mc Graw Hill, 1995
•
SCENNA, J. N., Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos (1999)
•
Publicaciones Científicas sobre temas de interés para la Cátedra
Cronograma 2011 - 2º Semestre - Cátedras: INGENIERIA DE SISTEMAS DE PROCESOS (Carrera: Ing. Química) / ING. DE SIST. DE PROCESOS EN LA
IND. ALIMENTARIA (Carrera: Ing. en Alimentos) - Prof. Dr. Oscar Alberto Ortiz
SEMANA
Docente
Aula
FECHA
ACTIVIDAD
1 Ortiz
Ortiz
AC
AC
09-Ago
11-Ago
Ingeniería de Proceso. Diseño de Proceso. Síntesis, Simulación y Optimización
Método de Aproximación Jerárquica para Síntesis de Proceso
2 Ortiz
Ortiz
AC
AC - G
16-Ago
18-Ago
Información de Entrada. Decisión Batch - Continuo
Practica Nº 1
3 Aballay - Ortiz
Aballay.- Ortiz
AC
AC - G
23-Ago
25-Ago
Síntesis de Estructura de Entrada – Salida
Práctica Nº 2
4 Ortiz
Aballay - Ortiz
AC
AC - G
30-Ago
01-Sep
Síntesis de Estructura de Reciclo
Practica Nº 3
5 Ortiz
Aballay - Ortiz
AC
AC - C
06-Sep
08-Sep
Síntesis de Sistema de Separación
Práctica Nº 4
6 Ortiz
Ortiz
AC
AC
13-Sep
15-Sep
Integración Energética. Requerimientos Mínimos de Servicios. Método de Intervalos de Temp.
Síntesis de Redes de IC de Mínima Energía. Síntesis de Redes de IC de Mínimo Nº de Intercambiadores
7 Aballay - Ortiz
Deiana
AC
AC
20-Sep
22-Sep
Practica Nº 5
Simulación de Procesos. Conceptos básicos y clasificación.
8 Deiana.
--------
AC
AC
27-Sep
29-Sep
Componentes de los programas de simulación. Sistematización de diagrama de flujo.
EVALUACIÓN INTEGRATIVA Nº 1.
9 Deiana.
Deiana
AC
AC
04-Oct
06-Oct
Pre-procesamiento de la información. Particionado. Algoritmos correspondientes
Rasgado y Ordenamiento. Módulos Básicos de Simulación
10 Aballay- Deiana
Deiana
AC
AC
11-Oct
13-Oct
Práctica N° 6
Selección de variables de diseño. Algoritmo de Lee Rudd
11 Aballay - Deiana
Aballay - Deiana
AC
AC - C
18-Oct
20-Oct
Práctica Nº 7
Práctica Nº 8
AC
AC
25-Oct
27-Oct
Introducción a la Optimización. Estructura del Problema. Formulación. Ejemplos
Funciones de una y más Variables. Métodos. Aplicaciones en Ingeniería de Proceso
13 -------Aballay - Ortiz
AC
AC – G
01-Nov
03-Nov
EVALUACIÓN INTEGRATIVA Nº 2
Práctica Nº 9
14 Aballay - Ortiz
---------
AC – C
AC
08-Nov
10-Nov
Práctica Nº 10
EVALUACIÓN INTEGRATIVA FINAL
12 Ortiz
Ortiz
AC : Aula C Edificio de Química
G : Gabinete de Computación – C : Cátedra