IMPORTANCIA DEL MODELADO EN LA INDUSTRIA BIOQUÍMICA Y/O QUÍMICA

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IMPORTANCIA DEL MODELADO EN LA INDUSTRIA BIOQUÍMICA Y/O QUÍMICA

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ALUMNA:

Cárdenas Chacón Michelle

Nº DE CONTROL:

18020171

CARRERA:

Ing. Bioquímica

ASIGNATURA:

Instrumentación y Control

DOCENTE:

Hirepan Chávez Cárdenas

Apatzingán, Michoacán. Noviembre de 2020

Introducción.

El modelado de sistemas es una herramienta que es utilizada a menudo en la industria en general, no solo en la química; sin embargo para la industria química representa una gran importancia.

En el presente documento se dará a conocer, antes de destacar la importancia del modelado, una definición de este y sus principales utilidades en la industria.

Dentro del siguiente apartado se podrá encontrar información acerca del uso del modelado en la ingeniería, seguido de la clasificación de los sistemas de simulación que son utilizados generalmente: la simulación cualitativa y cuantitativa y la simulación estacionaria y dinámica.

También se abordará el tema del modelado en la industria química, en este apartado se podrá encontrar a qué está vinculada la simulación de procesos en dicha industria, el orden que se debe seguir al aplicar un simulador en un proceso químico, la diferencia entre un simulador general y uno específico y se mencionarán los tipos de simuladores utilizados en esta área.

Por último se presentará un ejemplo de aplicación del modelado en la industria bioquímica, con enfoque en la industria alimenticia. Dentro de este ejemplo se dan a conocer tres distintos tipos de modelado y sus principales características.

¿Qué es el modelado?

Al hablar de modelado, nos encontramos con el término simulación, lo cual es una herramienta que proporciona un entorno para estudiar el comportamiento dinámico del sistema que se va a estudiar bajo distintas condiciones de operación. En la simulación se utilizan modelos continuos, discretos o combinados como representación del mismo sistema.

El uso de técnicas de simulación que faciliten el diseño, la evaluación de alternativas, la predicción o la toma de decisiones, a partir de un modelo matemático, permite obtener un mayor aprovechamiento de los recursos con los que se cuenta, un incremento en los resultados del proceso, una mejor organización o una mayor formación y comprensión de los procesos.^[1] 

Esta es una de las herramientas más importantes y más interdisciplinarias. El usuario es quien define la estructura del sistema que se planea simular. Mediante un programa de simulación se puede ver el pronóstico para la demanda y utilidad del producto, o ver cuándo puede llegar a fallar un mecanismo en las condiciones adversas del ambiente donde funcionará.

Algunas utilidades concretas que nos proporciona la simulación de procesos son:

• Mejora la competitividad detectando las ineficiencias debidas a la descoordinación entre secciones de una misma planta.
• Anticipa lo que pasaría al alterar el funcionamiento normal de una de las variables presentes.
• Informa de los costes de producción reales por artículo, en el caso de la producción industrial.^[2]

Modelado en ingeniería.

Para resolver un problema en el área de ingeniería, el procedimiento metodológico fundamental consiste en representarlo de manera adecuada para lograr así una sustitución del sistema real, sea este un equipo o un proceso, por uno más adecuado para el tratamiento formal. Las herramientas lógico-matemáticas son las que por lo general nos brindan un marco útil para representar por medio de símbolos y reglas del comportamiento de los sistemas reales.

De acuerdo al método científico, existen leyes y teorías en las distintas ramas del conocimiento, las cuales pueden ser expresadas mediante sistemas de ecuaciones diferenciales. En otros términos, el sistema logra construirse de nuevo, esta vez nosotros conociendo su funcionamiento y sus reglas como resultado de un proceso de abstracción de la realidad. Estas construcciones abstractas son meramente aproximaciones de la realidad, por supuesto, ya que se nos presenta la complejidad de los fenómenos fisicoquímicos, por ejemplo.

Evidentemente no todos los modelos que se presentan pueden ser resueltos fácilmente, las principales dificultades que se plantean son principalmente:

• Encontrar la solución de un sistema de ecuaciones algebraicas no lineales.
• Efectuar la integración numérica de ecuaciones diferenciales ordinarias y en derivadas parciales mediante ecuaciones discretizadas en diferencias finitas que se aproximan a las soluciones de las ecuaciones diferenciales continuas.

Los métodos numéricos son una clase de algoritmos que pueden ser utilizados para resolver una enorme variedad de problemas matemáticos. Se emplean únicamente operaciones lógicas y aritméticas, gracias a esto pueden implementarse fácilmente sobre computadoras digitales.

Al observar la evolución de los diferentes procesos pertenecientes a diversos campos que, al incorporar nuevos métodos y tecnologías en el diseño, han logrado realizar avances en cuanto a alternativas próximas a las óptimas.^[3]

Clasificación de los métodos de simulación.

Las herramientas de simulación pueden ser clasificadas según distintos criterios, por ejemplo, según el tipo de procesos, si involucra el tiempo, si maneja variables estocásticas o determinísticas, variables cuantitativas o cualitativas, entre otros.

Los tipos de herramientas de simulación más utilizados y sus principales características son los siguientes:

• Simulación cualitativa y cuantitativa. La simulación cualitativa tiene como objetivo principal el estudio de las relaciones causales y las tendencias temporales cualitativas de un sistema, de igual manera la propagación de perturbaciones a través de un proceso dado. Se le llama valor cualitativo de una variable, a diferencia del valor numérico o cuantitativo, a su signo; sea este absoluto o bien, con relación a un valor dado o de referencia. Por lo general se trabaja con valores como +, -, 0.

La simulación cuantitativa por su parte, es aquella que describe numéricamente el comportamiento de un proceso, a través de un modelo matemático del mismo. Para esto se procede a la resolución de los balances de materia, energía y cantidad de movimiento, junto a las ecuaciones de restricción que imponen aspectos funcionales y operacionales al sistema.

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