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  • MODELADO, SIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS QUMICOS

    Autor-Editor:

    Dr. Nicols Jos SCENNA

    AUTORES

    Dr. Po Antonio Aguirre

    Dra. Sonia Judith Benz

    Dr. Omar Juan Chiotti

    Dr. H. Jos Espinosa

    Ing. Marta Beatriz Ferrero

    Dr. Jorge Marcelo Montagna

    Ing. Miguel C. Mussati

    Ing. Gustavo Alberto Prez

    Ing. Jorge Rodrguez

    Dr. Hctor Enrique Salomone

    Dr. Alejandro S. M. Santa CruzDr. Enrique Eduardo Tarifa

    Dr. Jorge Vega

  • A la memoria de mi padre.

    A mi esposa Adriana, un agradecimiento

    por su permanente apoyo.

    A mis maestros, colegas y alumnos.

  • AGRADECIMIENTOS:

    - A la Universidad Tecnolgica Nacional y a la Facultad Regional Rosario, que

    apoyaron a travs de sus autoridades, con su permanente aliento, la concrecin de

    esta obra.

    - A los dems autores, que colaboraron desinteresadamente y con gran entusiasmo.

    - A Silvina Antille, Beatriz Gmez y Carlos Ruiz, todos ellos de INGAR, sin cuya

    colaboracin en el mecanografiado y la confeccin de los grficos esta obra nohubiese podido concretarse. Un infinito agradecimiento por su colaboracin ypaciencia.

    - A los becarios y dems integrantes del GIAIQ, Dto. de Ing. Qca. de la UTN-FRR,por su colaboracin y comentarios, y en especial a Miguel Muoz, Gastn Cassaro

    y Vernica Ponzetti.

    - A Alejandro Santa Cruz y Sonia Benz, por su gran ayuda en el ordenamiento finalde texto, ecuaciones y figuras, adems de la supervisin del contenido.

  • SOBRE LOS AUTORES

    Dr. Po Antonio AguirreIngeniero Qumico de la Facultad de Ing. Qumica, Universidad Nacional del Litoral.Doctor en Ingeniera Qumica de la Universidad Nacional de Litoral-Santa Fe.Investigador Adjunto de CONICET en INGAR, Instituto de Desarrollo y Diseo.Profesor Adjunto en la Facultad de Ing. Qumica, Universidad Nacional del Litoral.Dra. Sonia Judith Benz Ingeniera Qumica de la Facultad Regional Rosario, Universidad Tecnolgica Nacional.Doctora en Ingeniera Qumica de la Universidad Nacional del Litoral-Santa Fe.Profesor Adjunto, en la Facultad Regional Rosario, Universidad Tecnolgica Nacional.Dr. Omar Juan ChiottiIngeniero Qumico de la Facultad Regional Villa Mara , Universidad Tecnolgica Nacional.Doctor en Ingeniera Qumica en la Universidad Nacional de Litoral-Santa Fe.Investigador Asistente de CONICET en INGAR, Instituto de Desarrollo y Diseo.Profesor Adjunto en la Facultad Regional Santa Fe, Universidad Tecnolgica Nacional.Dr. H. Jos EspinosaIngeniero Qumico de la Facultad Regional Crdoba, Universidad Tecnolgica Nacional.Doctor en Ingeniera Qumica de la Universidad Nacional del Litoral-Santa Fe.Investigador asistente de CONICET en INGAR, Instituto de Desarrollo y Diseo. Ing. Marta Beatriz Ferrero

    Ingeniera Qumica de la Facultad Regional Villa Mara, Universidad Tecnolgica Nacional.Jefe Trabajos Prcticos de la Ctedra Investigacin Operativa II de la Carrera en Sistema deInformacin-Facultad Regional Santa Fe, Universidad Tecnolgica Nacional. Dr. Jorge Marcelo MontagnaLicenciado en Matemtica Aplicada de la Facultad de Ingeniera Qumica, Universidad Nacionaldel Litoral.Doctor en Tecnologa Qumica de la Universidad Nacional del Litoral-Santa Fe. Investigador Adjunto del CONICET en INGAR, Instituto de Desarrollo y Diseo. Profesor Adjunto en la Facultad Regional Santa Fe, Universidad Tecnolgica Nacional.Profesor Titular en ICES-Sunchales.Ing. Miguel MussatiIngeniero Qumico de la Facultad Regional Villa Mara , Universidad Tecnolgica Nacional.Becario de Perfeccionamiento de CONICET en INGAR, Instituto de Desarrollo y Diseo.

    Ing. Gustavo Alberto Prez

  • Ingeniero Qumico de la Facultad de Ingeniera Qumica, Universidad Nacional del Litoral.Investigador Independiente de CONICET en INGAR, Instituto de Desarrollo y Diseo.Profesor Titular en la Facultad de Ingeniera Qumica, Universidad Nacional del Litoral.Ing. Jorge RodrguezIngeniero Qumico de la Facultad Regional Rosario, Universidad Tecnolgica Nacional.Profesor Titular en la Facultad Regional Rosario, Universidad Tecnolgica Nacional.Dr. Hctor Enrique SalomoneIngeniero Qumico de la Facultad de Ingeniera Qumica, Universidad Nacional del Litoral Doctor en Ingeniera Qumica en la Universidad Nacional del Litoral-Santa FeInvestigador Asistente de CONICET en INGAR, Instituto de Desarrollo y Diseo.Profesor Adjunto en la Facultad Regional Santa Fe, Universidad Tecnolgica Nacional.Dr. Alejandro Santiago M. Santa CruzLicenciado en Fsica de la Facultad de Ciencias Exactas e Ingeniera, Universidad Nacional deRosarioDoctor en Tecnologa Qumica en la Universidad Nacional del Litoral-Santa Fe.Profesor Adjunto en la Facultad Regional Rosario, Universidad Tecnolgica Nacional.Dr. Nicols Jos ScennaIngeniero Qumico de la Facultad Regional Rosario, Universidad Tecnolgica Nacional.Doctor en Ingeniera Qumica de la Universidad Nacional del Litoral - Santa Fe.Investigador Adjunto de CONICET en INGAR, Instituto de Desarrollo y Diseo. Profesor Titular de la Facultad Regional Rosario, Universidad Tecnolgica Nacional.Dr. Enrique Eduardo TarifaIngeniero Qumico de la Facultad de Ingeniera ,Universidad Nacional de Jujuy (UNju).Doctor en Ingeniera Qumica de la Universidad Nacional del Litoral - Santa Fe.Profesor Adjunto en la Facultad de Ingeniera, Universidad Nacional de JujuyInvestigador de CONICET en la Universidad Nacional de Jujuy (UNJu).Dr. Jorge Vega Ingeniero Electricista, Universidad Nacional de la Plata.Doctor en Tecnologa Qumica, Universidad Nacional del Litoral-Santa Fe.Investigador Asistente de CONICET en INTEC, Instituto de Desarrollo Tecnolgico para laIndustria QumicaProfesor Adjunto en la Facultad Regional Santa Fe, Universidad Tecnolgica Nacional.

  • iPROLOGO

    El propsito de esta obra es brindar una introduccin al modelado, simulacin y

    optimizacin de procesos qumicos. Esta idea, que ha madurado desde hace tiempo, se cataliza

    por la necesidad de disponer de bibliografa bsica actualizada con relacin al nuevo programa

    de la carrera de ingeniera qumica implementado recientemente en la Universidad Tecnolgica

    Nacional.

    El contenido y configuracin del libro se han diagramado poniendo nfasis en la

    simulacin de procesos qumicos tanto estacionarios como dinmicos, al mismo tiempo que se

    introduce al lector en reas fundamentales para afrontar la tarea del diseo y modelado integral

    de procesos qumicos. Por otra parte, adems de los modelos de equipos ms convencionales

    o clsicos se incorporan ejemplos especficos en varios campos, enfoque que no es habitual eneste tipo de obras, tratando en nuestro caso de advertir al lector acerca de la necesidad de

    comprender los fundamentos del modelado de procesos, ya que probablemente, y pese a la

    cantidad de simuladores comerciales de propsitos generales existentes o por desarrollarse, en

    su carrera profesional deber enfrentarse a la tarea de implementar su propio prototipo de

    modelo, aunque ms no sea de equipos muy particulares del proceso a analizar.

    Al realizar una obra de este tipo desde el comienzo se tropieza con un problema

    transcendente. Qu reas enfatizar durante su desarrollo?. Es sabido que en la disciplina desimulacin convergen diversas corrientes del saber, como el anlisis de los mtodos numricos

    para la solucin de ecuaciones tanto algebraicas como diferenciales, el modelado de procesos,

    operaciones unitarias y fenmenos de transporte, estimacin de propiedades fisicoqumicas, etc.

    Adems de los fundamentos, resulta claro que el rea informtica est ntimamente

    relacionada con la implementacin de los programas especficos de simulacin, y en particular,

    con los grandes sistemas de simulacin de procesos qumicos en general.

    El campo de los sistemas de informacin aplicados a la ingeniera de procesos ha

    crecido enormemente en esta ltima dcada. Actualmente, el problema principal radica en la

    compatibilidad de todas las herramientas generadas (para las ms diversas aplicaciones y en losentornos ms dismiles), para crear un sistema verstil, eficiente, y capaz de integrar tanto lasherramientas de diseo y simulacin como las de finanzas, mantenimiento, control, supervisin

    del proceso, bases de datos de clientes, stocks, etc. Sin duda, esta es una tarea muy compleja quesi bien evolucionar lentamente, proveer en un futuro cercano una herramienta informtica muy

  • ii

    poderosa para el manejo de procesos tanto en la etapa de diseo como en la de operacin (tiemporeal).

    Dentro de este contexto, cada tem mencionado ms arriba puede por s solo justificarun volumen independiente. El objetivo y aspiracin principal es plantear una sntesis adecuadaque logre introducir al alumno de grado a toda la temtica expuesta, pero enfatizando en el tema

    central del libro, cual es el modelado y simulacin de procesos qumicos.

    Esta obra est fundamentalmente dedicada a la carrera de grado, aunque se encuentra

    en el volumen suficiente material de inters para un curso de posgrado, al menos en los aspectos

    introductorios de varios tpicos esenciales dentro del contexto del modelado y la simulacin de

    procesos qumicos.

    En funcin de lo expuesto, se pretende lograr con esta contribucin, una obra que

    abarque aspectos aunque sea un nivel introductorio de temas muy importantes en el rea de

    la simulacin en ingeniera qumica; no suficientemente abordados al presente por otros textos,

    por ejemplo procesos biolgicos especficos y el tratamiento de procesos batch, ya que laindustria farmacolgica, de alimentos, qumicos en general, y otras muchas, tendrn

    prximamente un protagonismo importante en nuestra regin.

    Abarcar la temtica de simulacin de procesos en un libro de carcter general como

    el presente, sin antes reflexionar