G4021423 - Simulación e Optimización (Tecnoloxía Específico, Química Industrial) - Curso 2013/2014

Información

• Créditos ECTS
• Créditos ECTS: 4.50
• Total: 4.5
• Horas ECTS
• Clase Expositiva: 20.00
• Clase Interactiva Laboratorio: 10.00
• Clase Interactiva Seminario: 7.00
• Horas de Titorías: 1.00
• Total: 38.0

Outros Datos

• Tipo: Materia Ordinaria Grao RD 1393/2007
• Departamentos: Enxeñaría Química
• Áreas: Enxeñaría Química
• Centro: Escola Técnica Superior de Enxeñaría
• Convocatoria: 1º Semestre de Titulacións de Grao/Máster
• Docencia e Matrícula: null

Profesores

Nome	Coordinador
MOREIRA MARTINEZ, RAMON FELIPE.	SI

Horarios

Nome	Tipo Grupo	Tipo Docencia	Horario Clase	Horario exames
Grupo CLE01	Ordinario	Clase Expositiva	SI	SI
Grupo CLIL_01	Ordinario	Clase Interactiva Laboratorio	SI	SI
Grupo CLIL_02	Ordinario	Clase Interactiva Laboratorio	SI	SI
Grupo CLIL_03	Horarios	Clase Interactiva Laboratorio	SI	SI
Grupo CLIS_01	Ordinario	Clase Interactiva Seminario	SI	SI
Grupo CLIS_02	Horarios	Clase Interactiva Seminario	SI	SI
Grupo TI-ECTS01	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON
Grupo TI-ECTS02	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON
Grupo TI-ECTS03	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON
Grupo TI-ECTS04	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON
Grupo TI-ECTS05	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON
Grupo TI-ECTS06	Ordinario	Horas de Titorías	NON	NON

Programa

Existen programas da materia para os seguintes idiomas:

Castelán

Galego

Inglés

Obxectivos da materia
A materia “Simulación e Optimización” pretende formar ao alumno na optimización matemática de sistemas relacionados con procesos químicos mediante a aprendizaxe e aplicación de diferentes métodos e ferramentas. Asimismo, plantéase a necesidade do emprego de modelos de natureza matemática para o estudo de estruturas e estratexias de descomposición de sistemas para a análise, simulación e optimización de procesos químicos. Esta materia ten tamén unha serie de obxectivos complementarios, como son o emprego de programas informáticos, simuladores e follas de cálculo. A materia está enfocada ao emprego práctico dos conceptos e métodos que sirven, non so para esta materia, senon tamén para a súa aplicación noutras disciplinas do Grao e a nivel profesional.
Obxectivos específicos
a. Planteamento e creación de modelos que representan procesos industriais reais.
b. Introducción á identificación de estruturas de sistemas. Estratexias de simulación.
c. Formulación do correspondente modelo matemático ante un problema de optimización, que involucra unha función obxectivo con unha ou máis variabeis de diseño, diferentes restriccións (de igualdade e desigualdade) e resolución mediante un algoritmo axeitado (toma de decisións). O modelo ten que ser consistente matemáticamente e resoluble cos medios empregados.
d. Adquisición de fundamentos de algoritmos de optimización e aplicación práctica en operacións e procesos industriais.
e. Manexo dun simulador de procesos químicos.

Contidos
Clases Expositivas

BLOQUE I. Modelos (2 horas)
Tema 1.- PRINCIPIOS DA MODELIZACIÓN (2 horas). Introdución. Definición de sistema. Tipos de modelos. Simuladores. Tipos de variabeis. Graos de libertade dun sistema.

BLOQUE II. Optimización de procesos (12 horas)
Tema 2.- INTRODUCCIÓN Á OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS (2 horas). Funcións obxectivo. Concavidade e convexidade. Métodos analíticos de busca de puntos óptimos. Condicións Karush-Kunt-Tucker (KKT).

Tema 3.- OPTIMIZACIÓN SIN RESTRICCIÓNS (3 horas). Funcións univariabeis: Métodos uniformes e secuenciais. Métodos directos (DSC-Powell) e indirectos (Newton-Raphson). Funcións multivariabeis: Busca directa: Hooke-Jeeves e Nelder-Mead. Busca indirecta: Wegstein e BFGS.

Tema 4.- OPTIMIZACIÓN CON RESTRICCIÓNS (4 horas). Programación lineal: Algoritmo simplex. Análise de sensibilidade. Dualidade. Programación non lineal: método do gradiente reducido xeralizado (GRG) e método complex.

Tema 5.- ANÁLISE DE REDES (3 horas). Grafos. Algoritmo de Dijkstra. Algoritmo Ford-Fulkerson. Método de Vogel. Método húngaro para o problema de asignación. Estratexias CPM e PERT.


BLOQUE III. Análise e simulación de procesos (8 horas)

Tema 6.- ESTRUTURA DE SISTEMAS (1 horas). Sistemas e subsistemas. Matrices asociadas: booleana, de adxacencia, de incidencia e de alcanzabilidade. Identificación de ciclos. Sistemas dispersos. Estratexias de simulación.

Tema 7.-ESTRATEXIA MODULAR SECUENCIAL PARA A SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO (4 horas). Algoritmos para particionado e ordeación. Algoritmos para rotura de ciclos. Algoritmos de converxencia. Ciclos aniñados. Algoritmo de Gundersen.

Tema 8.-ESTRATEXIA ORIENTADA A ECUACIÓNS PARA A SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO (3 horas). Algoritmos para selección de variabeis de deseño. Algoritmos para asignación de variabeis de saída. Singularidade. Algoritmos para particionado e ordeación.

Os Temas 2 a 8 teñen asociado cada un unha clase interactiva de seminario (7 en total para cada un dos 2 grupos) para resolución de problemas (empregando folla de cálculo e Matlab) e dúbidas.

Clases interactiva de laboratorio (10 h, 5 sesións).
SESIÓN 1: EXCEL. Programación lineal. Análise de informes de respostas, sensibilidade e límites.
SESIÓN 2: EXCEL. Problemas de redes e non lineal. Análise de informes de respostas, sensibilidade e límites.
SESIÓN 3: HYSYS. Estrutura, módulos, converxencia, unidades de proceso e lóxicas.
SESIÓNS 4 e 5: HYSYS. Simulación de procesos sin e con presenza de recirculación.

Bibliografía básica e complementaria
BLOQUES I e III
N.J. Scenna (Editor). 1999. “Modelado, Simulación y Optimización de procesos Químicos”. Libro electrónico.
BLOQUE II
R.W. Pike. 1986. “Optimization for Engineering Systems”, Ed. Van Nostrand Reinhold, New York. SIGNATURA: A 151 7

Algoritmos para implementación en Matlab
1. J. Tornero, L. Armesto. 2007. “Técnicas de Optimización”, Ed. UPV, Valencia. SIGNATURA: IOP 107.
2. R.L. Rardin. 1998. “Optimization in Operations Research”, Ed. Prentice-Hall, Upper Saddle River. SIGNATURA: 90 708.
3. M.S. Bazaraa, H.D. Sherali, C.M. Shetty. 2006 “Nonlinear Programming: Theory and Algorithms”, Ed. Wiley, New York. SIGNATURA: 1209 067


Competencias
Competencias específicas
CQ.2.2. Capacidade para a simulación e optimización de procesos e produtos.
CQ.4.1 Capacidade para deseñar, xestionar e operar procedementos de simulación de procesos químicos.
Competencias xerais
CG.3 Coñecemento en materias básicas e tecnolóxicas, que lles capacite para a aprendizaxe de novos métodos e teorías, e lles dote de versatilidade para adaptarse a novas situacións.
CG.4 Capacidade de resolver problemas con iniciativa, toma de decisións, creatividade, razoamento crítico e de comunicar e transmitir coñecementos, habilidades e destrezas no campo da enxeñaría industrial.
Competencias transversais
CT.1 Capacidade de análise e síntese
CT.4 Habilidades para o uso e desenvolvemento de aplicacións informáticas
CT.6 Resolución de problemas
CT.8 Traballo en equipo
CT.13 Capacidade de aplicar os coñecementos na práctica

Metodoloxía da ensinanza
Os contidos teóricos da materia enseñaranse sobre a base de clases expositivas. En cada unha delas, se realizarán preguntas de seguimento da materia en clase para a participación activa por parte do alumno. Empregarase como material de apoio tanto a pizarra como presentacións en PowerPoint que previamente estarán disponibeis para o alumno xunto co programa e boletíns de problemas no Campus Virtual.
Nas clases interactivas de seminario resolveranse problemas propostos nos boletíns de cada tema por parte dos alumnos e do profesor.
Realizaranse prácticas de laboratorio na aula informática para a aprendizaxe de resolución de problemas de optimización en follas de cálculo e de manexo dun simulador de procesos químicos. Nun principio realizarase un ensino pormenorizado sobre aspectos básicos do programa e logo fomentarase a aprendizaxe autónoma por parte do alumno co fin de que descubra utilidades diversas.
Para a parte práctica o alumno entregará en formato electrónico unha memoria de prácticas polo Campus Virtual.
Asimesmo, realizarase un pequeno traballo en grupo sobre a aplicación dun algoritmo de optimización avanzado ou de simulación dun proceso industrial básico.
Como programas informáticos vanse empregar Excel y HYSYS.



Sistema de evaluación
Realizarase un seguimento da aprendizaxe dos estudantes mediante a realización de pequeños traballos de resolución de problemas de forma individual e/ou por grupo. Asimesmo, os estudantes farán un exame de resolución de problemas para a parte teórica e un práctico para o laboratorio que permitirá individualizar a calificación final.
Distribución de la calificación
Exame 60% (45% teoría; 15% práctica)
Traballos/actividades 20%
Titorías 10% (presentación de traballo en grupo).
Informe profesor 5%

Para aprobar é necesario obter como mínimo 5 puntos e 3/10 en cada unha das partes das que consta a avaliación.

A asistencia ás clases prácticas é obrigatoria para superar a materia.

Na convocatoria extraordinaria mantense a puntuación acumulada da avaliación continua.

Os alumnos repetidores poden usar as puntuacións acumuladas de cursos anteriores, se o consideran axeitado, ou participar como un alumno novo. Debe informar da súa decisión ao profesor na primeira quincena de curso.

Tempo de estudo e traballo persoal
Horas presenciais: 38
Horas traballo alumno: 74,5
Totais: 112,5
Recomendacións para o estudo da materia
Os alumnos que se matriculen da materia han de ter unha serie de coñecementos sólidos de matemáticas, balances de propiedade e deseño.

É aconsellable que o alumno teña para a consulta de bibliografía de certo dominio de inglés e ferramentas de follas de cálculo para a resolución de problemas de optimización. Por último, recoméndase o uso das titorías de despacho para a aclaración de dúbidas e conceptos.


Observacións
O idioma empregado será o español.