TP9-2016

Facultad de Ingeniería de la UNJu
INTEMI- Italo Palanca N° 10
4600 San Salvador de Jujuy - Argentina
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Trabajo Práctico N° 9
Este trabajo práctico tiene como objetivo hacer que los estudiantes planteen y resuelvan con
Excel, Mathcad y LINGO problema de programación no lineal.
1. Diseñe un tanque metálico cilíndrico con tapa superior (la base es de hormigón) de tal forma
que la estructura pese lo menos posible. La capacidad del tanque debe ser 500 m3. El espesor
de las paredes es de 2 cm. Resuelva el modelo estándar y el de estado empleando Excel y
Mathcad. Resuelva también con LINGO.
2. En un reactor batch se produce la reacción A+2B  C y la reacción C+B  D . Las
velocidades de reacción son:
r1  k1 CA CB2
(1)
r2  k2 CB CC
(2)
2
2
donde k1 = 1.0 l /(mol h) y k2 = 0.5 l /(mol h). Inicialmente, CA = 0.5 mol/l, CB = 1.0 mol/l,
CC = 0.0 mol/l, CD = 0.0 mol/l. Empleando Berkeley Madonna determine por simulación
en qué momento la concentración del producto intermedio C será máxima.
3. En un reactor continuo en estado estacionario se produce la misma reacción que fue
descripta para el reactor batch del punto 2. La corriente de alimentación tiene un caudal de
4 m3/h, con una concentración igual a la concentración inicialmente presente en el reactor
batch. Determine el volumen de reacción para que la concentración del producto intermedio
C sea máxima en la descarga. Resuelva el modelo estándar y el modelo de estado empleando
Excel y Mathcad. Resuelva también con LINGO. ¿Existe alguna relación entre el resultado
obtenido para el reactor continuo con el obtenido para el reactor batch?
4. Un equipo extractor por solvente opera por lotes. La preparación del equipo para cada ciclo
de operación consume 30 minutos. La cantidad M (kg) de producto extraído en un tiempo
de operación t (h) está dada por la siguiente correlación:
M  k 1  et /20 
(3)
2
2
donde k = 10 kg. Diseñe la política de operación del equipo para extraer 150 kg de producto
en el menor tiempo posible.
5. La Figura 1 muestra un sistema que utiliza electricidad para producir agua caliente a
distintas temperaturas. En la Tabla 1, se indican las lecturas registradas por el sistema de
adquisición de datos. Los caudalímetros tienen una desviación estándar igual a 0.1 l/s.
Suponiendo que el sistema está en estado estacionario, utilizando LINGO, realice una
estimación de los valores reales de los caudales.
Simulación y Optimización de Procesos. TP N° 9.
1
FA3, T A3
FA1, T A1
FA2, T A2
FB1, T B1
WA
FB3, T B3
FB2, T B2
FC1, T C1
FC3, T C3
FC2, T C2
WB
WC
Figura 1: Sistema de calefacción y lecturas.
Tabla 1: Lecturas de caudalímetros en l/s.
Equipo
A
B
C
F1
11
8
6
F2
13
9
5
F3
6
5
4
6. En el mismo sistema del punto anterior, se instalaron sensores de temperatura, cuyas lecturas
se listan en la Tabla 2. Los sensores tienen una desviación estándar igual a 0.1 °C. Estime
los caudales y temperaturas del sistema, como así también la potencia consumida por cada
calentador.
Tabla 2: Lecturas de termocuplas en °C.
Equipo
A
B
C
T1
24
32
45
T2
35
42
57
T3
33
43
55
7. Dos corrientes, 1 y 2, se mezclan para dar lugar a la corriente 3. Las corrientes están
constituidas por agua y metanol. La Tabla 3 muestra los valores de las mediciones
realizadas. Estime los valores reales de las correspondientes variables sabiendo que el error
de los caudalímetros es 0.5 m3/h, mientras que el error de los sensores de concentración es
1 mol/l.
Tabla 3: Mediciones en un mezclador.
F (m3/h)
Cmetanol (mol/l)
Corriente 1
10
30
Simulación y Optimización de Procesos. TP N° 9.
Corriente 2
20
10
Corriente 3
27
15
2