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INSTITUTO TECNOLOGICO DE MERIDA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y
BIOQUIMICA
DISEÑO DE LA ESPECIALIDAD DE LA CARRERA
DE INGENIERIA QUIMICA
IQUI-2010-232
ESPECIALIDAD PROCESOS QUIMICOS
IQUE-PQ-2013-1
ELABORADO POR:
Ing. Fernando J. Rivas López. Ing. Herbert B. Loría Sunza.
Ing. Enrique E. Peraza González. Dr. Carlos Reyes Sosa.
Dr. Luis Cuevas Glory. Ing. José L.Giorgana Figueroa.
1. Lic. Martha P. Cobos Díaz. Lic.Claudia R. Villanueva Rosado
Ing. Daniel López Sauri. M.C. Addy Arzápalo Marín
M.C. Luis F. Carrillo Lara. Ing. Angel Panti Canche
2
ÍNDICE
1. DIAGNÓSTICO DE LA REGIÓN 3
1.1 Actividades socioeconómicas por sector y región 3
1.2 Organismos públicos, sociales y empresas privadas que funcionan en la zona
y que tienen influencia en el entorno
7
1.3 Programas y proyectos de desarrollo de estos organismos 10
1.4 Situación actual de la producción de bienes y servicios 12
1.5 Caracterización de los recursos naturales regionales 13
1.6 Perspectivas de desarrollo de los puntos anteriores 15
1.7 Desarrollo de las disciplinas actuales y emergentes en el entorno local,
regional, nacional e internacional, relacionadas con los planes de estudio que
ofrece el Instituto Tecnológico
17
1.8 Necesidades de competencias profesionales en el entorno 19
2. ESTUDIO DE LAS CAPACIDADES DEL INSTITUTO
TECNOLÓGICO
19
2.1 Número de estudiantes del plan de estudios de la estructura genérica 20
2.2 Índices de Reprobación y Deserción 21
2.3 Condiciones socioeconómicas y expectativas de formación y de trabajo de
los estudiantes
22
2.4 Personal Académico 23
2.5 Personal Técnico Administrativo 24
2.6 Infraestructura de Laboratorios 24
3. CONTENIDOS ACTUALES Y PERTINENTES 24
3.1 Elaboración del perfil de la especialidad 26
3.1.1 Antecedentes 26
3.1.2 Objetivo de la carrera de Ingeniería Química 27
3.1.3 Perfil profesional 27
3.1.4 Campo de trabajo del Ingeniero Químico 28
3.2 Definición de la Especialidad 28
3.2.1 Objetivo de la Especialidad 28
3.2.2 Perfil de la Especialidad 28
3.2.3 Aportación al perfil del egresado 28
3.3 Programas de estudio de la especialidad 29
3.3.1 Asignaturas de la Especialidad en Procesos Químicos 29
3.4 Programas de estudio desarrollados por unidades de aprendizaje 30
3.4.1 Análisis Industriales 30
3.4.2 Optimización de Procesos Químicos 42
3.4.3 Modelado de Procesos Químicos 50
3.4.4 Procesos Unitarios 59
3.4.5 Simuladores de Procesos Químicos 75
3.5 Retícula de la carrera de Ingeniería Química con la especialidad de Procesos
Químicos
86
3
1. DIAGNÓSTICO DE LA REGIÓN
1.1 Actividades socioeconómicas por sector y región.
Antecedentes
El mundo actual experimenta cambios que hace años resultaban impensables para la
mayoría. Uno de los más importantes se está gestando en la educación. A diferencia de
nuestros abuelos y nuestros padres, nosotros vivimos un cambio paulatino en el terreno
de la educación desde la década de los setenta y que se inició en Europa. Como parte de
la inercia que vivía el mundo en esos años, académicos de todo el mundo comenzaron a
lanzar fuertes críticas hacia el modelo educativo imperante hasta ese entonces. El
llamado “Conductismo”, modelo que reducía al alumno a un papel pasivo, ha sido
desplazado poco a poco por un modelo acorde a los cambios que la sociedad misma
impone.
Lo que actualmente busca la educación es lograr que los alumnos sean capaces de llegar
al conocimiento de una forma activa. La indagación, la investigación y el desarrollo de
habilidades están siendo los objetivos de la educación en la mayoría de los países.
Acorde a estos cambios, el desarrollo de la tecnología juega un papel fundamental. La
integración de herramientas digitales en las escuelas, permiten que los alumnos
desarrollen mejor su capacidad de “construir” el conocimiento. Precisamente, el
“Constructivismo” es un modelo educativo implementado para lograr que los alumnos
se vuelvan participativos y que sean ellos mismos, junto con el maestro como guía,
quienes encuentren soluciones a los problemas que se les presentan.
El Sistema Nacional de Educación Superior Tecnológica (SNEST):
Está dedicada a la formación de capital intelectual, ético y propulsor capaz de generar,
dirigir y operar proyectos viables y sustentables que transformen la riqueza de las
diversas regiones geográficas de la nación en bienestar de la sociedad mexicana.
Nuestro país en el que más del noventa por ciento de plazas laborables en el sector
formal son generadas por pequeñas y medianas empresas se enfrenta con una
competencia más abierta ante un mundo con una economía cada vez más globalizado,
donde las grandes empresas multinacionales controlan recursos tecnológicos,
comerciales, naturales y financieros. Esto representa un desafío formidable para
México, su economía, sus Instituciones, sus empresas y en general para su población.
En particular la educación debe tener una estrategia, planes y programas que permitan
enfrentar este reto.
Así pues, encontramos que México ocupa el lugar número 48 de 65 en la evaluación de
conocimiento de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo
Económico) y en el tercer lugar de América Latina, sólo por debajo de Chile y Uruguay,
según el informe PISA del 2009.
El problema del analfabetismo se ha reducido de manera importante a partir de 1970
pasando de un 25.8% de analfabetismo en ese año a sólo un 4.5% en el 2005, lo que
coloca al país muy cerca de alcanzar los Objetivos de Desarrollo del Milenio acordados
en la ONU.
4
Como respuesta a esto el Sistema Nacional de Educación Superior Tecnológica diseñó
el Modelo Educativo para el siglo XXI como una estrategia para afrontar con los
mexicanos el desafío que plantean las transiciones demográficas, económicas, políticas
y sociales que marcan el presente y el devenir histórico próximo del país.
El SNEST atiende actualmente a 290,601 alumnos, con una planta de 22,668 profesores
en 208 planteles en 31 estados de la República. Está integrado por 83 Institutos
Tecnológicos Industriales, 22 Institutos Agropecuarios, 6 Institutos Tecnológicos del
Mar y 97 Tecnológicos Descentralizados de los gobiernos de los estados. De los 130
programas de Licenciatura y de los 211 programas de postgrado que ofrece, el 80 %
corresponde a carreras de ingeniería y el resto a programas de administración. En
general el SNEST atiende el 12.15 % del total de la matrícula nacional de educación
superior (el total es de 2´391,258). Teniendo como objetivo la modernización de sus
programas y la actualización de su oferta académica el sistema busca nuevas
alternativas que satisfagan las necesidades actuales y futuras de nuestro país.
Plan de desarrollo del Gobierno del Estado de Yucatán.
El Estado de Yucatán está ubicado en el Sureste de la República, al norte de la
Península de Yucatán; limita al norte con el Golfo de México, al este con el Estado de
Quintana Roo y al Sur este con el Estado de Campeche. Hallándose dentro de la zona
tropical, cuenta con una superficie de 43,379 km2 y un litoral de 378 km. Tiene una
población de 1,955,577 habitantes, con una densidad de 45.08 personas por km2 y una
tasa de crecimiento anual del 1.98 por ciento. Está conformada políticamente por 106
municipios.
Dentro del plan de desarrollo se pretende contar con un sistema educativo al que tengan
oportunidad de acceso todos sus habitantes, independientemente de su edad, condición y
características socioculturales, y que se constituya como una herramienta eficaz en la
formación de seres humanos capaces de participar activamente en la construcción de
una vida social incluyente y respetuosa, dotados de las competencias necesarias para
funcionar en una economía globalizada e interdependiente, que sean y se sientan sujetos
de su propio desarrollo.
Partiendo de la base de que la educación es el proceso social que hace posible que cada
generación desarrolle sus actividades a partir de lo creado por las generaciones
anteriores, y no tenga que reinventar las formas de relacionarse y obtener lo necesario
para la supervivencia. En una sociedad como la nuestra, la educación tiene la triple
función de atender el desarrollo de las capacidades individuales físicas, intelectuales,
artísticas, afectivas, sociales y morales de cada uno de los integrantes de la comunidad,
de fomentar los valores que aseguran una convivencia solidaria y comprometida, es
decir, de formar a los individuos para la ciudadanía, y propiciar el desarrollo de las
competencias que requiere un mercado laboral cada vez más complejo, cambiante y
diversificado.
En Yucatán, la población estudiantil total asciende a 524,738 alumnos, atendidos por
28,889 maestros en 3,652 escuelas, lo que permite alcanzar una cobertura aproximada
del 71.6% en promedio en los distintos niveles educativos. El 89.2% de los alumnos
5
están en instituciones públicas y el 10.8% en instituciones privadas. Para el presente
ciclo escolar, la matrícula total creció a más de 7,300 alumnos en relación con el
anterior. El nivel de educación superior reportó el mayor crecimiento con 14.1%,
seguido por los correspondientes a la educación media superior, secundaria y
preescolar, con 6.2%, 3.1% y 2.2% respectivamente.
Tabla 1. Estudiantes que cursan el bachillerato en el Estado de Yucatán. SEP. Sistema Educativo de los
Estados Unidos Mexicanos. Principales cifras, ciclo escolar 2010/2011. www.sep.gob.mx (Consulta: 31
de enero de 2012).
Sexo Profesional técnico Bachillerato
Hombres 2,602 34,906
Mujeres 2,259 33,758
Tabla 2. Distribución de estudiantes por áreas en el nivel superior en el Estado de Yucatán. Ciclo escolar
2007-2008. ANUIES. Anuario Estadístico 2008. www.anuies.mx (Consulta: 5 de julio de 2011).
Ciencias
agropecua
rias
Ciencias de
la salud
Ciencias
naturales y
exactas
Ciencias
sociales y
administrat
ivas
Educación y
humanidad
es
Ingeniería y
tecnología
Total
1,094 3,906 1,164 2,2575 2,609 12,416 4,3764
Tabla 3. Distribución de estudiantes de posgrado por áreas en el Estado de Yucatán. Incluye especialidad,
maestría y doctorado. ANUIES. Anuario Estadístico 2008. www.anuies.mx (Consulta: 5 de julio de
2011).
Ciencias
agropecuar
ias
Ciencias
de la salud
Ciencias
naturales y
exactas
Ciencias
sociales y
administrativ
as
Educación y
humanidades
Ingeniería y
tecnología
Total
141 622 257 1,389 428 274 3,111
Tabla 4. Estudiantes de Nivel Superior en el Estado de Yucatán. SEP. Sistema Educativo de los Estados
Unidos Mexicanos. Principales cifras, ciclo escolar 2010/2011. www.sep.gob.mx (Consulta: 31 de enero
de 2012).
Sexo Normal
licenciatura
Técnico superior Licenciatura
universitaria y
tecnológica
Posgrado
Hombres 884 2,147 24,620 1,817
Mujeres 2,317 1,490 22,273 1,939
Tabla 5. Porcentaje de absorción de estudiantes. SEP. Sistema Educativo de los Estados Unidos
Mexicanos. Principales cifras, ciclo escolar 2010/2011. www.sep.gob.mx (Consulta: 31 de enero de
2012).
Secundaria Profesional técnico Bachillerato
99.7% 7.5% 95.7%
6
Tabla 6. Escuelas en el Estado de Yucatán por nivel educativo. Esquema general del Sistema Educativo
Nacional (Servicios Educativos Escolarizados). SEP. Sistema Educativo de los Estados Unidos
Mexicanos. Principales cifras, ciclo escolar 2010/2011. www.sep.gob.mx (Consulta: 03 de febrero de
2012).
Preescolar,
Primaria y
Secundaria
Bachillerato y
Técnico
superior
Normal
licenciatura
Licenciatura
universitaria y
tecnológica
Posgrado Total
Yucatán 3249 238 16 105 49 3657
Nacional 226374 13967 466 5060 1906 247773
Necesidad Social.
Uno de los más grandes anhelos de los yucatecos es vivir en un estado con desarrollo
social y humano sostenido, basado en una distribución equitativa de los recursos, que
redunde en mejores condiciones de salud, educación, infraestructura, empleo, recreación
y uso del tiempo libre, en el que la sociedad se caracterice por su intensa participación
en la solución de sus problemas, que respete los derechos humanos, la diversidad y el
medio ambiente.
El nuevo enfoque implica alinear planes, objetivos y estrategias dirigidos a los cuatro
aspectos torales del desarrollo humano, el personal, social, físico y económico.
En materia de educación, está ubicado en el lugar 23 del país con un promedio de 7 años
de escolaridad de la población mayor de 15 años, por debajo de la media nacional de 7.7
años.
La estructura de la población en Yucatán, en la que predominan los grupos de edad con
gente joven, hace impostergable la creación de más y mejores empleos durante los
próximos años, necesidad que involucra mejoras en factores determinantes para el
desarrollo económico como son la educación, salud, infraestructura, investigación y
desarrollo tecnológico y clima de negocios.
El Censo General de Población y Vivienda INEGI 2010, arrojo que en el Estado de
Yucatán se cuenta con 1,955,577 habitantes, cifra que representa el 1.7%
aproximadamente de la población del país. Respecto a la actividad que desempeñan los
jóvenes yucatecos, 30% sólo estudia, mientras tanto, tres de cada 10 jóvenes reportaron
estar únicamente trabajando. Con una población preponderantemente joven 1 de cada 3
habitantes, tiene edades entre 12 y 29 años, de ésta el 10.02 % tiene edad entre 18 y 27
los cuales son principalmente la edad estudiantil de nivel licenciatura. En el año 2009 en
el nivel secundario egresaron 28,636 alumnos y 15,342 en el nivel bachillerato en el
Estado de Yucatán, os cuales demandaran servicios de estudios superiores, si además se
considera el índice de crecimiento en la última década es de 1.179 la proyección del
aumento en el año 2020 se esperan 2,300,000 habitantes en el Estado, de los cuales e
alrededor de 18,000 serán egresados del bachillerato y estos estarán demandando
servicios de licenciatura. No se puede dejar de señalar factores cualitativos que influirán
en la composición de la población económicamente activa para el futuro, tales como una
incorporación más decidida de la mujer a la actividad empresarial y la difusión de una
nueva cultura empresarial.
7
Tabla 7. Porcentajes de eficiencia terminal por nivel educativo en el Estado de Yucatán y Nacional. Curso
escolar 2011-2012. SEP. Sistema Educativo de los Estados Unidos Mexicanos. Principales cifras, ciclo
escolar 2010/2011. www.sep.gob.mx (Consulta: 31 de enero de 2012).
Primaria Secundaria Profesional
técnico
Bachillerato
Yucatán 95.5 81.3 52.5 59.2
Nacional 95.0 82.9 46.1 65.3
Necesidad Económica.
Se desea convertir a Yucatán en un Estado competitivo, en términos de desarrollo
empresarial, con un crecimiento económico sustentable, equilibrado e incluyente con
alto sentido de responsabilidad social que incorpore vocaciones, habilidades,
infraestructura y recursos naturales de sus regiones haciéndolo altamente atractivo para
la inversión.
Subsisten algunos factores de impacto negativo que inhiben el desarrollo económico de
Yucatán, tales como el bajo nivel educativo de la fuerza laboral, y en algunos casos de
la empresarial, la falta de innovación y de cultura de calidad, tecnología y diseños
obsoletos y carencia de insumos a precios competitivos, lo que resulta en una baja
competitividad de las empresas y en salarios poco remunerativos e inferiores al
promedio nacional para los trabajadores. Las pequeñas y micro empresas del Estado no
se han podido consolidar debido a problemas de comercialización, esquemas
reguladores excesivos, inadecuado sistema de financiamiento y complejo régimen
fiscal; mientras que en el comercio existen problemas de información insuficiente de
mercados y competencia desleal a través del contrabando, falsificaciones y comercio
informal. A su vez, en el turismo falta planeación y posicionamiento, definición de
nichos de mercado y una mayor promoción a nivel nacional e internacional.
La visión del Gobierno del Estado es convertir a Yucatán en un Estado competitivo, en
términos de desarrollo empresarial, con un crecimiento económico sustentable,
equilibrado e incluyente, con alto sentido de responsabilidad social que incorpore
vocaciones, habilidades, infraestructura y recursos naturales de sus regiones haciéndolo
altamente atractivo para la inversión.
1.2 Organismos públicos, sociales y empresas privadas que funcionan en la zona y
que tienen influencia en el entorno.
Instituto Tecnológico de Mérida (ITM).
Es una institución de Enseñanza Superior creada en el año de 1961. En ese entonces,
daba servicio a toda la región Sureste: Campeche, Q. Roo, Chiapas, Tabasco y Yucatán
con 410 alumnos en los ciclos de Secundaria Técnica, Preparación Técnica para
Trabajadores, Subprofesional, Vocacional de Ingeniería y la carrera de Ingeniería
Industrial Mecánica.
Con el paso del tiempo, la secundaria y el ciclo de agropecuaria se separaron del
Instituto. A partir de 1970, inició su proceso de consolidación y experimentó mayor
crecimiento en otras áreas de la Ingeniería y la Administración, tales como la Ingeniería
8
Bioquímica, Ingeniería Civil, Administración de Empresas y Administración de
Empresas Turísticas, además, se incursionó en los estudios de posgrado al abrir la
Maestría en Planificación Industrial. Durante estos años incorporó en su esquema de
trabajo el plan semestral y el sistema de créditos y fue hasta 1989 que se realizó la
separación definitiva del bachillerato, dedicándose exclusivamente a ofrecer estudios de
nivel superior.
Es importante señalar que el Instituto inició su operación con apoyo tripartita. En
principio recibía recursos del gobierno federal, del gobierno estatal y de la iniciativa
privada; hasta que se federalizó completamente.
Actualmente, la educación que se ofrece en el Instituto Tecnológico de Mérida, se
apoya en los siguientes objetivos:
a) Vincular la Educación e Investigación Tecnológica con el sistema productivo de
bienes y servicios nacionalmente necesarios.
b) Elevar la calidad de la educación.
c) Mejorar la eficiencia de los servicios.
La dependencia jurídica, académica y administrativa que tiene el ITM del Sistema
Nacional de Educación Superior Tecnológica regula sus acciones.
El ITM ofrece servicios educativos de nivel superior al formar profesionistas de calidad
que contribuyan al desarrollo de su área de influencia. Se ofrecen dos niveles de
formación:
• Licenciatura; en dos modalidades, Escolarizada y Abierta.
• Postgrado con niveles de Maestría y Doctorado.
Instituciones públicas.
Secretaria de economía
La secretaria de economía es la dependencia del gobierno federal que promueve los
empleos de calidad y el crecimiento económico del país, mediante el impulso e
implementación de políticas públicas que detonen la competitividad y las inversiones
productivas.
Secretaria de fomento económico del gobierno del estado de Yucatán
La Secretaría de Fomento Económico le corresponde el despacho de los siguientes
asuntos: Proponer y llevar a cabo, en colaboración permanente con la ciudadanía las
políticas y programas relativos al fomento y desarrollo de las actividades económicas,
específicamente las industriales, de comercio, de servicios, de importación y
exportación, de abasto, artesanales y todas aquellas relacionadas con la creación y
conservación de los empleos; Promover y apoyar la ejecución de proyectos de inversión
en materia económica para la creación de nuevas unidades productivas e impulsar el
crecimiento de las ya existentes; procurando establecer mecanismos de consulta
ciudadana para dicho proceso; Promover la realización de ferias, exposiciones y
congresos, de carácter local, nacional e internacional, vinculadas a la promoción de
actividades industriales, comerciales, de abasto, agropecuarias y de aprovechamiento
forestal; Estimular y apoyar la ejecución de los proyectos de inversión mediante la
9
realización y difusión de estudios que permitan disponer de información confiable en
materia industrial, comercial, logística, tecnológica, de comercialización, y sobre
disponibilidad de infraestructura así como sobre las ventajas de capital que ofrezca el
Estado; Celebrar, por delegación del Gobernador del Estado, convenios con los
ayuntamientos para la realización de actividades relacionadas con la Secretaría; Ejercer,
previo acuerdo del Gobernador del Estado, las atribuciones y funciones que provienen
de los convenios firmados entre el mismo y la Administración Pública Federal respecto
de las actividades de la Secretaría; Proponer y apoyar la realización de programas y
obras de infraestructura en áreas que competen a la propia Secretaría; Ser órgano de
consulta para la Administración Pública y para la ciudadanía en las actividades de
competencia de esta Secretaría; Regular los servicios regionales del sector, de
conformidad con el Plan Estatal de Desarrollo bajo criterios de eficiencia, productividad
y optimización en el gasto público para brindar una mayor calidad de servicios a la
población; Promover y apoyar a las organizaciones industriales y comerciales en sus
procesos de modernización tecnológica y administrativa; Impulsar y apoyar el
establecimiento de nuevas empresas en el Estado; Opinar sobre la constitución o
modificación de los fideicomisos o empresas en el área de competencia de la misma,
para su promoción e impulso, en los términos de la legislación correspondiente;
Difundir técnicas, sistemas y procedimientos eficaces que permitan el mejoramiento de
la producción y la productividad, en un contexto de competitividad y adecuado
desarrollo económico y social, proponiendo en ese sentido al Gobernador del Estado los
mecanismos de coordinación inter-institucional, que permitan incentivar el desarrollo y
la inversión productiva; Desarrollar el potencial productivo de los recursos naturales no
renovables en un marco de racionalidad y cuidando su preservación; Promover la
organización de las sociedades productivas, proporcionando el apoyo especializado
necesario para tal objeto; Participar en la operación del Sistema de Información
Estadística Económica del Estado en coordinación con la Secretaría de Planeación y
Presupuesto; Implementar la adecuada vigilancia, control y demás acciones en
coordinación con las dependencias concurrentes en materia de desarrollo económico;
Dar cumplimiento a los convenios que en la materia celebre el Estado con la Federación
y con los municipios.
Instituciones privadas y empresas manufactureras en la zona.
CANACINTRA (Cámara Nacional de la Industria de la Transformación)
Bepensa bebidas
Galletera Donde
Grupo Pepsico
Botanas la Lupita
Monty
Cementos Maya
Keken
Bachoco
10
Falco Electronics
Salinera
Grupo Bimbo
La Anita
Halliburton de México.
Loal Construcciones S.A de C.V.
Gabar Instalaciones.
Serine Constructora S.A. de C. V.
Taacsa.
Valassi ingeniería.
IEMI.
Sona Eléctrica.
Prodin Transformadores.
Construcciones civiles y eléctricas H.S.G.G.
Alcica construcciones, S. A. de C. V.
Construcción y materiales eléctricos.
Instalaciones J. S. S. A. de C. V.
AES Mérida III
Distribuidora Megamak S.A. de C.V.
Asesoría Proyecto Construcción de Instalaciones Especiales
Constructora Dicofe S.A de C.V
Electromecánica Mérida SA. De CV
Construcciones y materiales Ramírez S.A de C.V.
GPE DESING STUDIO
Luna Unidad de Verificación de Instalaciones Eléctricas UVSEIE 477-A
Distribución Control e Iluminación S.A (DICISA)
Global Prestige Entrepreneur Group S.A de C.V (GPE)
1.3 Programas y proyectos de desarrollo de estos organismos.
Sistema de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico del Estado de
Yucatán.
El Plan Estatal de Desarrollo 2007-2012 tiene como objetivo contribuir a hacer realidad
las aspiraciones que comparten el gobierno y la sociedad, plasmadas en una Visión de
largo plazo: “Hacer de Yucatán un estado exitoso en mejorar el bienestar de su
población”. Se considera necesario así concentrar el esfuerzo en ocho Áreas de
Desarrollo Integrado: “Yucatán productivo”, “Yucatán generador de inversión”,
“Yucatán Científico y Tecnológico”, “Yucatán armónico”, “Chichén-Itzá: Capital del
Mundo Maya”, “Progreso: Puerta de la Península al Mundo”, “Inversión Pública para el
futuro” y “Gobierno que sirve”.
11
El 26 de mayo de 2008, el Gobierno del Estado publicó en el Diario Oficial, el decreto
que crea el Sistema de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico del Estado
de Yucatán (SIIDETEY), en el cual se establecen las bases para su organización y
funcionamiento. El Sistema de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico del
Estado de Yucatán, se sustenta en una estructura organizativa que integra instituciones
de educación superior, centros de investigación y empresas de base tecnológica en el
Estado, que sin perder su identidad y régimen jurídico, y en el marco de un conjunto de
principios rectores, contribuyen ordenadamente y de manera articulada entre sí, entre
otros, a los siguientes fines:
Promover y fortalecer la Ciencia y la Tecnología como parte de la cultura de
Yucatán.
Potenciar las capacidades científicas y tecnológicas con las que cuenta el Estado
para la atención de problemáticas relevantes del desarrollo social y económico de la
entidad.
Promover la formación de científicos y tecnólogos altamente competentes para
impulsar el desarrollo de la región; y
Convertir a Yucatán en un polo de desarrollo científico, de innovación y desarrollo
tecnológico, y de formación de científicos y tecnólogos altamente competentes,
reconocidos ampliamente a nivel nacional e internacional.
Para fomentar el desarrollo sostenible del SIIDETEY, impulsar la mejora continua de la
calidad de la educación que se imparte en el Estado, particularmente la del tipo superior,
y lograr los objetivos de las Áreas de Desarrollo Integrado del Plan Estatal de
Desarrollo 2007-2012, el Gobierno del Estado ha establecido la política de impulsar la
formación de recursos humanos de alto nivel que coadyuve a fortalecer y potenciar las
capacidades para la generación y aplicación innovadora del conocimiento de las
instituciones que conforman el SIIDETEY.
Parque Científico y Tecnológico de Yucatán
Con una inversión superior a 317 millones de pesos en 2011 se inició la construcción
del Parque Científico y Tecnológico de Yucatán, infraestructura que agrupará
instalaciones de los principales centros de investigación del país.
El parque se construye en las afueras de la comisaría Sierra Papacal, al noroeste de
Mérida, a donde se trasladarán las 10 instituciones que conforman el Sistema de
Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico del Estado, entre ellas el
CONACYT, el CICY, la UADY, la UNAM y el CINVESTAV. El proyecto es tener
reunida a toda la comunidad científica en un solo lugar y se edificará con recursos
federales, estatales y de los propios centros de investigación. Tendrá una extensión de
200 hectáreas y se espera que a mediano plazo también concentre a empresas privadas
vinculadas con esta rama. El eje de esta unidad será una biblioteca especializada, con
una inversión de 20 millones de pesos, un banco de germoplasma, una planta
experimental de alimentos y un acuario.
12
La primera parte albergará las instalaciones del Centro de Investigación y Estudios
Avanzados (CINVESTAV) Unidad Mérida y el Centro de Investigación y Asistencia en
Tecnología y Diseño del estado de Jalisco. Asimismo, las oficinas regionales del
Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), también del Consejo de
Ciencia y Tecnología del Estado de Yucatán y la Unidad del Centro de Investigaciones
Económicas y Sociales. También se contará con un centro generador de energía
alternativa de la Universidad Autónoma de Yucatán, las instalaciones del Centro de
Investigación Científica de la entidad, incluso un jardín botánico para el cuidado de la
biodiversidad.
La planta experimental de alimentos será eje para la investigación en torno a frutas,
verduras y cárnicos, por lo que contará con laboratorio biológico molecular, una planta
de procesamiento y un centro de vinculación con el sector productivo.
Los laboratorios podrían ser compartidos por todas las instituciones, así como la
biblioteca, ambas propuestas representan una nueva cultura de la colaboración para
generar investigación y ciencia.
Este complejo contará con unidades habitacionales para estudiantes, residentes y
profesores extranjeros, lo cual permitirá ofrecer condiciones para generar experiencia y
conocimiento sobre las problemáticas regionales.
1.4 Situación actual de la producción de bienes y servicios.
El Estado de Yucatán ocupa el lugar número 4 con incidencia de pobreza extrema y es
uno de los estados con mayor índice de marginalidad alta y muy alta.
Actualmente se cuenta con una de 740 mil plazas laborales, aunque más de cien mil
pagan sueldos apenas superiores al salario mínimo (fuente: Plan Estatal de Desarrollo
2007-2012, Gobierno del Estado de Yucatán).
El Estado de Yucatán, al igual que el resto del país, ha mostrado mayor dinámica en la
generación de riqueza en los últimos años, sin embargo, aún presenta rezagos
económicos y sociales de importancia. La Entidad ocupaba en 1995 el noveno lugar
nacional en términos de marginación y para el año 2000, según el INEGI, 82 de los 106
municipios del Estado, en los que habitan 29% de los yucatecos, fueron calificados
como de alta y muy alta marginación. Actualmente se estima que 600 mil ciudadanos
viven en la pobreza y que casi la mitad de la población no tiene acceso a servicios
médicos adecuados (fuente: Plan Estatal de Desarrollo 2007-2012, Gobierno del Estado
de Yucatán).
En cuanto a la generación de riqueza, Yucatán, como el resto de los Estados de la región
sur-sureste del país, se encuentra rezagado en el desarrollo de su PIB. En los 80s se
magnificaron las diferencias entre los Estados de la región sur-sureste del país y el resto
de las regiones del país. Yucatán registró una tasa promedio de crecimiento del PIB
anual de 3.5% entre 1993 y 1999, lo que equivale a un 22.6% global durante dicho
período. Durante el bienio 1998-1999, el PIB estatal representó el 1.3% del nacional y
ocupó el lugar 23 entre 32 Estados; el PIB estatal creció a una tasa del 4.5% anual
contra un 3.8% del país, arrojando un PIB estatal per cápita real a precios de 1993, de
11,111 pesos, ubicándose en el lugar 18 a nivel nacional.
13
La tasa general de crecimiento promedio del PIB en los Estados de Quintana Roo y
Yucatán fue inferior a las tasas generales de crecimiento de los Estados del noroeste,
noreste, occidente y norte.
Existen en el Estado importantes atrasos en educación, salud, infraestructura y nivel de
competitividad empresarial, en términos de eficiencia, calidad, uso de tecnología y
adopción de mejores prácticas.
El Estado de Yucatán, se constituye por lo tanto como una Entidad con una economía
en crecimiento. Se ha avanzado en el comercio exterior, en la industria ha habido una
evolución importante y la comunidad yucateca en general es más participativa.
Con base en lo anterior, y para generar el desarrollo económico sustentable del Estado,
es necesario llevar a cabo las siguientes acciones para mejorar el nivel de vida de la
sociedad:
Promover la innovación y el desarrollo de tecnologías de manera permanente como
herramientas efectivas para elevar la rentabilidad de las empresas.
Promocionar de manera efectiva, permanente y estratégica al Estado como una
Entidad de vanguardia y destino efectivo de inversiones que generen empleos y
mejores niveles de bienestar.
Impulsar el desarrollo de las micros, pequeñas y medianas empresas competitivas
mediante la capacitación de los empresarios y la participación de los mismos en sus
comunidades.
Contar con las condiciones suficientes de infraestructura para el desarrollo que
propicien nuevas inversiones y que éstas generen empleos.
Involucrar a la sociedad en la actividad económica del Estado, promoviendo una
cultura emprendedora y de compromiso social con la Entidad.
Acompañar el crecimiento económico del Estado con directrices y políticas que
ordenen su desarrollo e impulsen su despegue en beneficio de la sociedad.
1.5 Caracterización de los recursos naturales regionales.
Localización.
El Estado de Yucatán está situado en el extremo norte de la Península del mismo
nombre en el sureste de la República Mexicana. Se encuentra comprendido entre los
paralelos 19°29' y 21 °37' latitud norte y los meridianos 87°32' y 90°25' longitud oeste.
Colinda al norte con el Golfo de México, al este y sureste con Quintana Roo y al oeste y
suroeste con Campeche.
Se encuentran con frecuencia en todo el territorio manantiales subterráneos cuyas aguas
se supone desembocan en los mares. Se les llama cenotes o grutas, y algunos son de
admirable belleza.
Las costas de Yucatán están bañadas únicamente por las aguas del Golfo de México. En
realidad son playas muy bajas constituidas por bancos de arena, submarinos o visibles,
que dificultan la navegación notablemente.
El litoral del estado comienza a desarrollarse desde el estero de Celestún que se
encuentra al oeste, junto a los límites con el estado de Campeche; termina en el extremo
14
oriente en la medianía de una entrada de mar conocida con el nombre de Río Lagartos
justo en los límites con él estado de Quintana Roo. La extensión del litoral es de 378
kilómetros aproximadamente, que representa un 3.80 por ciento del total de litorales de
la República Mexicana.
Flora.
La flora está formada por vegetación decidua tropical y selva espinosa, localmente
considerada como selva baja y correspondiente o asociada con suelos muy someros y
pedregosos.
Fauna.
Las especies más comunes de animales que habitan en el estado son mamíferos: conejo,
venado, tuza, zarigueya, zorrillo; reptiles: variedad de iguanas y serpientes; aves:
flamingos, golondrinas, palomas, tzutzuy, etc.
Frente a las riberas del golfo muy lejanas a la costa se encuentran dos grupos de islotes
estériles y semidesiertos en donde habitan millares de pájaros marinos: Cayo Arenas y
El Arrecife de los Alacranes.
El Arrecife de los Alacranes se encuentra a una distancia de 30 millas al norte de
progreso de Castro y está constituido de varios islotes formados por bancos de coral.
Tienen forma de media luna y carecen de vegetación. Los islotes más notables de este
arrecife se denominan: Isla Pérez en donde como avanzada de peligro se encuentra un
faro pequeño; Isla Desterrada; Isla Desaparecida; Isla Chica, y esparcidas alrededor de
las anteriores existen otras insignificantes que son extensos criaderos de peces de todas
clases.
El Islote de Cayo Arenas se encuentra hacia el noroeste del Puerto de Progreso. Se ha
instalado un faro cuya torre guarda cierta similitud con el de la Isla Triángulo. Su altura
es de 22 metros, su alcance geográfico de 15 millas y el luminoso de 62. La isla tiene
unos 700 metros de longitud por 250 de ancho y está formada por arena y tierra sueltas.
Está rodeada de bajos, aunque en mayor cantidad por el lado norte. De estos bajos, a
una distancia de 300 metros, sobresale una roca como medio metro sobre el nivel del
mar, conocido como roca Serdán.
Características y uso del suelo.
La constitución del terreno de toda la península es del tipo calcáreo y pedregoso.
Clima.
Las temperaturas oscilan entre los 35°c en el verano y 20°c en invierno. La
precipitación acumulada anualmente es aproximadamente de 995 mm. Se distinguen
dos tipos de clima, el cálido subhúmedo que abarca el 90% de su territorio con
temperatura anual fluctuante entre 24.6 y 27.7° C en promedio y el cálido semiseco que
corresponde a la franja costera en el norte del Estado. Tiene una situación geográfica
privilegiada, posee bosques tropicales, cenotes, cavernas, corrientes subterráneas, etc.
15
Al finalizar la primavera caen lluvias generalmente moderadas que se aprovechan para
las siembras. Se les denomina lluvias orientales, por venir en su mayor parte con una
inclinación desde ese punto cardinal y están acompañadas generalmente por vientos en
esa dirección. Las lluvias son más abundantes en el sur y menos frecuentes en las costas
pues la escasez de árboles y brisas marítimas evitan en muchas ocasiones que las nubes
se aproximen al litoral.
Las Áreas Naturales Protegidas (ANPs) constituyen áreas representativas de los
diferentes ecosistemas y su biodiversidad, en donde el ambiente original no ha sido
esencialmente alterado por el hombre; por ello, se encuentra sujeta a regímenes
especiales de protección, conservación, restauración y desarrollo. México cuenta con
ANPs de carácter Federal, y con ANPs decretadas por las Entidades Federativas. El
Gobierno del Estado de Yucatán sustentado en la Ley General del Equilibrio Ecológico
y Protección al Ambiente (LGEEPA) y la Ley de Protección al Ambiente del Estado de
Yucatán (LPAEY), tiene la atribución para decretar y administrar ANPs de carácter
Estatal; incluyendo porciones terrestres o acuáticas, cuya administración queda a cargo
del gobierno del Estado a través de la Dirección de Conservación de la Biodiversidad de
la Secretaría de Desarrollo Urbano y Medio Ambiente.
Según los artículos 2 fracción II y 4 fracciones I, V y XIII de la Ley de Protección al
Ambiente del Estado de Yucatán, se considera de utilidad pública, la conservación,
protección y el manejo adecuado de los sistemas ecológicos.
Son facultades del Ejecutivo del Estado, a través de la Secretaría de Desarrollo urbano y
Medio Ambiente, formular, conducir y evaluar la política ambiental y vigilar su
aplicación en los planes y programas que se establezcan en la materia; establecer,
regular, administrar y vigilar las áreas naturales protegidas; y aplicar los instrumentos
de la política ambiental previstos en esta Ley, así como también preservar y restaurar el
equilibrio ecológico y la protección al ambiente que se realice en bienes y zonas de
jurisdicción estatal.
1.6 Perspectivas de desarrollo de los puntos anteriores.
El estado de Yucatán está estratégicamente situado para el desarrollo industrial. Tiene
un conveniente acceso con importantes ciudades de E.U. en el Golfo de México y es la
ciudad industrial más cercana a la frontera sureste marítima de E.U.
La rica herencia Maya y la fuerte influencia familiar trabajan juntos para producir una
mano de obra orgullosa, fácilmente entrenada y con fuerte ética del trabajo.
El estado está ligado a otros centros industriales importantes del país y por un canal de
carreteras y vías férreas. A sólo 36 km. de Mérida, la capital del estado, el Puerto de
Progreso permite el acceso a embarcaciones de más de 36 ft de altura. Incluso barcos
contenedores, pueden hacer uso de las facilidades del puerto. Una autopista de 8 carriles
provee una directa transportación de materias primas y de mercancías acabadas desde el
portuario.
El Aeropuerto Internacional de Mérida tiene un promedio semanal de 300 vuelos
semanales a Houston, Miami, Atlanta, Milán, Toronto, México y Cancún. Moderno y
capacitado para manejar sus necesidades en aviones 747 y 777.
16
Participación Social para la Conservación de los Recursos Naturales.
Este programa tiene como eje rector el promover actividades alternativas sustentables
para que los diversos grupos organizados, que se encuentran ubicados en zonas
prioritarias, puedan desarrollar acciones de conservación, restauración y
aprovechamiento de los recursos naturales. Con estas acciones se pueden generar tanto
beneficios económicos para las familias, como beneficios ambientales por la
conservación de los recursos, y fortalecer la cohesión social de las comunidades.
El compromiso de la Secretaría de Desarrollo Urbano y Medio Ambiente es asesorar a
grupos organizados en la elaboración de proyectos, así como su seguimiento y gestión
de financiamiento de diversas fuentes, con el fin de asegurar que las acciones realizadas
ayuden a conservar los ecosistemas de la región.
Los objetivos de este programa son:
Organizar grupos sociales dentro de las áreas prioritarias para la elaboración y
ejecución de proyectos relacionados con la conservación, restauración y manejo de
los recursos naturales.
Generar proyectos innovadores que promueven la diversificación de actividades que
vayan de acuerdo a la vocación regional de las áreas prioritarias.
Educar sobre los beneficios de la conservación y manejo adecuado de los recursos
naturales a los usuarios directos e indirectos.
Brindar un seguimiento y evaluación de los proyectos sustentables promovidos por
el Departamento.
Crear espacios de intercambio de experiencias entre los grupos sociales que
beneficien al buen funcionamiento de los proyectos.
Establecer mecanismos de colaboración intersectorial y coordinar esfuerzos para el
apoyo logístico, financiero y operativo de los proyectos de las áreas prioritarias.
Cultura Ecológica y de Educación Ambiental.
Yucatán, siendo un mosaico cultural y de diversas condiciones ecológicas en el que las
soluciones de la problemática ambiental dependen en gran medida de la participación
activa y consciente de todos los sectores de la población, fundamenta la necesidad de
realizar acciones de educación ambiental a través de un proceso continuo y permanente
en todos los niveles y grados escolares del sistema educativo formal (Desarrollada
curricularmente en las instituciones educativas) y no formal (Desarrollada
extracurricularmente en las instituciones escolares); así como en el ámbito del sector
productivo.
Por su fuente de recursos naturales Yucatán figura como candidata para albergar el
primer laboratorio nacional de hidrógeno.
No obstante los logros alcanzados y el reconocimiento oficial de la Educación
Ambiental en Yucatán, en los programas de gobierno ha predominado un enfoque muy
parcial ya que se ha centrado principalmente en los aspectos naturalistas y con acciones
en los centros escolares, contribuyendo relativamente a la resolución efectiva de los
17
problemas ambiente-desarrollo humano, dado su limitado alcance y su aún escasa
contribución.
1.7 Desarrollo de las disciplinas actuales y emergentes en el entorno local, regional,
nacional e internacional, relacionadas con los planes de estudio que ofrece el
Instituto Tecnológico.
La actualidad mundial con desarrollo y economía que día a día tiende más a la
globalización, conlleva a que México se enfrente a una competencia más abierta y sin
fronteras en todos sus aspectos.
El reporte The Science, Technology and Industry Outloook 2012 que la Organización
para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) dio a conocer y reporta que a
nivel mundial México está en último lugar en la mayoría de los indicadores tomados en
cuenta para medir el grado de avance de los sistemas de innovación.
México es último, en relación a su Producto Interno Bruto o a su población, entre otros,
en: inversión del sector privado en investigación y desarrollo; publicaciones en revistas
de prestigio, patentes registradas por empresas; universidades con prestigio en Ciencias;
suscriptores de banda ancha y en internet inalámbrico; desempeño de los estudiantes en
Ciencias; tasa de personas con doctorado en Ingeniería y Ciencias.
En marcas registradas, patentes de universidades y laboratorios públicos así como en
coautoría internacional, México no figura al final de la lista, pero se sitúa aún por abajo
del promedio de la OCDE. Es necesario redoblar los esfuerzos para elevar el lugar de
México en el ranking mundial de innovación donde estamos en el número 79 siendo que
somos la novena economía del mundo y el 53 según el Informe de Competitividad
Global 2012-2013 del Foro Económico Mundial. Y si bien, por el número de patentes
aún el país está por abajo del promedio de la OCDE, se encuentra en mejor posición que
las naciones BRICS (Brasil, Rusia, India, China y Sudáfrica).
La Cepal busca impulsar la protección intelectual pues ha detectado un área de
oportunidad para Latinoamericana, por ejemplo, en la generación de los fármacos del
futuro. Y es que, conforme la tendencia de la industria innovadora donde se encarece
cada vez más la salida de nuevos medicamentos y no se logran sacar al ritmo en que
están venciendo, en el futuro los esfuerzos se dirigirán hacia buscar centros de
innovación en vez de centros de producción, y ahí es donde pueden entrar los países
latinoamericanos.
Pero no todo le es adverso a México, ya que a consideración de la OCDE las políticas
que se han emprendido en los últimos años para apoyar el desarrollo de tecnología
crearán relaciones positivas entre la industria y los científicos.
A consideración del organismo, el cuello de botella para que México avance en
innovación es la falta de recursos humanos. De ahí que hace un llamado para que
continúen los esfuerzos por invertir en educación, mejorar la calidad de la misma, y
desarrollar en niños y jóvenes aptitudes en Ciencias.
El reporte de la OCDE menciona que los campos en los que México empieza a destacar
son los de nanotecnología, biotecnología y tecnologías verdes, en los que participan
sobre todo universidades y laboratorios públicos. Actualmente, México invierte menos
18
de 40 centavos por cada $100 pesos en la promoción del desarrollo científico y
tecnológico. Desde hace tiempo, dicho organismo le ha enviado recomendaciones al
país para crear una dependencia que sea capaz de integrar, articular y trascender el
sistema de la ciencia y la tecnología.
El presidente electo de México, Enrique Peña Nieto presentó al Dr. Francisco Bolívar
como coordinador del área en el equipo de transición del gobierno entrante en materia
de innovación y tecnología. Se evalúa la creación para el siguiente sexenio de la
Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación en México. La Secretaría de Ciencia,
Tecnología e Innovación ha sido tema recurrente en el sector durante los últimos años,
para promover el desarrollo de la innovación tecnológica y la competitividad
internacional de México, labor que hasta el momento desarrolla el Consejo Nacional de
Ciencia y Tecnología (CONACYT). El cambio provocaría que dicha estrategia fuera
desarrollada obligatoriamente en el ámbito federal y estatal, como ocurre ya en Yucatán
con el SIIDETEY y el Consejo de Ciencia Innovación y Tecnología del Estado de
Yucatán (CONCYTEY).
La educación no escapa a este comportamiento, por lo tanto, requiere de estrategias con
planes y programas pertinentes que permitan a los ciudadanos mexicanos fortalecerse
para enfrentar tal modelo de desarrollo y crecimiento económico. En este sentido, el
sistema educativo del cual forma parte el Instituto Tecnológico de Mérida, se preocupa
por la actualización y modernización de los programas de su oferta educativa, en busca
de la satisfacción de las necesidades actuales y futuras no solo del estado y del país sino
más allá de éste.
El Instituto Tecnológico de Mérida y en este caso, la licenciatura de Ingeniería Química,
de su Departamento de Ingeniería Química, Bioquímica; integrando los planes de
desarrollo de los gobiernos estatal, nacional y las tendencias internacionales, plantea
áreas de especialidad para la licenciatura de Ingeniería Química que dé como resultado
profesionistas que con sentido humano sean capaces de participar activamente en la
construcción de una vida social incluyente y respetuosa, dotados de las competencias
necesarias para funcionar en una economía globalizada e interdependiente. La península
de Yucatán se distingue por su industria de alimentos que transforma sus recursos
ganaderos, marinos para el consumo de la región y de exportación y producción de
autoconsumo de frutas y hortalizas y como el caso de la citricultura su extracción y
concentración de los jugos para su exportación. Por otro lado la creación de la industria
química inicia desde la década de los ochentas con la formación de recursos humanos a
través de posgrados de calidad de las principales Instituciones académicas del País
como son la UNAM y el IPN, para fortalecer la industria agroquímica y farmacéutica de
México. Trabajos de la Académica de Ingeniería Química utilizando encuestas entre los
egresados y de la población actual de los estudiantes de la carrera de Ingeniería Química
en el Instituto Tecnológico de Mérida, indican una preferencia del 54% especialidad de
proceso. Con la finalidad de vincular la educación y la Investigación Tecnológica con el
sistema productivo y de bienes y servicios, la licenciatura de Ingeniería Química
propone una especialidad, integrando conocimientos, aptitudes y actitudes en el alumno
que finalmente lo encaminen y coadyuven a convertirse en sujetos de su propio
19
desarrollo, acorde con el mercado laboral cada vez más complejo, cambiante y
diversificado.
La especialidad “Ingeniería de Procesos” propuesta se enfoca al diseño, operación e
innovación tecnológica de los procesos químicos basados en la optimización del uso de
energía y en el desarrollo de procesos químicos sustentables. Los profesionales que
egresen con esta especialidad tendrán una sólida formación como ingeniero químico, en
conjunto con el conocimiento, manejo y aplicación de herramientas especializadas, que
les le permitirán desempeñarse en áreas técnicas de proceso, desarrollo tecnológico para
uso eficiente de materiales y energía, y prevención de la contaminación.
1.8 Necesidades de competencias profesionales en el entorno.
Las reuniones llevadas a cabo con empresarios que ocupan tanto a nuestros egresados
como a nuestros estudiantes de la carrera de Ingeniería Química en la experiencia de las
Residencias Profesionales han destacado que el nivel de conocimientos técnicos es de
un buen nivel si se les compara con egresados de otras instituciones nacionales de
educación superior. Sin embargo, hay planteamientos que nos sugieren un área de
oportunidad en los aspectos relacionados con las actitudes y valores.
De entre las competencias que nos han sugerido fortalecer están:
Autogestión del aprendizaje.
Comunicación oral y escrita.
Comunicación oral y escrita en otro idioma.
Trabajo en equipo.
Espíritu emprendedor.
Liderazgo.
20
2. ESTUDIO DE LAS CAPACIDADES DEL INSTITUTO TECNOLÓGICO
2.1 Número de estudiantes del plan de estudios de la estructura genérica
En la tabla 8 se aprecia la matrícula histórica del ITM del 2007–2012. En este periodo
se registra un incremento promedio del 3.97 % del total de la matrícula.
Tabla 8. Matrícula del instituto y su incremento anual (2007-2012) Nota: Datos del semestre Ago-Dic de
cada año.
Programa 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Programas Presenciales
Ing. Sistemas
Computacionales
769 799 802 824 813 779
Ingeniería
Industrial
536 544 558 568 534 550
Ingeniería
Química
217 224 233 236 228 209
Ingeniería
Bioquímica
249 248 283 243 246 237
Ingeniería
Mecánica
422 476 535 559 544 546
Ingeniería
Electrónica
289 279 328 355 357 379
Ingeniería Civil 473 529 587 646 727 744
Ingeniería
Eléctrica
187 226 240 245 286 292
Lic. en
Administración
1221 1137 926 814 736 660
Ing. en Gestión
Empresarial
0 118 366 498 624 639
Ingeniería
Ambiental
0 32 83 132 197 202
Ingeniería
Biomédica
0 0 0 0 82 132
Programas no Presenciales
Lic. en Admón.
(Abierta).
110 80 59 31 32 81
Lic. en Admón.
(Distancia).
41 79 101 137 99 27
Total 4514 4763 5101 5288 5505 5477
En el año de 2012, la carrera de Ingeniería Química registró una matrícula de 209
alumnos, que representó el 4.0% del total de la licenciatura escolarizada (5369).
21
Tabla 9: Composición porcentual de la matrícula del Instituto por carreras Fuente: Instituto Tecnológico
de Mérida. Indicadores básicos del semestre 1º del 2012.
Programa 2012
Ing. Sistemas Computacionales 779
Ingeniería Industrial 550
Ingeniería Química 209
Ingeniería Bioquímica 237
Ingeniería Mecánica 546
Ingeniería Electrónica 379
Ingeniería Civil. 744
Ingeniería Eléctrica 292
Lic. en Administración 660
Ing. en Gestión Empresarial. 639
Ingeniería Ambiental 202
Ingeniería Biomédica 132
Figura 1. Composición de la matrícula de licenciatura.
2.2 Índices de reprobación y deserción.
El seguimiento del aprovechamiento de los alumnos de la carrera de Ingeniería Química
durante el período de Enero de 2008 a Enero de 2011, arrojo que el mayor índice de
reprobación está en las asignaturas de las ciencias básicas en las áreas de Matemáticas,
Física, Biología y Química, siendo las asignaturas de química las de mayor contribución
en los índices de reprobación con un 36.7% y las asignaturas de biología la de mayor
índice de deserción contribuyendo con un 5.6%, por otro lado las asignaturas de las
áreas de biología son las de menor índice de reprobación con 11.3% y las del área de
física sin deserción. El área fuerte de la ingeniería como es la de matemáticas,
contribuye 23.7% de reprobación y de 0.5% de deserción, esto es posible a través del
programa de Tutorías y Asesorías que los alumnos llevan desde su ingreso al Instituto
Tecnológico de Mérida.
22
Tabla 12. Promedios de los índices de reprobación y deserción del 2008 a 2010 de la carrera de Ingeniería
Química.
Índice Reprobación Deserción
Ciencias-básicas 28.1% 1.4%
Ciencias-ingeniería 23.9% 5.9%
Ingeniería-aplicada 17.1% 0.8%
Humanidades-social 6.4% 0.9%
Total 18.4% 0.5%
2.3 Condiciones Socioeconómicas y expectativas de formación y de trabajo de los
estudiantes.
Las condiciones socioeconómicas del entorno así como las expectativas de formación
de los estudiantes son aspectos importantes para conocer la oportunidad de trabajo y
desarrollo profesional de los egresados. En base de esto se realizaron encuestas a
diferentes estratos de la sociedad, escogiendo a los Empleadores, Egresados y Alumnos
para determinar las necesidades en la región y la pertinencia de las especialidades a
ofertar.
Por otro lado encuestas levantadas a las empresas a través de sus empleadores, dejan ver
que el 24% de la actividad económica es del sector manufacturero y de este el 14% lo
compone la industria de servicio las cuales reciben Alumnos y Egresados de la carrera
de Ingeniería Química como residentes y posteriormente algunos son absorbidos por las
empresas dentro de sus cuadros en las áreas de producción, control de calidad y gestión
y sistemas de calidad.
(Anexo de archivos de encuestas de empleadores, egresados y alumnos)
2.4 Personal Académico
El Departamento de Ingeniería Química-Bioquímica cuenta con un personal con nivel
académico con la siguiente distribución:
Figura 4. Nivel académico del personal de la Carrera de Ingeniería Bioquímica.
23
Se anexan los resúmenes curriculares en formato digital de cada uno de los profesores
de que participan en las especialidades correspondientes (Ver carpeta de currículos
Vitae).
2.5 Personal Técnico Administrativo.
Los laboratorios y las actividades académicas del Departamento de Ingeniería Química-
Bioquímica cuentan con personal Técnico y de apoyo administrativo bajo el siguiente
organigrama:
Figura 5. Organigrama del Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica.
2.6 Infraestructura de Laboratorios.
Tabla 10. Distribución de Laboratorios de la Carrera de Ingeniería Bioquímica
Nombre Del Laboratorio Responsable
Microbiología Biol. José Humberto Álvarez Hernández
Bioquímica Ing. José Benigno Escamilla Sánchez
Análisis De Alimentos Ing. Miguel Ángel Torres Gómez
Fisicoquímica Dr. Carlos Francisco Reyes Sosa
Química Básica QF. Noé Baas Uc
Ingeniería Química M.C. Enrique Eduardo Peraza González
Tecnología de Alimentos Dr. Víctor Manuel Toledo López
Biotecnología Ing. José Luis Giorgana Figueroa
Recursos Marinos Dr. Luis Alfonso Rodríguez Gil
La tabla anterior corresponde a la infraestructura del departamento de Ingeniería
Química - Bioquímica para atender principalmente al programa de Ingeniería Química.
Para visualizar la infraestructura disponible del Institución ver el anexo de
infraestructura del ITM-2012.
24
3. CONTENIDOS ACTUALES Y PERTINENTES
En base a la necesidad que exige el sector productivo se contemplan los siguientes
contenidos:
2.- Optimización de Procesos Químicos Aplicar técnicas de optimización para resolver
problemas de ingeniería química e iniciar al alumno en el uso de algún simulador
comercial para optimizar procesos químicos.
3.- Modelado y Simulación de Procesos Químicos al finalizar este curso, el alumno será
capaz de: 1. Analizar procesos de transformación de materia y energía a través de
modelos matemáticos. 2. Resolver modelos matemáticos de sistemas complejos a través
de programas computacionales especializados. 3. Conocer y aplicar modelos
matemáticos que se usan para casos especiales como lo es la estimación de
consecuencias por eventos de riesgo en los procesos.
4.- Procesos Unitarios en este curso los estudiantes serán capaces, con una cantidad
mínima de información, de sintetizar un diagrama de flujo químico que se aproxime a
los procesos industriales reales. Esto incluye la selección de tecnología de separación
apropiada, determinación de las condiciones razonables de operación, optimización de
las variables importantes del proceso, la integración de necesidades de energía, y el
cálculo de los flujos de materia y energía. Los estudiantes aprenderán que los principios
de los procesos químicos y las estrategias de síntesis y análisis del proceso, pueden ser
aplicados de manera ventajosa a una enorme diversidad de problemas.
5.- Simuladores de Procesos Químicos los objetivos que se pretenden alcanzar con el
programa que se propone son básicamente cuatro: Introducir al alumno en el manejo de
algún simulador comercial, iniciar al alumno en el empleo de un simulador comercial en
la simulación de operaciones básicas de fluidos, calor y transferencia de materia y en el
cálculo de reactores, simular procesos químicos conocidos con diferentes simuladores
comerciales, y comparar los resultados obtenidos, e introducir al alumno en los
conceptos básicos del diseño conceptual de procesos químicos.
Se programan visitas y conferencias relativas al uso eficiente de los recursos naturales,
así como los problemas de contaminación ambiental que se tiene en la región y el país.
Acorde al nuevo modelo educativo que se basa en el aprendizaje significativo, la
evaluación de los alumnos es un proceso dinámico, a lo largo del curso se debe tomar en
cuenta los conocimientos, las habilidades y las actitudes del alumno, utilizando diversas
herramientas como trabajo en equipo, exposiciones, proyectos, ejercicios, ensayos,
investigaciones, exámenes, etc.
Asimismo, se atienden las recomendaciones hechas por el Comité evaluador de los
Comités Interinstitucionales de Evaluación de la Educación Superior (CIEES) para
cumplir con las normas que pide el Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la
Ingeniería (CACEI).
25
3.1 ELABORACIÓN DEL PERFIL DE LA ESPECIALIDAD.
3.1.1 Antecedentes.
El departamento de Ing. Química y Bioquímica, está conformado por las carreras de
Ing. Química, Bioquímica y Ambiental, mismas que fueron diseñadas para responder a
las demandas de la sociedad, con el fin de formar recursos humanos de alta calidad, para
promover el desarrollo tecnológico e industrial de la región.
Por orden cronológico, la primera carrera en iniciar actividades es la de Ing. Química en
1964, tres años después de la fundación del Instituto Tecnológico de Mérida; la segunda
fue la carrera de Ing. Bioquímica en 1976, que fue cuando el Tecnológico cumplió 15
años de existencia y la última y más joven es la de Ing. Ambiental que inició en 2008.
En la década de los 80’s, inicia operaciones el Centro Regional de Estudios de
Graduados e Investigación Tecnológica (CREGIT), que posteriormente se llamó Centro
de Graduados y en la actualidad recibe el nombre de División de Estudios de Posgrado e
Investigación (DEPI) que ofrece los programas de maestría y doctorado en Ciencia de
los Alimentos y Biotecnología, en donde nuestros alumnos se integran a la investigación
realizando servicio social, residencia profesional o tesis y son motivados a continuar su
formación profesional a través de estudios de posgrado para obtener el grado de maestro
o doctor en ciencias.
El programa de estudios de la carrera de Ingeniería Química está estructurado de tal
manera que ofrece al alumno la alternativa de seleccionar su especialidad, que vaya de
acuerdo a sus convicciones, ambas especialidades, están diseñadas con la finalidad de
estar a la vanguardia de los adelantos tecnológicos en esta área y las demandas de la
sociedad en la que los profesionistas se han de desenvolver, contribuyendo a formarlo
con conocimientos teóricos y prácticos fundamentales, sin olvidar la necesidad de
promover en el estudiante un sólido compromiso con el desarrollo integral, de correcto
beneficio para la sociedad y el medio ambiente.
3.1.2 Objetivo de la carrera de Ingeniería Química.
Formar profesionistas en Ingeniería Química competentes para investigar, generar y
aplicar el conocimiento científico y tecnológico, que le permita identificar y resolver
problemas de diseño, operación, adaptación, optimización y administración en
industrias químicas y de servicios, con calidad, seguridad, economía, usando racional y
eficientemente los recursos naturales, conservando el medio ambiente, cumpliendo el
código ético de la profesión y participando en el bienestar del país.
3.1.3 Perfil profesional de la carrera de Ingeniería Química.
Diseñar, seleccionar, operar, optimizar y controlar procesos en industrias químicas y de
servicios con base en el desarrollo tecnológico de acuerdo a las normas de higiene y
seguridad, de manera sustentable.
Colaborar en equipos interdisciplinarios y multiculturales en su ámbito laboral, con
actitud innovadora, espíritu crítico, disposición al cambio y apego a la ética profesional.
26
Planear e implementar sistemas de gestión de calidad, ambiental e higiene y seguridad
en los diferentes sectores, conforme a las normas nacionales e internacionales.
Utilizar las tecnologías de la información y comunicación como herramientas en la
construcción de soluciones a problemas de ingeniería y difundir el conocimiento
científico y tecnológico.
Realizar innovación y adaptación de tecnología en procesos aplicando la metodología
científica, con respeto a la propiedad intelectual.
Utilizar un segundo idioma en su ámbito laboral según los requerimientos del entorno.
Comunicarse en forma oral y escrita en el ámbito laboral de manera expedita y concisa.
Poseer actitud creativa, emprendedora y de liderazgo para impulsar y crear empresas
que contribuyan al progreso nacional.
Administrar recursos humanos, materiales y financieros para los sectores público y
privado, acorde a modelos administrativos vigentes.
Poseer actitudes de superación continua para lograr metas personales y profesionales
con pertinencia y competitividad.
Dar seguimiento a programas de mantenimiento a equipos e instalaciones, control de
producción y productividad.
3.1.4 Campo de trabajo del Ingeniero Químico.
El campo de acción del alumno egresado es amplio. Puede integrarse con éxito en
empresas públicas o privadas, en laboratorios de investigación, industrias extractivas, de
transformación y de procesos químicos, según su perfil. El Ingeniero Químico está
preparado para iniciar su propia empresa y para coadyuvar en la formación de nuevos
profesionales en instituciones educativas.
3.2 Definición de la Especialidad de la carrera de Ingeniería Química.
3.2.1 Objetivo de la Especialidad de Procesos Químicos .
Identificar y evaluar oportunidades de mejora y de negocio en los procesos; así mismo,
planear, evaluar y ejecutar proyectos para lograr el uso eficiente y sostenible de los
recursos (energéticos y de materiales) a través de alternativas tecnológicas de proceso.
3.2.2 Perfil de la Especialidad.
Diseñar equipo de proceso o procesos químicos completos para la producción de
materiales o productos que satisfagan las demandas específicas del mercado,
haciendo un uso eficiente de los recursos materiales y energéticos.
Identificar, proponer y evaluar alternativas tecnológicas para la operación óptima de
procesos nuevos o ya existentes, desde el punto de vista del aprovechamiento de
energía y los recursos materiales.
3.2.3 Aportación al perfil del egresado.
Hacer uso eficiente de recursos materiales y energéticos en el desarrollo y operación de
un proceso de transformación.
27
Proponer y evaluar mejoras e innovaciones tecnológicas a procesos productivos a través
de la intensificación de procesos, el uso eficiente de energía, la incorporación de fuentes
alternas de energía y la implementación de estrategias para disminución de emisiones.
Evaluar la factibilidad técnica y económica de alternativas de modernización
tecnológica de procesos, proyectos de ahorro de energía, estrategias para la reducción de
emisiones y aprovechamiento de residuos, considerando las implicaciones del entorno
legal en dicha evaluación.
Identificar, formular y resolver problemas relacionados con la ingeniería de procesos.
Proponer y diseñar procedimientos y dispositivos experimentales para utilizarlos en la
obtención de información necesaria en la industria química.
Integrar y aplicar conocimientos de ciencias básicas a la solución de problemas reales
que se presentan en la ingeniería de procesos con un pensamiento crítico.
3.3 PROGRAMAS DE ESTUDIO DE LA ESPECIALIDAD.
3.3.1 Asignaturas de la Especialidad de Procesos Químicos
La Especialidad de Procesos Químicos tendrá como clave IQUE-PQ-2012-1 y se
proponen las siguientes asignaturas para completar los 260 créditos de la carrera:
Análisis Industriales IQD-1201
Optimización de Procesos Químicos IQF1202
Modelado de Procesos Químicos IQD-1203
Procesos Unitarios IQF-1204
Simuladores de Procesos Químicos IQD-1205
La distribución de las horas teóricas (HT), horas prácticas (HP) y créditos (CR) se
muestran en la siguiente tabla:
Tabla 10. Preferencia de la Especialidad por los alumnos de la carrera de Ingeniería Bioquímica.
No Clave Asignatura HT HP Créditos
1 IQD-1201 Análisis Industriales 2 3 5
2 IQF-1202 Optimización de Procesos Químicos 3 2 5
3 IQD-1203 Modelado de Procesos Químicos 2 3 5
4 IQF-1204 Procesos Unitarios 3 2 5
5 IQD-1205 Simuladores de Procesos Químicos 2 3 5
TOTAL DE CREDITOS SATCA 25
28
3.4 PROGRAMAS DE ESTUDIO DESARROLLADOS POR UNIDADES DE
APRENDIZAJE.
3.4.1- ANÁLISIS INDUSTRIALES
DATOS DE LA ASIGNATURA IQD-1201
Nombre de la asignatura: Análisis Industriales
Carrera: Ingeniería Química
Clave de la carrera: IQUI-2010-232 (IQD-1201)
SATCA: 2-3-5
2.- PRESENTACION
Caracterización de la asignatura
El propósito de este curso es evaluar la calidad de los: insumos, productos intermedios y
productos finales. La operatividad de los procesos, en su relación con el medio ambiente, así
como, adquiere las bases para realizar investigación básica y aplicada. El contenido y
configuración del curso se ha planeado poniendo énfasis en los análisis de aguas, aceites
industriales.
Para lograr esto es recomendable cubrir las siguientes unidades:
En la unidad 1 se trataran conceptos introductorios al análisis industrial tales como
Importancia del análisis industrial, técnicas de muestreo, preparación de muestras para el
análisis: separación y purificación para análisis específicos y de multicomponentes.
En la unidad 2 se trataran tópicos tales como clasificación del agua. Análisis para caracterizar
y evaluar el tipo de agua, Análisis físicos, químicos y microbiológicos.
En la unidad 3 se vera clasificación de aceites, análisis para caracterizar y evaluar el tipo de
aceite, análisis físicos y químicos.
En la unida 4 se trataran aspectos del aire como el monitoreo atmosférico, Contaminantes que
se monitorean, caracterización analítica de contaminantes.
En la unida 5 se trataran análisis de proximales de insumos y productos finales a eligir por el
maestro dependiendo de la zona de influenza del Instituto
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias específicas Competencias genéricas:
1. Relacionar la química con los
cursos de la carrera de ingeniería
Química.
2. Sintetizar procesos químicos
seguros, confiables,
ambientalmente sanos y
económicos mediante el cálculo
de los procesos que proporcionen
Competencias instrumentales
Capacidad de análisis y síntesis.
Capacidad de organizar y planificar.
Conocimientos básicos de la carrera.
Comunicación oral y escrita.
Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
Habilidad para buscar y analizar
29
a los estudiantes una mejor
comprensión acerca de cómo
estos dan forma a las elecciones
que se deben realizar en el diseño
de procesos químicos para la
obtención de los productos
deseados.
3. Desarrollar estrategias sólidas
para resolver problemas.
4. Inventar y analizar con enfoques,
problemas y técnicas modernas.
Aplicar software que permita a los
estudiantes utilizarlos como
herramientas para resolver problemas.
información proveniente de fuentes
diversas.
Solución de problemas.
Toma de decisiones.
Competencias interpersonales:
Trabajo en equipo
Habilidades interpersonales
Competencias sistémicas:
Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica.
Habilidades de investigación.
Capacidad de aprender.
Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad)
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
Búsqueda del logro.
4.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
Elaboración o revisión
Participantes Observaciones
(cambios y justificación)
IT de Mérida.
Del 1º. al 19 de octubre de
2012.
2. Ing. Fernando J. Rivas
López.
3. Ing. Herbert B. Loría
Sunza.
4. Ing. Enrique E. Peraza
González.
5. Dr. Carlos Reyes Sosa.
6. Dr. Luis Cuevas Glory.
7. Lic. Martha P. Cobos
Díaz.
8. M.C. José L.Giorgana
Figueroa.
9. Claudia R. Villanueva
Rosado.
10. Ing. Daniel López
Sauri.
11. M.C. Addy Arzápalo
Marín.
12. M.C. Luis F. Carrillo
Lara.
Reunión de la Academia de
Ingeniería Química para la
Innovación Curricular para la
formación y desarrollo de
competencias profesionales
de la especialidad de la
carrera de Ingeniería Química
30
5.- OBJETIVO GENERAL(ES) DEL CURSO
Proporcionará al alumno los conocimientos y habilidades sobre los principales métodos
modernos de análisis, aplicados a la química de procesos, así como a la caracterización
de: insumos y productos de la industria
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
Aplicar los conceptos básicos del volumetría y gravimetría y preparación de
soluciones
Resolver problemas de balances de materia y energía.
Usar las relaciones estequiometrias
Aplicar técnicas modernas de análisis instrumental
Conocer los distintos métodos empleados en análisis químicos (volumétricos y
gravimétricos)
7. TEMARIOS
Unidad Temas Subtemas
1 Introducción al Análisis Industrial. 1.1 Importancia del análisis industrial.
1.2 Técnicas de muestreo.
1.3 Preparación de muestras para el
análisis: separación y purificación para
análisis específicos y de
multicomponentes.
2 Análisis de Aguas. 2.1 Clasificación del agua.
2.2 Análisis para caracterizar y evaluar el
tipo de agua.
2.3 Análisis físicos.
2.4 Análisis químicos.
2.5 Análisis microbiológicos.
3 Análisis de Aceites 3.1 Clasificación de aceites.
3.2 Análisis para caracterizar y evaluar el
tipo de aceite.
3.3 Análisis físicos.
3.4 Análisis químicos.
4 Análisis de Aire. 4.1 Monitoreo atmosférico.
4.2 Contaminantes que se monitorean.
4.3 Caracterización analítica de
contaminantes.
5 Análisis de Insumos, y Productos
Industriales.
5.1Caracterización de productos de insumos y
productos finales
31
8. SUGERENCIAS DIDÁCTICAS (desarrollo de competencias genéricas)
Constituir equipos de trabajo de un máximo de 5 alumnos con un proyecto de análisis
asignado al comienzo de la asignatura. Cada grupo deberá investigar y desarrollar los
análisis pertinentes aplicando los conceptos y técnicas que se vayan explicando durante
el desarrollo del programa.
9. SUGERENCIA DE EVALUACIÓN
Solución de ejercicios dentro del aula
Desarrollo de las actividades en las sesiones prácticas.
Participación en las discusiones en clase y en los seminarios
Exámenes escritos y/u orales
Reporte de prácticas, visitas y conferencias
Informe de investigaciones documentales
Presentación audiovisual de la solución al problema de aplicación integral.
10. UNIDAD DE APRENDIZAJE
UNIDAD I (Introducción al Análisis Industrial.)
Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizaje
Comprender los conceptos básicos del
análisis industrial.
Identificar los componentes de un
instrumento para el análisis químico.
Conocer los métodos utilizados en los
distintos tipos de análisis industrial
• Explicar las diferencias entre los
métodos clásicos y los métodos de
análisis industrial.
• Investigar los conceptos de técnicas de
muestreo
• Explicar los métodos cuantitativos en
el análisis instrumental
UNIDAD II (Análisis de Aguas.)
Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizaje
Comprender los conceptos básicos del
análisis de aguas.
Identificar los componentes de un
instrumento para el análisis de aguas
Conocer los métodos utilizados en los
distintos tipos de análisis de aguas
• Explicar las diferencias entre los
métodos clásicos y los métodos de
análisis de aguas
• Explicar los métodos cuantitativos y
cualitativos en el análisis de aguas
UNIDAD III (Análisis de Aceites.)
32
Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizaje
Comprender los conceptos básicos del
análisis de aceites.
Identificar los componentes de un
instrumento para el análisis de aceites
Conocer los métodos utilizados en los
distintos tipos de análisis de aceites
• Explicar las diferencias entre los
métodos clásicos y los métodos de
análisis de aceites
• Explicar los métodos cuantitativos y
cualitativos en el análisis de aceites
UNIDAD IV (Análisis de Aire.)
Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizaje
Comprender los conceptos básicos del
análisis de aire.
Identificar los componentes de un
instrumento para el análisis de aire
Conocer los métodos utilizados en los
distintos tipos de análisis de aire
• Explicar las diferencias entre los
métodos clásicos y los métodos de
análisis de aire
• Explicar los métodos cuantitativos y
cualitativos en el análisis de aire
UNIDAD V (Análisis de Insumos, y Productos Industriales)
Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizaje
Comprender los conceptos básicos del
análisis a elegir.
Identificar los componentes de un
instrumento para el análisis a elegir
Conocer los métodos utilizados en los
distintos tipos de análisis a elegir
• Explicar las diferencias entre los
métodos clásicos y los métodos de
análisis a elegir
• Explicar los métodos cuantitativos y
cualitativos en el análisis elegir
11. FUENTE DE INFORMACION
1. Hamilton, Simpson, Ellis. Cálculos de Química Analítica. México: McGraw –
Hill, 7ma. edición, 1981.
2. Perry, Robert H. (Ed. In Chief), Perry, S. Chemical Engineers Handbook.
McGraw – Hill.
3. Association of Official Analytical Chemist. Statistical Manual of the AOAC.
AOAC Ediciones.
4. Association of Official Analytical Chemist. Use of Statistics to Develop and
Evaluate Analytical Methods. AOAC Ediciones.
5. American Public Health Association, American Waters Works Association,
Water Pollution Control Federation. Standard Methods for the Examination of Water
and Wastewater. Ed. APHA
6. Official Methods of the Analysis of the Association of Official Analytical
Chemists, Ed. AOAC.
7. Welcher, F. K. y Furman, N. H., Standard Methods of Chemical Analysis. Ed. Van
Nostrand.
33
8. Journal of the Association of Official Analytical Chemists, (AOAC)
9. Journal of Analytical Chemistry.
10. Normas Oficiales Mexicanas.
12.- PRACTICAS PROPUESTAS
1 Realización de diferentes tipos de muestreo (según Normas Mexicanas)
2 Preparación y estandarización de soluciones.
3 Análisis fisicoquímicos y microbiológicos de diferentes tipos de aguas, para su
caracterización.
4 Análisis fisicoquímicos y microbiológicos de diferentes tipos de aceites, para su
caracterización.
5 Análisis fisicoquímicos del aire y de emisiones a la atmósfera, para su
caracterización.
6 Análisis fisicoquímicos de insumos y productos industriales, para su
caracterización.
3.4.2- OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS
DATOS DE AL ASIGNATURA IQF-1202
Nombre de la asignatura:
Carrera:
Clave de la asignatura:
SATCA*
Optimización de procesos químicos
Ingeniería Química
IQUI-2010-232 (IQF-1202)
3-2-5
1. PRESENTACIÓN
Caracterización De la asignatura.
La necesidad de nuevos productos, así como, una nueva cultura del cuidado del medio
ambiente, del ahorro y optimización de energía, el uso racionalizado de combustibles,
etc., hace necesario que la ingeniería química busque alternativas económicas y
factibles para la solución de estos nuevos retos. La simulación de procesos es una
herramienta eficaz y efectiva para el análisis, la síntesis y la optimización de proceso,
que ayuda a proponer las diferentes alternativas para resolver estos retos modernos.
En los últimos años se han popularizado las aplicaciones de simulación de procesos por
computadora. Numerosas aplicaciones para el tratamiento de procesos específicos de
diversas industrias (petróleo, petroquímica, alimentos, papel, farmacéutica, etc.), así
como la amplia difusión de los paquetes comerciales de simuladores generales reflejan
esta tendencia. Sin embargo, la utilización de estas herramientas de simulación para
tratar problemas de optimización ha sido la que más se ha demorado. Recién en la
década de los 80 hay un esfuerzo continuo que permite la resolución de este tipo de
problemas. Hasta ese momento sólo técnicas muy rudimentarias, a través de la
resolución de gran número de simulaciones, habían permitido tratar problemas
34
relativamente simples con un alto consumo de recursos computacionales. En general,
se trataba de enfoques que separaban la simulación de la optimización. Los métodos de
programación matemática rudimentarios requerían la evaluación de distintos puntos,
para cada uno de los cuales era necesario resolver una simulación completa. El
optimizador era un programa separado que requería al simulador como un subprograma
con escasa integración entre ambos. Esto dio lugar a altos requerimientos de cómputo
que impidieron la resolución de problemas de optimización de cierta complejidad.
Sin duda se trataba de un tema pendiente pues el formato real en el cual se presentan
muchos de los problemas que un ingeniero debe tratar con un simulador es el de
optimización, todos los cuales habitualmente representan importantes beneficios
económicos. En la mayoría de los casos, a través de consideraciones intuitivas, el
ingeniero proponía varios puntos, aprovechaba las facilidades del simulador para
evaluar cada alternativa, y seleccionaba el mejor, aceptándolo de algún modo como el
“óptimo”. Obviamente esto está muy lejos de significar un enfoque apropiado para
optimizar, aunque sí razonable si se tiene en cuenta las limitaciones de los métodos
empleados y la precariedad de los recursos disponibles. La disponibilidad de
computadoras más rápidas y de estrategias más eficientes ha permitido resolver
problemas de optimización adecuadamente. El ingeniero químico debe tratar problemas
de optimización en distintas circunstancias de su actividad:
a. Desarrollo de procesos: durante la evaluación de alternativas de un proceso, por
ejemplo para la evaluación económica de un proyecto, se debe basar la
comparación en el óptimo para cada alternativa. Dado que este tipo de
problemas se presenta en las primeras etapas de un proyecto, es normal utilizar
modelos simplificados al comienzo y dejar los rigurosos para cuando quedan
unas pocas alternativas entre las cuales elegir, y se requiere un mayor nivel de
detalle.
b. Diseño de planta: una vez que se ha determinado la configuración de la planta,
se utilizan los resultados de los balances de materia y energía para realizar el
diseño del proceso y de los equipos, el dimensionamiento de las unidades, la
estimación de costos, etc. Son importantes en este tipo de problemas los costos
de las unidades y los costos operativos para determinar el diseño óptimo de la
planta. Distintas alternativas pueden ser consideradas en este ámbito.
c. Operación de la planta: esta es, probablemente, la aplicación más habitual.
Sobre una planta existente se trata de optimizar su operación variando sus
condiciones operativas.
Esta asignatura pretende introducir una visión general del de los conceptos ingenieriles
y matemáticos de los diferentes métodos de optimización que permitan llegar al diseño
óptimo o a las condiciones óptimas de funcionamiento de un determinado diseño u
operación de una planta química.
La formulación del modelo de optimización no es un procedimiento formal
estructurado, sino más bien es un proceso que requiere de experiencia y creatividad.
Una vez generado el modelo, la etapa siguiente es resolver y validar dicho modelo.
Esta etapa puede considerarse suficientemente formalizada puesto que los modelos de
35
problemas de optimización han sido muy estudiados y se han desarrollado
innumerables métodos y estrategias para resolverlos.
En el curso se introducen los principios elementales para la optimización de funciones,
de una variable y multivariable, sin o con restricciones, ya sean éstas de igualdad o
desigualdad, lineales o no lineales. Se destaca además la necesidad de plantear el
problema de diseño desde un punto de vista de la optimización, y su relación con la
simulación estacionaria de procesos, y se explica la aplicación de métodos numéricos
para incorporar al modelo de simulación estacionaria (ya sea modular secuencial o
global) una función objetivo a optimizar, especificando determinadas variables de
optimización. Se enfatizan los simuladores modulares secuenciales.
Para ayudarle a conseguir estos objetivos, este curso proporciona una amplia variedad
de problemas sobre áreas diferentes de química y disciplinas científicas y de ingeniería
relacionadas. La mayoría de las unidades del curso están organizadas para resolver
problemas de optimización de los principales procesos de las operaciones unitarias y de
la ingeniería de las reacciones químicas. Las diferentes unidades contienen problemas
que requieren una solución mediante el uso de la computadora. Para lograr una
introducción a la optimización de procesos químicos mediante el uso de simuladores
comerciales, es recomendable cubrir las siguientes unidades:
En la primera unidad se describen estrategias para formular el modelo y un ejemplo de
aplicación. Posteriormente se presenta una descripción conceptual de la teoría y de los
principales algoritmos asociados a un grupo particular de modelos matemáticos de
optimización denominados programación lineal y programación no lineal.
En la unidad 2 se introducen los principios elementales para la optimización de
funciones, de una variable sin restricciones, y se destaca además la necesidad de
plantear el problema de diseño desde un punto de vista de la optimización, y su
relación con la simulación estacionaria de procesos.
En la unidad 3 se introducen los principios elementales para la optimización de
funciones no lineales multivariables, sin restricciones, y se resuelven problemas de
ingeniería química con los módulos de simulación desarrollados por el alumno.
En la unidad 4 se introducen los principios elementales para la optimización de
funciones lineales multivariables, sin o con restricciones, y se aplican softwares
disponibles para resolver problemas de ingeniería química.
En la unidad 5 se introducen los principios elementales para la optimización de
funciones no lineales multivariables, con restricciones, y se aplican softwares
disponibles para resolver problemas de ingeniería química.
Al inicio del curso se integran grupos de trabajo para aplicar algún software comercial
disponible para optimizar una alternativa de proceso químico proporcionado por el
profesor.
Se sugiere que se diseñen problemas con datos de procesos concretos, de tal forma que
el alumno se acostumbre a manejar cifras y cantidades anuales reales conduciéndolo a
una práctica profesional real.
El enfoque sugerido para la materia requiere llevar a cabo actividades prácticas que
promuevan el desarrollo de habilidades intelectuales, tales como: identificación,
36
manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis y trabajo
en equipo; propiciando el trabajo de inducción-deducción y análisis-síntesis. Por esta
razón varias de las actividades prácticas se han descrito como actividades previas al
tratamiento teórico de los temas, de manera que no sean una mera corroboración de lo
visto previamente en clase, sino una oportunidad para conceptualizar a partir de lo
observado. En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor
busque sólo guiar a sus alumnos para que ellos hagan la elección de las variables a
controlar y optimizar. Al elegir la secuencia en un proceso, es el estudiante el que debe
aprender a planificar, que no planifique el profesor todo por ellos, sino involucrarlos en
el proceso de planeación.
Las actividades consideradas como parte de este programa se enfocan hacia la
participación proactiva del estudiante en la optimización de procesos químicos. Lo
anterior requiere de la suma de conocimientos que el alumno ha venido adquiriendo a
lo largo de su carrera. Para lograr lo anterior el estudiante no solo debe interiorizarse en
el conocimiento del proceso sino que también en los aspectos económicos y de
optimización.
El profesor debe fomentar la inquietud del alumno en la solución de problemas que
involucren diversas alternativas para un proceso y su efecto no solamente en su
viabilidad tecnológica sino en el alcance económico del mismo.
La capacidad de evaluar las alternativas económicas disponibles de un proceso y la
optimización de las variables que intervienen en él, forman en el estudiante una actitud
analítica. La tarea del docente es crear en los alumnos esa actitud para su desarrollo
profesional futuro.
En cuanto a requisitos previos, es recomendable tener una base sólida en Operaciones,
Diseño de Procesos y Fundamentos de Físico-Química. El uso de algún simulador
comercial (ASPEN, HYSYS u otro), hojas de cálculo y herramientas de búsqueda en
Internet, y es recomendable que el alumno tenga un buen conocimiento de inglés a
nivel de lectura, y que disponga de un nivel mínimo de informática a nivel de usuario.
2. COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias específicas:
Adquirir las reglas básicas para
llegar a establecer, a partir del
modelo matemático de un sistema,
una función objetivo de coste,
beneficio, rentabilidad,
rendimiento, etc. , que permita
localizar los valores de
determinadas variables que
optimizan el valor de la función
objetivo.
Comprender las diferentes técnicas
de optimización, aplicables a
Competencias genéricas:
Competencias instrumentales:
Capacidad de análisis y síntesis.
Capacidad de organizar y
planificar.
Conocimientos básicos de la
carrera.
Comunicación oral y escrita.
Habilidades básicas de manejo de
la computadora.
Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de
fuentes diversas.
37
diferentes funciones objetivos,
según sus características
matemáticas.
Elegir la estrategia de
optimización más adecuada a cada
problema concreto.
Desarrollar algoritmos de cálculo
para diferentes técnicas de
optimización lineal y no lineal.
Desarrollar software mediante el
uso de algún lenguaje de
programación, de técnicas de
optimización lineal y no lineal.
Aplicar algún simulador comercial
para optimizar procesos químicos.
Solución de problemas.
Toma de decisiones.
Competencias interpersonales:
Trabajo en equipo.
Capacidad crítica y autocrítica.
Habilidades en las relaciones
interpersonales.
Habilidades para comunicarse con
expertos en otros campos.
Reconocimiento de la diversidad y
la multiculturalidad.
Sensibilidad hacia temas
medioambientales.
Compromiso ético
Competencias sistémicas:
Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica.
Habilidades de investigación.
Capacidad de aprender.
Iniciativa y espíritu emprendedor
Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad)
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
Preocupación por la calidad.
Búsqueda del logro.
3. HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
elaboración y revisión
Participantes Evento
IT de Mérida.
Del 1º. al 26 de octubre de
2012.
13. Ing. Fernando J.
Rivas López.
14. Ing. Herbert B.
Loría Sunza.
15. Ing. Enrique E.
Peraza González.
16. Dr. Carlos Reyes
Sosa.
17. Dr. Luis Cuevas
Glory.
18. Lic. Martha P.
Cobos Díaz.
19. M.C. José
Reunión de la Academia de
Ingeniería Química para la
Innovación Curricular para
la formación y desarrollo
de competencias
profesionales de la
especialidad de la carrera
de Ingeniería Química
38
L.Giorgana
Figueroa.
20. Claudia R.
Villanueva Rosado.
21. Ing. Daniel López
Sauri.
22. M.C. Addy
Arzápalo Marín.
23. M.C. Luis F.
Carrillo Lara.
4. OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Aplicar técnicas de optimización para resolver problemas de ingeniería química e iniciar
al alumno en el uso de algún simulador comercial para optimizar procesos químicos.
5. COMPETENCIAS PREVIAS
Realizar problemas de cálculo integral y diferencial.
Resolver ecuaciones diferenciales ordinarias.
Aplicar métodos numéricos a la solución de problemas de ingeniería.
Calcular propiedades termodinámicas y de transporte.
Resolver problemas de balances de materia y energía.
Resolver problemas de diseño de equipos de separación.
Resolver problemas de diseño de equipos de reacción.
Analizar y sintetizar procesos industriales.
6. TEMARIO
UNIDAD TEMAS SUBTEMAS
1 Introducción a la
optimización
1. Conocimientos básicos para analizar
procesos en ingeniería química.
2. Definición de síntesis, simulación y
optimización de procesos.
3. Relación entre síntesis, simulación y
optimización de procesos.
4. Análisis de los componentes de un
proyecto de optimización de procesos.
5. Beneficios de un proyecto de
optimización de procesos y su
importancia en la toma de decisiones.
2 Optimización de
funciones restringidas.
Búsqueda en una
dimensión.
1. Método de la sección dorada.
2. Método de Newton. Quasi-Newton y
método de la secante.
3. Método de eliminación por región.
4. Método de eliminación por región.
5. Métodos de aproximación polinomial.
3 Optimización de 1. Métodos directos.
39
funciones multivarables
no restringidas.
2. Métodos indirectos de primer orden.
3. Métodos indirectos de segundo orden.
4. Método de la secante.
5. Método de aproximación de
diferencias finitas para funciones
derivadas.
4 Programación lineal. 1. Conceptos básicos de programación
lineal.
2. El método simplex para resolver
problemas de programación lineal.
3. Obtención de una primera posible
solución.
4. Forma estándar de programación
lineal.
5. Método Simplex revisado.
6. Dualidad en programación lineal.
7. El algoritmo de Kamarkar.
5 Programación no lineal
con restricciones.
1. Método del multiplicador de Lagrange.
2. Condiciones necesarias y suficientes
para que exista un mínimo local.
3. Programación cuadrática.
4. Método del gradiente reducido,
generalizado.
5. Función penalizada y métodos
lagrangianos argumentados.
6. Programación cuadrática secuencial.
7. Métodos de búsqueda aleatoria.
8. Programación lineal sucesiva.
9. Optimización dinámica de procesos.
7. SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
La materia está dividida en dos bloques temáticos, correspondientes a una división de la
asignatura en el desarrollo de software de optimización, y otra en la aplicación de
simuladores comerciales para resolver problemas de optimización, aunque las
aplicaciones están altamente relacionadas. Debido a la orientación eminentemente
práctica que se quiere dar a la asignatura, las clases de problemas en pizarra son
sustituidas por su planteamiento, desarrollo y aplicación con software de simulación y/o
optimización, donde se aplicarán las herramientas de diseño asistido por ordenador. El
alumno tendrá acceso a los simuladores comerciales usados en la industria (ASPEN,
HYSYS o algún otro simulador comercial). Se resolverán ejemplos típicos de procesos
químicos reales.
Paralelamente se constituirán equipos de trabajo de un máximo de 5 alumnos con un
proyecto asignado al comienzo de la asignatura. Cada grupo deberá desarrollar el
40
proyecto aplicando los conceptos y técnicas que se vayan explicando durante el
desarrollo del programa.
8. SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
Participación del alumno durante el desarrollo del curso.
Revisión de problemas asignados.
Aplicación de proyectos en simuladores comerciales de procesos.
9. UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1:
Competencia específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Comprender los componentes
de un proyecto de
optimización y su
importancia en el diseño de
procesos químicos.
Realizar clases expositivas utilizando técnicas
de aprendizaje cooperativo informal de corta
duración.
Investigar la importancia de la optimización en
el diseño de procesos químicos.
Describir el modelo y los métodos de
optimización.
Identificar las variables de diseño de la
operación y fijar su valor en función de las
restricciones.
Plantear un trabajo original de aplicación de los
contenidos teóricos presentados en la unidad.
Unidad 2:
Competencia específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Formular y resolver
problemas de
optimización de
procesos químicos
con programación no
lineal (NLP) de
funciones de una sola
variable sin
restricciones.
Aplicar algún
software disponible
para optimizar
procesos químicos
para funciones no
lineales de una sola
variable sin
restricciones.
Realizar clases expositivas utilizando técnicas
de aprendizaje cooperativo informal de corta
duración.
Resolver problemas propuestos de procesos
químicos aplicando los diferentes métodos de
optimización basados en la programación no
lineal de funciones de una sola variable sin
restricciones.
Utilizar algún software disponible para resolver
problemas de programación no lineal de
funciones de una sola variable sin restricciones.
Comparar resultados obtenidos en la solución
de problemas con los métodos propios con los
obtenidos mediante el uso de algún software
disponible.
Proporcionar sesiones de apoyo a los
estudiantes para orientación en el seguimiento
41
de los temas que aborda la asignatura.
Unidad 3:
Competencia específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
1. Formular y resolver
problemas de
optimización de
procesos químicos
con funciones
multivariables no
lineales sin
restricciones.
2. Aplicar algún
software disponible
para optimizar
procesos químicos
para funciones
multivariables no
lineales sin
restricciones.
Realizar clases expositivas utilizando técnicas
de aprendizaje cooperativo informal de corta
duración.
Formular y resolver problemas de optimización
de funciones multivariables no restringidas.
Desarrollar algoritmos para resolver problemas
de funciones multivariables no lineales no
restringidas.
Desarrollar programas de cómputo para
resolver problemas de optimización de
funciones no lineales sin restricciones.
Aplicar algún software comercial disponible
para optimizar funciones no lineales
multivariables sin restricciones.
Proporcionar sesiones de apoyo a los
estudiantes para orientación en el seguimiento
de los temas que aborda la unidad.
Unidad 4
Competencia específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Formular y resolver
problemas de optimización
de procesos químicos con
funciones multivariables
lineales con restricciones.
Aplicar algún software
disponible para optimizar
procesos químicos para
funciones lineales
multivariables con
restricciones.
Realizar clases expositivas utilizando técnicas
de aprendizaje cooperativo informal de corta
duración.
Identificar en clase todos los aspectos que
deben tenerse en cuenta en la programación
lineal.
Priorizar y clasificar los puntos a tener en
cuenta en la optimización lineal.
Aplicar los conceptos de programación lineal
para resolver problemas de ingeniería química.
Mediante un problema, el alumno:
a) Identificará las variables del problema.
b) Efectuará una formulación del problema.
c) Construirá el modelo de programación
d) Efectuará pruebas del modelo y encontrará
soluciones
Seleccionar el método de programación lineal
para diseñar y optimizar procesos químicos.
42
Resolver problemas de optimización lineal
aplicando softwares disponibles en la
institución.
Proporcionar sesiones de apoyo a los
estudiantes para orientación en el seguimiento
de los temas que aborda la programación lineal.
Unidad 5
Competencia específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
1. Formular y resolver
problemas de
optimización de
procesos químicos
con funciones
multivariables no
lineales con
restricciones.
2. Aplicar algún
software disponible
para optimizar
procesos químicos
para funciones
multivariables no
lineales con
restricciones.
Realizar clases expositivas utilizando técnicas
de aprendizaje cooperativo informal de corta
duración.
Formular y resolver problemas de optimización
de funciones multivariables no lineales
restringidas.
Desarrollar algoritmos para resolver problemas
de funciones multivariables no lineales
restringidas.
Desarrollar programas de cómputo para
resolver problemas de optimización de
funciones no lineales con restricciones.
Aplicar algún software comercial disponible
para optimizar funciones no lineales
multivariables con restricciones.
Proporcionar sesiones de apoyo a los
estudiantes para orientación en el seguimiento
de los temas que aborda la unidad.
11. FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Edgar, Himmelblau & Lasdon. Optimization of chemical processes.. McGraw
Hill, (2001).
2. Luemberger, D.G. Introduction to linear and nonlinear programming. Addison-
Wesley Plublishing Company
3. Reklaitis, G.V. and Ravindran A. Engineering optimization. Method and
applications. Edt. John Willey and Sons N.Y.
4. Scenna, Nicolás J. Y col. Modelado, simulación y optimización de procesos
químicos. ISBN 950-42-0022-2-© 1999.
5. Scenna, Nicolás J. Y col. Modelado, simulación y optimización de procesos
químicos. ISBN 950-42-0022-2-© 1999.
6. Simmons, D.M. Nonlinear programing for operation research. Prentice Hall, Inc.
New Jersey
7. Pike R.W. y Guerra, L. Optimización en Ingeniería, Edit. Alfaomega
43
8. Aspentech ASPEN PLUS 11.1. Documentation, Aspen Technology, Inc.,
Cambridge, 2001.
9. Seider, W.D.; Seader, J.D.; Lewin, D.R. Process Design Principles. Synthesis,
Analysis and Evaluation, John Wiley & Sons, New York, 1999.
10. Biegler, L.T.; Grossman, I.E. ; Westerberg, A.W. Systematic Methods of
Chemical Process Design, Prentice Hall, New York, 1997.
11. Douglas, J.M. Conceptual Design of Chemical Processes, McGraw-Hill, Boston,
1988.
12. Turton, R.; Bailie, R.C.; Whiting, W.B. Analysis, Synthesis and Design of
Chemical Processes, Prentice Hall, New York, 1997.
13. , phillips & Wilde. Foundations of optimization. Prentice Hall, (1979)
14. Beveridge & Schechter. Optimization. Theory and practice. McGraw Hill,
(1970)
15. Rudd & Watson. Strategy of process engineering. Wiley & Sons, (1968)
16. Rice & Do. Applied mathematics and modeling for chemical engineers. Wiley &
Sons, (1995)
12. PRÁCTICAS PROPUESTAS
Las prácticas serán los proyectos a desarrollar por los alumnos, que se seleccionarán
entre los que se relacionan en la siguiente lista:
1. Distribución de productos desde la planta de producción hasta destino a mínimo
coste.
2. Asignación óptima de recursos en producción: Dentro de una serie de posibles
productos decidir qué producir y en qué cantidad para maximizar beneficios
3. Minimización (o eliminación) de residuos en planta.
4. Optimizar secuencias de columnas convencionales y no convencionales
5. Optimizar redes de intercambio de calor.
6. Simulación y optimización de plantas utilizando simuladores comerciales.
3.4.2- MODELADO Y SIMULACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS
DATOS DE AL ASIGNATURA IQD-1203
Nombre de la asignatura:
Carrera:
Clave de la asignatura:
SATCA*
Modelado y simulación de procesos
químicos
Ingeniería Química
IQUI-2010-232 (IQD-1203)
2-3-5
44
2 PRESENTACIÓN
Caracterización De la asignatura.
El proceso de concepción y diseño de procesos químicos engloba multitud de
elementos individuales de muy diversa índole, sobre los cuales es necesario tener un
conocimiento para poder desarrollar y proyectar instalaciones químicas nuevas o
ampliaciones de las mismas con garantías de éxito.
En el diseño de procesos químicos, el estudiante o profesional de ingeniería, con
frecuencia está involucrado en la resolución numérica de problemas de diseño de
procesos químicos en una computadora. Las herramientas que generalmente se utilizan
para la resolución de problemas técnicos o de ingeniería son paquetes de software
matemático que se pueden ejecutar en la computadora personal del estudiante en su
mesa de trabajo.
El propósito de este curso es brindar una introducción al modelado y simulación de
procesos químicos. El contenido y configuración del curso se ha planeado poniendo
énfasis en la modelación de procesos químicos tanto estacionarios como dinámicos, al
mismo tiempo que se introduce al alumno en áreas fundamentales para afrontar la tarea
del diseño y modelado integral de procesos químicos. Por otra parte, además de los
modelos de equipos más convencionales o clásicos se incorporan ejemplos específicos
en varios campos, tratando de introducir al alumno acerca de la necesidad de
comprender los fundamentos del modelado de procesos, ya que probablemente, y pese
a la cantidad de simuladores comerciales de propósitos generales existentes o por
desarrollarse, en su carrera profesional deberá enfrentarse a la tarea de implementar su
propio prototipo de modelo.
Para ayudarle a conseguir estos objetivos, este curso proporciona una amplia variedad
de problemas sobre áreas diferentes de química y disciplinas científicas y de ingeniería
relacionadas. La mayoría de las unidades del curso están organizadas para resolver
problemas de diseño de los principales procesos de las operaciones unitarias y de la
ingeniería de las reacciones químicas. Las diferentes unidades contienen problemas
que requieren una solución mediante el uso de la computadora. Para facilitar la tarea,
todos los problemas se presentan con un mismo tipo de formato. En primer lugar, se
presenta el tema conciso sobre el que se trata el problema, seguido de una lista de los
conceptos científicos o de ingeniería que se demuestran en el problema. A
continuación antes de presentar el enunciado del problema, se indican los métodos
numéricos que se utilizan para su resolución. Generalmente, un determinado problema
va acompañado, de forma detallada, de todas las ecuaciones que se necesitan para su
resolución, incluyendo las unidades apropiadas en diversos sistemas, siendo el Sistema
Internacional (SI) el que comúnmente se utiliza. Las propiedades físicas se dan
directamente en los problemas o se seleccionan los métodos requeridos para ser
estimadas.
La presentación de todos estos aspectos de una forma estructurada, aunque no detallada
debido a la complejidad de algunas de ellas, permiten que el estudiante tenga un punto
de partida sólido sobre el que poder desarrollar y proyectar instalaciones químicas, y
45
que sepa estimar el impacto que tienen sobre el diseño final los métodos de cálculo
empleados. Asimismo, las herramientas introducidas en este curso podrán ser de gran
ayuda al estudiante en tareas de optimización y mejora de procesos químicos.
Para lograr una breve introducción conceptual al problema global del modelado de
procesos químicos, es recomendable cubrir las siguientes unidades:
En la unidad 1 se desarrolla una introducción a los métodos numéricos para la solución
de sistemas de ecuaciones algebraicas, enfatizando los sistemas no lineales, y los
métodos más comunes utilizados en la solución de modelos en ingeniería química. En
esta unidad se realiza también una introducción a los métodos numéricos clásicos
disponibles para resolver sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias, enfatizando
además el problema de los sistemas stiff.
En la unidad 2 se introduce brevemente el problema de la estimación de propiedades
fisicoquímicas. Se destaca la importancia de lograr un criterio para seleccionar el
método adecuado de estimación para lograr resultados apropiados. Se hace hincapié en
los principales métodos para la estimación de la constante de equilibrio y entalpías en
mezclas de multicomponentes.
En la unidad 3 se desarrolla el modelo de simulación para un equipo de separación por
evaporación flash, y se analizan algunos de los métodos que se han propuesto para la
simulación en estado estacionario de equipos de separación multicomponente en
múltiples etapas, en contracorriente. Se enfatizan los métodos semi-rigurosos y
rigurosos, por ser los más utilizados y convenientes para la mayoría de los casos
prácticos. Se discuten algunas características de los problemas de separación de
mezclas no ideales, por ejemplo la posibilidad de obtener múltiples soluciones.
En la unidad 4 se presentan las ecuaciones básicas de diseño, las leyes de velocidad y
las relaciones estequiométricas para diferentes tipos de reactores para desarrollar sus
modelos matemáticos que se utilizarán para resolver problemas de diseño de reactores
químicos.
3 COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias específicas:
Aplicar métodos numéricos para
resolver problemas de diseño de
procesos químicos.
Estimar los valores de las propiedades
fisicoquímicas de los procesos
químicos.
Desarrollar módulos de simulación a
partir de los modelos matemáticos de
los principales procesos químicos.
Estudiar con los módulos de simulación
diferentes procesos químicos.
Competencias genéricas:
Competencias instrumentales:
Capacidad de análisis y síntesis.
Capacidad de organizar y planificar.
Conocimientos básicos de la carrera.
Comunicación oral y escrita.
Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas.
Solución de problemas.
46
Toma de decisiones.
Competencias interpersonales:
Trabajo en equipo
Habilidades interpersonales
Competencias sistémicas:
Capacidad de aplicar los conocimientos
en la práctica.
Habilidades de investigación.
Capacidad de aprender.
Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad)
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
Búsqueda del logro.
4 HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
elaboración y
revisión
Participantes Evento
IT de Mérida.
Del 1º. al 25 de
octubre de 2012.
24. Ing. Fernando J.
Rivas López.
25. Ing. Herbert B.
Loría Sunza.
26. Ing. Enrique E.
Peraza González.
27. Dr. Carlos Reyes
Sosa.
28. Dr. Luis Cuevas
Glory.
29. Lic. Martha P.
Cobos Díaz.
30. M.C. José
L.Giorgana Figueroa.
31. Claudia R.
Villanueva Rosado.
32. Ing. Daniel López
Sauri.
33. M.C. Addy
Arzápalo Marín.
34. M.C. Luis F.
Carrillo Lara.
Reunión de la
Academia de
Ingeniería Química
para la Innovación
Curricular para la
formación y
desarrollo de
competencias
profesionales de la
especialidad de la
carrera de Ingeniería
Química
47
5 OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Al finalizar este curso, el alumno será capaz de: 1. Analizar procesos de transformación de
materia y energía a través de modelos matemáticos. 2. Resolver modelos matemáticos de
sistemas complejos a través de programas computacionales especializados. 3. Conocer y
aplicar modelos matemáticos que se usan para casos especiales como lo es la estimación de
consecuencias por eventos de riesgo en los procesos.
6 COMPETENCIAS PREVIAS
Resolver sistemas de ecuaciones lineales.
Resolver problemas aplicando cálculo vectorial.
Realizar problemas de cálculo integral y diferencial.
Resolver sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias.
Resolver modelos matemáticos usando métodos numéricos.
Aplicar lenguajes de programación (Fortran, C++, Matlab, VisualBasic) para
resolver modelos matemáticos.
Realizar balances de materia y energía.
Calcular propiedades termodinámicas y de transporte.
Resolver problemas de diseño de equipos de separación.
Resolver problemas de diseño de equipos de reacción.
Analizar y sintetizar procesos industriales.
7 TEMARIO
UNIDAD TEMAS SUBTEMAS
1 Revisión de
métodos
numéricos
aplicables en la
simulación de
procesos.
1. Solución de ecuaciones simples no
lineales.
1.1. Método de Newton.
1.2. Método de Wegstein.
2. Solución de sistemas de ecuaciones
lineales.
2.1. Método de eliminación de
Gauss.
2.2. Método de Gauss-Jordan.
2.3. Método de Thomas para
matrices tridiagonales.
3. Solución de ecuaciones diferenciales
ordinarias.
3.1. Método de Euler.
3.2. Método de Runge-Kutta de
cuarto orden.
48
2 Propiedades
termodinámicas de
equilibrio.
1. Introducción.
2. Correlaciones para la estimación de las
presiones de vapor.
2.1. Ecuación de Antoine.
2.2. Ecuación de Wagner.
3. Equilibrio líquido-gas en sistemas
semi-ideales.
3.1. Teoría de soluciones
regulares y correlaciones de Chao-
Seader y Grayson-Streed.
3.2. Ecuación de Van Laar.
3.3. El método UNIFAC.
3.4. Uso de datos
experimentales para calcular
constantes de equilibrio.
4. Cálculo de las temperaturas de burbuja
y rocío.
3 Módulo de
simulación de
columnas de
destilación.
1. Introducción.
2. Diseño de un evaporador flash de una
mezcla ideal de varios componentes.
3. Diseño de un evaporador flash de
múltiples etapas.
4. Correlaciones de Fenske-Underwood-
Guilliland para las torres de
separación, rectificación o destilación
fraccionada.
5. Cálculos rigurosos de destilación para
una torre de destilación simple.
6. Destilación discontinua o por lotes.
4 Ingeniería de las
reacciones
químicas.
1. Diseño de reactores de flujo ideal con
cambio de volumen durante la
reacción.
2. Diseño de reactores con lecho
empacado.
3. Diseño de reactores catalíticos con
separación de membrana.
4. Diseño de reactores en régimen semi-
continuo.
5. Diseño de reactores de tanque agitado
en régimen continuo, en serie.
49
6. Diseño de reactores para reacciones
múltiples.
8 SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
El profesor debe:
Ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, conocer su origen
y desarrollo histórico para considerar este conocimiento al abordar los temas.
Desarrollar la capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar el trabajo
del estudiante y potenciar en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la toma de
decisiones. Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso formativo y
propiciar la interacción entre los estudiantes. Tomar en cuenta el conocimiento de
los estudiantes como punto de partida y como obstáculo para la construcción de
nuevos conocimientos.
Propiciar actividades de metacognición. Ante la ejecución de una actividad,
señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: un análisis, una
síntesis, la creación de un heurístico, etc. Al principio lo hará el profesor, luego
será el alumno quien lo identifique. Ejemplos: aplicación de leyes de
conservación de materia y energía a diferentes casos de estudio.
Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas
fuentes. Ejemplos: buscar y analizar los diferentes procesos químicos. Hacer una
investigación bibliográfica y en internet de los diferentes tipos de simuladores
comerciales.
Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio
argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los
estudiantes. Por ejemplo: Realizar sesiones de seminarios donde se expongan los
resultados de las simulaciones de diferentes procesos químicos y los análisis de
los resultados.
Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a
las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el
estudiante. Ejemplos: simular procesos de destilación, absorción, reactores
químicos, cálculos de redes de tuberías, cálculo de integración de energía, cálculo
de redes de intercambiadores de calor, destilación de crudos, plantas criogénicas,
entre algunos.
Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, la
escritura y la expresión oral. Ejemplos: redactar reportes e informes de las
actividades desarrolladas en la elaboración de simuladores de diversos procesos
químicos, exponer al grupo las conclusiones obtenidas. Es conveniente que los
reportes contengan toda la información que concluya y apoye a su análisis y que
la redacción sea muy clara y concisa.
Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y
análisis-síntesis, que encaminen hacia la investigación. Ejemplo: a partir de un
problema real, propiciar que el estudiante elabore sus propias consideraciones y
elija el modelo que mejor represente el proceso a tratar.
50
Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los
conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la
asignatura.
Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la
asignatura y entre distintos cursos, para su análisis y solución. Por ejemplo, se
puede plantear al estudiante la representación de una planta real y que proponga
alguna mejora en el proceso, sustentando sus decisiones.
Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente.
Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor
comprensión del estudiante.
Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura
(procesador de texto, hoja de cálculo, base de datos, graficador, Internet,
simuladores comerciales, etc.).
9 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
La evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar el desempeño en
cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis en:
Simular procesos químicos: modelar procesos y programar módulos de
simulación de los principales procesos químicos.
Elaborar reportes de los resultados obtenidos de la simulación, así como de las
conclusiones obtenidas de dichas simulaciones.
Resolver la evaluación escrita de los contenidos del programa oficial para
comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos.
Elaborar un proyecto final en equipo, desarrollando un simulador y siguiendo
toda la secuencia desarrollada de análisis, optimización y elaboración de reporte
técnico.
Asistir al aula de manera puntual, preferentemente en un 80% de las asistencias
totales.
10 UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Desarrollar módulos de
los métodos numéricos
necesarios para resolver
los modelos
matemáticos de los
procesos químicos
Desarrollar el módulo del método de Newton
Raphson para calcular la raíz de una función simple
no lineal.
Estimar el factor de compresibilidad de un gas puro
aplicando el módulo de Newton-Raphson.
Desarrollar el módulo del método de Wegstein para
51
estudiados en el curso. calcular la raíz de una función simple no lineal.
Determinar la fracción de vaporización de un
evaporador flash aplicando la subrutina de Wegstein.
Desarrollar el módulo del método de eliminación de
Gauss para resolver un sistema de ecuaciones
lineales.
Resolver las ecuaciones de balance de materia de
una columna de destilación aplicando la subrutina
del método de eliminación de Gauss.
Desarrollar el módulo del método de Runge-Kutta de
cuarto orden para resolver un sistema de ecuaciones
diferenciales ordinarias.
Determinar la variación de la conversión en un
reactor PFR aplicando el método de Runge-Kutta de
cuarto orden.
Investigar procesos químicos donde se apliquen los
métodos numéricos desarrollados en esta unidad.
Unidad 2:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Desarrollar módulos de
cálculo de propiedades
termodinámicas para
resolver problemas de
simulación de procesos
químicos.
Desarrollar módulos para calcular presiones de
vapor de compuestos puros mediante el uso de los
métodos de Antoine y Wagner.
Desarrollar un módulo para calcular constantes de
equilibrio para mezclas ideales.
Desarrollar un módulo para calcular constantes de
equilibrio mediante el método de DePriester.
Desarrollar módulos para calcular constantes de
equilibrio mediante los métodos de Chao y Seader, y
de Grayson y Streed.
Seleccionar el método a utilizar para la predicción de
propiedades del equilibrio líquido-vapor.
Desarrollar un módulo para calcular el calor latente
de vaporización mediante el método de Clausius
Claypeyron.
Desarrolla un módulo para calcular capacidades
caloríficas de mezclas gaseosas ideales.
Unidad 3:
52
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Desarrollar ecuaciones
para modelar procesos
de equilibrio líquido-
gas, y elaborar sus
módulos de simulación
con base en sus
modelos matemáticos.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un evaporador flash de varios
componentes.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un evaporador flash de múltiples
etapas.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de una columna de destilación aplicando
las correlaciones de Fenske-Underwood-Gilliland.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de una columna de destilación
convencional utilizando un método riguroso.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un aparato de destilación discontinua.
Unidad 4:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Desarrollar ecuaciones
matemáticas para
modelar los principales
reactores químicos y
desarrollar sus módulos
de simulación.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un reactor isotérmico con cambio de
volumen durante la reacción.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un reactor isotérmico de flujo de lecho
empacado con descenso de presión.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un reactor catalítico isotérmico de
membrana.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de la puesta de operación de tres
reactores CSTR en serie.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un reactor semi-continuo isotérmico
con reacción reversible en fase líquida.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un reactor isotérmico de lecho
empacado con reacciones múltiples.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
53
simulación de un reactor no isotérmico por lotes.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un reactor CSTR exotérmico enfriado.
Desarrollar el modelo matemático y el módulo de
simulación de un reactor de lecho empacado
exotérmico reversible en fase gaseosa.
12. FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Richard Turton, Richard C. Bailie, Wallace B. Whiting, Joseph A. Shaeiwitz,
Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, Tercera edición,
Prentice Hall.
2. Bird, R. Byron (Robert Byron), 1924-, Fenómenos de transporte / R. Byron Bird,
Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot., 2a ed., México, D.F. : Limusa Wiley,
c2006.
3. Perry's chemical engineers' handbook / prepared by a staff of specialists under
the editorial direction of editor-in-chief, Don W. Green, late editor, Robert H.
Perry., 8th ed., New York : McGraw-Hill, 2008., New York, 2008.
4. Duncan, T. Michael., Chemical engineering design and analysis : an introduction
/ T. Michael Duncan and Jeffrey A. Reimer., , Cambridge, UK : Cambridge
University Press, 1998., England, 1998.
5. Peters, Max Stone, 1920-, Plant design and economics for chemical engineers /
Max S. Peters, Klaus D. Timmerhaus, Ronald E. West., 5th ed., New York, N.Y.
; Boston, Mass. : McGraw-Hill, c2003., New York, c2003.
6. PRÁCTICAS PROPUESTAS
Las prácticas propuestas en el presente programa no son únicas para el desarrollo de
actividades en la asignatura. Cualquier práctica de las cubiertas en el programa podrá ser
sustituida por otra en la medida que los objetivos educacionales de la misma queden cumplidos.
Desarrollar módulos de simulación para:
1. Predecir y determinar propiedades de sustancias para el equilibrio líquido-
gas.
2. Estudiar en un evaporador flash que se alimenta con una mezcla de n-butano
y n-hexano con diferentes fracciones de vaporización.
3. Estudiar la separación de una mezcla de n-butano, n-pentano, y n hexano en
una columna de destilación. Ajustar los valores de la columna para hacer
que el butano y el pentano salgan de la parte superior de la columna y el
hexano en el fondo.
54
4. Estudiar los efectos de presión-temperatura en la separación de una mezcla
de etano, etileno, propano, propileno, n-butano, n-pentano y n-hexano en
una columna de destilación.
5. Estudiar el efecto de la caída de presión en la conversión para la producción
de óxido de etileno en un reactor de lecho empacado.
6. Estudiar y comparar la selectividad en un reactor de lecho empacado y un
reactor catalítico de membrana para la producción de estireno.
7. Estudiar el efecto de la presión de entrada y el diámetro de las partículas
para una reacción elemental irreversible en fase gaseosa en un reactor
tubular adiabático empacado con catalizador.
8. Estudiar las causas del accidente grave ocurrido en la planta de Monsanto en
Sauget, Illinois en su reactor intermitente para la producción de nitroanilina.
9. Estudiar el diagrama de flujo de proceso para la producción de etilenglicol a
partir de etanol.
1 3.4.4- PROCESOS UNITARIOS
DATOS DE AL ASIGNATURA IQF-1204
Nombre de la asignatura:
Carrera:
Clave de la asignatura:
SATCA*
Procesos Unitarios
Ingeniería Química
IQUI-2010-232 (IQF-1204)
3-2-5
10. PRESENTACIÓN
Caracterización De la asignatura.
Los cursos de Ingeniería Química por lo general se enfocan en los cálculos del proceso
químico. Se enseñan balances de materia y energía, se presentan conceptos de
termodinámica, operaciones unitarias, diseño de reactores químicos, etc. Al terminar la
carrera, la mayoría de los estudiantes pueden preparar y resolver las ecuaciones de
balance de materia y energía en un problema bien definido, pero no tienen una buena
comprensión de cómo estos cálculos se relacionan con el diseño de procesos químicos
reales para generar productos.
El proceso de concepción y diseño de procesos químicos engloba multitud de
elementos individuales de muy diversa índole, sobre los cuales es necesario tener un
conocimiento para poder desarrollar y proyectar instalaciones químicas nuevas o
ampliaciones de las mismas con garantías de éxito.
55
En este curso se pretende: 1) proporcionar a los estudiantes una mejor idea acerca de
cómo los procesos químicos convierten materias primas en productos útiles, y 2)
proporcionar a los estudiantes una apreciación de la forma en que los ingenieros
químicos toman decisiones y evalúan las restricciones para idear nuevos procesos y
productos. Nuestra intención es que al final del curso los estudiantes sean capaces, con
una cantidad mínima de información, de sintetizar un diagrama de flujo de proceso
químico, con lo cual se aproximarían a los procesos industriales reales. Esto incluye la
selección de tecnología de separación apropiada, determinación de las condiciones
razonables de operación, optimización de las variables importantes del proceso, la
integración de necesidades de energía, y el cálculo de los flujos de materia y energía.
Este enfoque equipa a los estudiantes con las herramientas necesarias para pensar
acerca de las estrategias creativas de síntesis del proceso químico y refuerza en gran
medida la comprensión acerca de la conexión que existe entre la química y el proceso.
Proporciona a los estudiantes un marco de referencia que va más allá del plan de
estudios: los estudiantes se encuentran más motivados para esforzarse a través del rigor
y de la abstracción que caracteriza a los cursos de ciencias de ingeniería, como
termodinámica, transporte y cinética, porque ha sido posible la interrelación de los
conceptos fundamentales y la solución de problemas prácticos de ingeniería. Los
cursos superiores de diseño de procesos vuelven a visitar el mismo terreno pero a un
nivel más sofisticado. Los estudiantes aprenden que los principios de los procesos
químicos y las estrategias de síntesis y análisis del proceso, pueden ser aplicados de
manera ventajosa a una enorme diversidad de problemas: desde el tránsito de un
medicamento al nivel intracelular hasta la acumulación de contaminantes en el
ecosistema. La disponibilidad de herramientas computacionales de cálculo fáciles de
usar implica que en el curso los estudiantes puedan enfrentarse a problemas desafiantes
y complejos.
En la unidad 1 se muestra como se utilizan los conceptos estequiométricos simples
para elegir las materias primas y las rutas de reacción. Los estudiantes deben
comprender que la ingeniería no consiste únicamente en hacer cálculos y elegir las
mejores opciones. La idea es combinar cálculos, datos y heurísticas para realizar
elecciones es un tema central a lo largo del curso.
La unidad 2 presenta la idea simple pero poderosa de la diagramación de los flujos de
proceso como un medio del ingeniero químico para comunicar ideas acerca de las
materias primas, la química de la reacción, los pasos del procesamiento y los
productos. Aquí los estudiantes aprenden los diez pasos fáciles para los cálculos de
flujo de proceso y se presentan, de una manera muy conceptual, las variables del
sistema, las especificaciones y corrientes del sistema, y los balances de materia. Se
trabajan a detalle numerosos problemas de ejemplo, basados en una amplia diversidad
56
de aplicaciones.
En la unidad 3 volvemos a tratar las ecuaciones de balances de materia, la
estequiometria de la reacción, y la diagramación del flujo de proceso, pero con un
enfoque más riguroso y matemático. En esta unidad, las ecuaciones de balance de
materia se derivan de los principios de la conservación de la masa. En esta unidad se
demuestra el poder del algebra lineal para encontrar los sistemas independientes de
reacciones químicas, para determinar la existencia y singularidad de las soluciones a
sistemas de ecuaciones lineales y para desarrollar modelos lineales flexibles de los
procesos químicos.
Las unidades 4 y 5 tratan con mayor profundidad los reactores y separadores. Se
analizan las heurísticas de síntesis del reactor y los diagramas de flujo de las
secuencias de separación. También se presentan las medidas cuantitativas de
desempeño del reactor y del separador, y los estudiantes aprenden como influyen las
características técnicas del desempeño en los cálculos de flujo y en el diseño del
proceso. Dentro de este contexto, se analiza el equilibrio de la reacción química y el
equilibrio de fases con algún detalle. Los estudiantes aprenden que el equilibrio
impone restricciones al desempeño de reactores y separadores, pero también aprenden
a seleccionar las condiciones de operación del proceso y como diseñar con base en
estas restricciones. Además, los estudiantes adquieren experiencia considerable cuando
emplean datos de propiedades físicas, gráficas y ecuaciones modelo.
Por último, en la unidad 6 se explican las ecuaciones de balance de energía y los
cálculos de la energía del proceso. Se desarrolla una estrategia de 12 pasos fáciles para
manejar estos problemas, la cual se ilustra en muchos problemas de ejemplo. Los
estudiantes aprenden las técnicas para conservar los recursos energéticos de manera
segura y atinada.
11. COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias específicas:
5. Relacionar la química con los cursos de
la carrera de ingeniería Química.
6. Sintetizar procesos químicos seguros,
confiables, ambientalmente sanos y
económicos mediante el cálculo de los
procesos que proporcionen a los
estudiantes una mejor comprensión
acerca de cómo estos dan forma a las
Competencias genéricas:
Competencias instrumentales:
Capacidad de análisis y síntesis.
Capacidad de organizar y planificar.
Conocimientos básicos de la carrera.
Comunicación oral y escrita.
Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
Habilidad para buscar y analizar
57
elecciones que se deben realizar en el
diseño de procesos químicos para la
obtención de los productos deseados.
7. Desarrollar estrategias sólidas para
resolver problemas.
8. Inventar y analizar con enfoques,
problemas y técnicas modernas.
9. Aplicar software que permita a los
estudiantes utilizarlos como
herramientas para resolver problemas.
información proveniente de fuentes
diversas.
Solución de problemas.
Toma de decisiones.
Competencias interpersonales:
Trabajo en equipo
Habilidades interpersonales
Competencias sistémicas:
Capacidad de aplicar los conocimientos
en la práctica.
Habilidades de investigación.
Capacidad de aprender.
Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad)
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
Búsqueda del logro.
12. HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
elaboración y
revisión
Participantes Evento
IT de Mérida.
Del 1º. al 19 de
octubre de 2012.
35. Ing. Fernando J.
Rivas López.
36. Ing. Herbert B.
Loría Sunza.
37. Ing. Enrique E.
Peraza González.
38. Dr. Carlos Reyes
Sosa.
39. Dr. Luis Cuevas
Glory.
40. Lic. Martha P.
Cobos Díaz.
41. M.C. José
L.Giorgana Figueroa.
42. Claudia R.
Villanueva Rosado.
43. Ing. Daniel López
Sauri.
44. M.C. Addy
Arzápalo Marín.
Reunión de la
Academia de
Ingeniería Química
para la Innovación
Curricular para la
formación y
desarrollo de
competencias
profesionales de la
especialidad de la
carrera de Ingeniería
Química
58
45. M.C. Luis F.
Carrillo Lara.
13. OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Al final del curso los estudiantes serán capaces, con una cantidad mínima de
información, de sintetizar un diagrama de flujo químico que se aproxime a los
procesos industriales reales. Esto incluye la selección de tecnología de separación
apropiada, determinación de las condiciones razonables de operación, optimización
de las variables importantes del proceso, la integración de necesidades de energía, y
el cálculo de los flujos de materia y energía. Los estudiantes aprenderán que los
principios de los procesos químicos y las estrategias de síntesis y análisis del
proceso, pueden ser aplicados de manera ventajosa a una enorme diversidad de
problemas.
6. COMPETENCIAS PREVIAS
Resolver sistemas de ecuaciones lineales.
Resolver problemas aplicando cálculo vectorial.
Aplicar Excel para la solución de problemas.
Manejar paquetería básica.
Realizar balances de materia y energía.
Calcular propiedades termodinámicas y de transporte.
7. TEMARIO
UNIDAD TEMAS SUBTEMAS
1 Evaluación
económica
preliminar.
1. Introducción.
2. Materias primas.
3. Ecuaciones balanceadas de las
reacciones químicas.
4. Análisis generación-consumo.
5. Economía de procesos.
2 Desarrollo del
diagrama de flujo
básico de un
proceso químico.
1. Introducción.
2. Variables del proceso.
3. Diagramas de flujo de los procesos
químicos.
4. Cálculo de flujo de proceso.
5. Análisis del grado de libertad.
6. Cálculos de flujo de proceso con
unidades múltiples de proceso.
59
3 Análisis
matemático de las
ecuaciones de
balance de materia
y de los diagramas
de flujo de
procesos.
1. Introducción.
2. La ecuación del balance de materia.
3. Modelos lineales de diagramas de
flujo de proceso.
4. Modelos lineales de diagramas de
flujo de proceso.
4 Síntesis de
diagramas de flujo
del reactor y
selección de las
condiciones de
proceso del
reactor.
1. Introducción
2. Ecuaciones de balance de materia de un
reactor.
3. Especificaciones de composición de la
corriente y del desempeño del sistema
para reactores.
4. Equilibrio químico y cinética química.
5. Estudio del caso: Hidrógeno y metanol.
5 Selección de
técnicas de
separación y
síntesis de
diagramas de flujo
de separación.
1. Introducción
2. Diferencias en las propiedades físicas:
el fundamento de todas las
separaciones.
3. Heurísticas para la selección y
determinación de la secuencia de las
técnicas de separación.
4. Ecuaciones de balances de materia en
los separadores.
5. Composición de las corrientes y
especificaciones de desempeño del
sistema para los separadores.
6. Separaciones en múltiples etapas
mediante agentes separadores tipo
materia.
6 Síntesis de los
diagramas de
flujos de energía
seguros y
eficientes.
1. Introducción.
2. Cálculos de energía del proceso.
3. Cuantificación de la energía: datos de
energía y ecuaciones modelo.
4. Flujos de energía: calor y trabajo.
5. Cálculos de energía de proceso.
6. Calor y síntesis de las redes de
intercambio de calor.
7. Procesos de conversión de energía.
60
8. Energía y seguridad químicas:
explosiones.
8. SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
El profesor debe:
Ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, conocer su
origen y desarrollo histórico para considerar este conocimiento al abordar los
temas. Desarrollar la capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar el
trabajo del estudiante y potenciar en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la
toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso
formativo y propiciar la interacción entre los estudiantes. Tomar en cuenta el
conocimiento de los estudiantes como punto de partida y como obstáculo para la
construcción de nuevos conocimientos.
Propiciar actividades de metacognición. Ante la ejecución de una actividad,
señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: un análisis, una
síntesis, la creación de un heurístico, etc. Al principio lo hará el profesor, luego
será el alumno quien lo identifique. Ejemplos: aplicación de leyes de
conservación de materia y energía a diferentes casos de estudio.
Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en
distintas fuentes. Ejemplos: buscar y analizar los diferentes métodos de
simulación, Hacer una investigación bibliográfica y en internet de los diferentes
tipos de simuladores comerciales.
Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio
argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre
los estudiantes. Por ejemplo: Realizar sesiones de seminarios donde se expongan
los resultados de las simulaciones de diferentes procesos químicos y los análisis
de los resultados.
Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a
las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el
estudiante. Ejemplos: simular procesos de destilación, absorción, reactores
químicos, cálculos de redes de tuberías, cálculo de integración de energía,
cálculo de redes de intercambiadores de calor, destilación de crudos, plantas
criogénicas, entre algunos.
Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura,
la escritura y la expresión oral. Ejemplos: redactar reportes e informes de las
actividades desarrolladas en la elaboración de simuladores de diversos procesos
químicos, exponer al grupo las conclusiones obtenidas. Es conveniente que los
reportes contengan toda la información que concluya y apoye a su análisis y que
la redacción sea muy clara y concisa.
Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y
análisis-síntesis, que encaminen hacia la investigación. Ejemplo: a partir de un
problema real, propiciar que el estudiante elabore sus propias consideraciones y
elija el modelo que mejor represente el proceso a tratar.
61
Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los
conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de
la asignatura.
Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de
la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Por
ejemplo, se puede plantear al estudiante la representación de una planta real y
que proponga alguna mejora en el proceso, sustentando sus decisiones.
Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente.
Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor
comprensión del estudiante.
Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura
(procesador de texto, hoja de cálculo, base de datos, graficador, Internet, etc.).
9. SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
La evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar el desempeño en
cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis en:
Asistencia a clases.
Control de la información obtenida de las búsquedas solicitadas, plasmada en
documentos escritos, en exposiciones y discusiones.
Elaboración de reportes escritos de proyectos de síntesis de procesos.
Presentación de las hojas de cálculo en la selección de procesos de separación
haciendo uso de métodos heurísticos.
Evaluación escrita.
Elaborar un proyecto final en equipo, desarrollando un proceso industrial y
siguiendo toda la secuencia desarrollada de análisis, optimización y elaboración
del reporte técnico.
10. UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Determinar la economía
de proceso a varias
rutas de reacción y seleccionar la o las
mejores alternativas
tomando en cuenta las
economías del átomo y de proceso, y la
protección al medio
Buscar y seleccionar información de alternativas de
reacciones para la obtención de un producto
conocido.
Presentar en clase el método matricial para balancear
reacciones químicas.
Realizar en clase un análisis de generación-consumo
a un proceso químico.
62
ambiente. Describir el método matricial para realizar el análisis
de generación-consumo de un proceso químico.
Realizar en clase el cálculo de la economía del
átomo y la economía del proceso a un proceso
químico.
Desarrollar en clase el diagrama de flujo global a un
proceso químico.
Leer el artículo de historia de la química:
Transformación de la sal en jabón.
Analizar y discutir en clase el estudio del caso:
Química de seis carbonos.
Trabajar en equipo el estudio de un caso para la
fabricación ácido adípico.
Unidad 2:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Crear diagramas
simples de flujos de
bloques y realizar
cálculos por medio de
las ecuaciones de
balances de materia y
de las
especificaciones del
proceso.
Presentar un procedimiento sistemático para los
cálculos de flujo de proceso.
Aplicar el procedimiento sistemático de cálculos a
las unidades de proceso: mezcladores, divisores de
flujo, reactores y separadores.
Desarrollar el diagrama de flujo básico para un
proceso conocido.
Realizar el análisis de grados de libertad para un
diagrama de flujo de bloques con unidades múltiples
de proceso.
Calcular el flujo de componentes y el flujo total de
todas las corrientes del proceso, en una operación en
estado estacionario, para un diagrama de flujo de
bloques con unidades múltiples de proceso.
Leer el artículo de historia de la química: el guano y
las armas de agosto.
Analizar y discutir en clase el estudio de caso:
Evolución de un proceso más verde.
Trabajar en equipo para desarrollar mediante la
metodología estudiada para sintetizar un proceso
industrial, el diagrama de flujo de bloques para la
fabricación de un compuesto básico conocido de
alto volumen de producción, y compararlo con su
63
proceso comercial.
Unidad 3:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Analizar con más
detalle los diagramas de
flujo de bloque,
incluyendo
especificaciones más
realistas de las
composiciones de las
corrientes y de
desempeño de los
procesos.
Presentar las ecuaciones de balance de materia en
forma diferencial y en forma integral.
Aplicar las ecuaciones de balances de materias a
procesos simples.
Desarrollar los modelos lineales de procesos
individuales.
Describir la topología de los procesos químicos
industriales.
Desarrollar modelos lineales con unidades de
proceso múltiples y recirculación.
Analizar y discutir el estudio del caso: Fabricación
de nylon-6,6
Leer el artículo de historia de la química: cepillos
dentales y calcetines.
Desarrollar en equipo un proyecto para proponer dos
modificaciones del proceso para la fabricación de
etilenglicol que mejoren la utilización del etileno.
Unidad 4:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Analizar los reactores
químicos considerando
el efecto del equilibrio
de la reacción química,
la cinética química y las
especificaciones de las
composiciones de las
materias primas en el
desempeño del reactor,
y abordar formas de
diseñar y operar
reactores para lograr un
rendimiento óptimo.
Definir las reacciones importantes para la industria
química.
Definir las variables de diseño del reactor.
Aplicar balances de materia a reactores con
estequiometría conocida.
Aplicar balances de materia a reactores con
estequiometría de reacción desconocida.
Definir especificaciones de composición de la
corriente y del desempeño del sistema para
reactores.
Presentar ejemplos de cómo la conversión
64
fraccionaria afecta la síntesis del diagrama de flujo
del reactor.
Definir las especificaciones del desempeño de un
reactor: selectividad y rendimiento.
Aplicar las especificaciones de selectividad y
rendimiento en el cálculo de flujo de proceso.
Describir los conceptos de equilibrio químico y
cinética química.
Estudiar el desempeño de un reactor químico
mediante la aplicación de los conceptos de equilibrio
químico y cinética química.
Analizar y discutir el estudio de caso: Hidrógeno y
metanol.
Leer el artículo de historia de la química: ¡deja de
molestar!
Trabajar en equipo para desarrollar un proyecto que
proponga dos esquemas alternativos de proceso para
la producción de cloruro de vinilo con los datos
proporcionados en la literatura y estudios de una
planta piloto.
Unidad 5
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Describir reglas para
elegir métodos de
separación apropiados,
demostrar como evaluar
el desempeño de
algunas técnicas de
separación, y mostrar la
forma de generar
diagramas de flujo de
separación razonables.
Clasificar las diferentes técnicas de separación.
Describir reglas heurísticas para la selección y
determinación de las técnicas de separación.
Describir las ecuaciones de balance de materia en los
separadores.
Describir las composiciones de las corrientes y
especificaciones de desempeño del sistema para los
separadores.
Describir por qué los separadores no son perfectos.
Presentar una descripción ligera del equilibrio de
fases.
Realizar cálculos para separaciones basadas en el
equilibrio.
Proponer soluciones rápidas para definir secuencias
de separación aplicando las reglas heurísticas.
65
Resolver problemas aplicando los algoritmos de la
programación dinámica para seleccionar los
procesos de separación
Analizar y discutir el estudio de caso: Depuración de
gas ácido.
Leer el artículo de historia de la química: ¿Qué tan
dulce es?
Trabajar en equipo para revisar el Kirk-Othmer
Enciclopedia of Chemical Technology o un libro de
referencia similar para identificar una o dos de las
técnicas de separación más importantes en las
industrias siguientes: fabricación de alimentos,
refinación de petróleo, fabricación farmacéutica, y
purificación del agua.
Trabajar en equipo para desarrollar un diseño
preliminar para la sección de separaciones de una
planta industrial para la fabricación de estireno.
Unidad 6
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Calcular la energía para
diseñar procesos
químicos eficientes en
el consumo de energía.
Presentar los principales combustibles utilizados en
la industria química.
Definir las diferentes formas de distribuir la energía
en las plantas químicas.
Presentar los principales equipos de transferencia de
energía utilizados en la industria química.
Describir la ecuación de balance de energía.
Presentación del procedimiento sistemático de 12
pasos sencillos para calcular la energía de un
proceso.
Aplicar balances de materia energía a procesos de
destilación y en reacciones químicas.
Investigar en internet la importancia de realizar una
integración de energía en un proceso y buscar los
métodos con que se realiza. Discutirlo en clase.
Investigar y aplicar las reglas heurísticas relativas a
la integración de energía en redes de
intercambiadores de calor para un proceso químico.
Resolver problemas de conversión de la energía de
66
reacción en calor.
Resolver problemas de conversión de la energía de
reacción en trabajo.
Estudiar métodos que estimen con rapidez el
potencial explosivo de un compuesto.
Analizar y discutir el estudio de caso: Manejo de
energía en un reactor químico.
Leer el artículo de historia de la química: ¡Saquen el
plomo!
Trabajar en equipo para elaborar un diagrama de
flujo preliminar que incluya un reactor, separadores
y los intercambiadores de calor necesarios para
producir acetona a partir de isopropanol.
13. FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Murphy Regina M., Introducción a los procesos Químicos, Primera edición,
McGraw Hill, c2007
2. Richard Turton, Richard C. Bailie, Wallace B. Whiting, Joseph A. Shaeiwitz,
Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, Tercera edición,
Prentice Hall.
3. Bird, R. Byron (Robert Byron), 1924-, Fenómenos de transporte / R. Byron Bird,
Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot., 2a ed., México, D.F. : Limusa Wiley,
c2006.
4. Perry's chemical engineers' handbook / prepared by a staff of specialists under
the editorial direction of editor-in-chief, Don W. Green, late editor, Robert H.
Perry., 8th ed., New York : McGraw-Hill, 2008., New York, 2008.
5. Duncan, T. Michael., Chemical engineering design and analysis : an introduction
/ T. Michael Duncan and Jeffrey A. Reimer., , Cambridge, UK : Cambridge
University Press, 1998., England, 1998.
6. Peters, Max Stone, 1920-, Plant design and economics for chemical engineers /
Max S. Peters, Klaus D. Timmerhaus, Ronald E. West., 5th ed., New York, N.Y.
; Boston, Mass. : McGraw-Hill, c2003., New York, c2003.
12. PRÁCTICAS PROPUESTAS
Las prácticas propuestas en el presente programa no son únicas para el desarrollo de actividades en la asignatura. Cualquier práctica de las cubiertas en el programa podrá ser
sustituida por otra en la medida que los objetivos educacionales de la misma queden
cumplidos.
Diseñar un diagrama de flujo para reacciones conocidas sugiriendo diferentes
procesos de separación.
67
Utilizar la metodología de la economía del átomo y la economía de proceso para
desarrollar un método alternativo más seguro que utilice DEA (dietanolamina)
para producir DSIDA (iminodiacetato de disodio).
Desarrollar un diagrama de flujo básico para producir cumeno a partir de
propileno y benceno, y calcular los flujos de los componentes y el flujo total en
todas las corrientes del proceso. El reporte debe describir los resultados.
Documente el trabajo, según sea necesario, con cálculos, tablas y/o gráficas.
Desarrollar un diagrama de proceso para la producción de clorobenceno en
donde se muestre los componentes de cada corriente, e indicar el fundamento de
las separaciones. Documente el reporte, según sea necesario, con cálculos, tablas
y/o gráficas.
Desarrollar un diagrama de flujo de proceso para la producción de estireno a
partir de etilbenceno que sea eficiente en el uso de las materias primas y la
energía.
Proponer una secuencia de separación de mezclas homogéneas y heterogéneas
incluyendo substancias corrosivas, termolábiles, etc. El reporte debe incluir
diagrama de flujo y hoja de cálculo.
Proponer una síntesis para la obtención de un producto típico de la región y
calcular su costo.
Optimizar una red de intercambiadores de calor de una industria de la región.
Optimizar las variables de diseño de un equipo del laboratorio de operaciones
unitarias.
1 3.4.5- SIMULADORES DE PROCESOS QUIMICOS
DATOS DE AL ASIGNATURA IQD-1205
Nombre de la asignatura:
Carrera:
Clave de la asignatura:
SATCA*
Simuladores de procesos químicos
Ingeniería Química
IQUI-2010-232 (IQF-1202)
2-3-5
1 PRESENTACIÓN
Caracterización De la asignatura.
La necesidad de nuevos productos, así como, una nueva cultura del cuidado del medio
ambiente, del ahorro y optimización de energía, el uso racionalizado de combustibles,
etc., hace necesario que la ingeniería química busque alternativas económicas y
68
factibles para la solución de estos nuevos retos. La simulación de procesos es una
herramienta eficaz y efectiva para el análisis, la síntesis y la optimización de proceso,
que ayuda a proponer las diferentes alternativas para resolver estos retos modernos.
La ventaja que presenta la simulación de procesos se debe, que a partir de datos reales
(los que se utilizan para obtener un modelo matemático si no existe y/o validar los
resultados obtenidos al resolver el modelo o la simulación en sí), se puede obtener
información que permitirán el análisis, la síntesis y la optimización, además no se
requiere una gran cantidad de experimentos (lo que incrementa el costo y desestabiliza
la operación de cualquier planta de proceso) ya que si el modelo utilizado es el
adecuado, la reproducibilidad de resultados es excelente.
El desarrollo de simuladores de procesos a nivel mundial se ha desenvuelto a pasos
agigantados. Principalmente debido a tres aspectos; a) Computadoras con procesadores
de mayor velocidad, interfaces gráficas que facilitan el manejo de gráficos,
almacenamiento de gran cantidad de datos. b) Lenguajes de programación
estructurados que facilitan que con pocas sentencias se realicen de forma más eficiente
la solución de sistemas de ecuaciones y la misma simulación. c) El cálculo de
propiedades de mezclas y componentes con menor desviación de los datos obtenidos
experimentalmente.
En los 80´s surgieron las compañías elaboradoras de software, que desarrollaban
paquetes de simulación para su comercialización, pero con la desventaja de que la
entrada y la salida de la información eran rígidas y se presentaban en forma de listado
de difícil interpretación. A finales de los 80´s se inició el desarrollo de paquetes de
simulación interactivos (Chemad, Microchess, Hysys, Aspen, etc.) y su
comercialización marcó el comienzo de un uso más intensivo y generalizado en la
industria y en la universidades. A partir de 1991 se inicia la comercialización de
paquetes de simulación dinámica y de integración de energía.
Este curso comprende la descripción sistemática de todos los elementos que deben
tenerse en cuenta a la hora de diseñar un nuevo proceso químico a distintos niveles,
desde la búsqueda de información sobre el estado de la técnica hasta la selección de los
modelos de predicción de propiedades químico físicas de los compuestos que permitan
el diseño detallado de operaciones unitarias, pasando por la evaluación económica o la
estimación de costes. Puesto que la realidad industrial demuestra que la aplicación de
métodos rigurosos para el diseño de equipos o unidades de proceso se realiza con el
apoyo de software de simulación, el curso se complementa con la introducción al
software de simulación ASPEN y HYSYS para integrar y aplicar los fundamentos
descritos anteriormente a casos prácticos. La presentación de todos estos aspectos de
una forma estructurada, aunque no detallada debido a la complejidad de algunas de
ellas, permiten que el estudiante tenga un punto de partida sólido sobre el que poder
desarrollar y proyectar instalaciones químicas, y que sepa estimar el impacto que
tienen sobre el diseño final los métodos de cálculo empleados. Asimismo, las
herramientas de simulación introducidas podrán ser de gran ayuda al estudiante en
tareas de optimización y mejora de instalaciones ya existentes.
69
Para ayudarle a conseguir estos objetivos, este curso proporciona una amplia variedad
de problemas sobre áreas diferentes de química y disciplinas científicas y de ingeniería
relacionadas. La mayoría de las unidades del curso están organizadas por resolver
problemas de diseño de los principales procesos de las operaciones unitarias y de la
ingeniería de las reacciones químicas. Las diferentes unidades contienen problemas
que requieren una solución mediante el uso de la computadora. Para lograr una
introducción a la simulación de procesos químicos mediante el uso de simuladores
comerciales, es recomendable cubrir las siguientes unidades:
En la unidad 1 se proporciona una introducción al uso del simulador ASPEN, se
introduce brevemente el problema de la estimación de propiedades fisicoquímicas. Se
destaca la importancia de lograr un criterio para seleccionar el método adecuado de
estimación para lograr resultados apropiados. Se hace hincapié en los principales
métodos para la estimación de la constante de equilibrio y entalpías en mezclas
multicomponentes. Se utiliza el simulador ASPEN para simular las principales
operaciones unitarias y de la ingeniería de las reacciones químicas.
En la unidad 2 se resuelven problemas aplicando los algoritmos de programación
dinámica para seleccionar los procesos óptimos de separación. Se diseñan redes
óptimas de intercambiadores de calor empleando el método de cálculo del punto de
pliegue. Se calculan los requerimientos de áreas de las redes formadas y se considera la
revisión de redes de intercambiadores de calor existentes.
En la unidad 3 se desarrollan diagramas de flujo de proceso para la producción de
algunos productos y se estudian mediante el uso de los simuladores ASPEN y HYSYS.
Se calculan los costos de operación, producción y equipos de los procesos estudiados,
y se aplica la programación dinámica para optimizar las variables de los procesos. Se
comparan los resultados obtenidos en los dos simuladores.
Se sugiere que se diseñen problemas con datos de procesos concretos, de tal forma que
el alumno se acostumbre a manejar cifras y cantidades anuales reales conduciéndolo a
una práctica profesional real.
El enfoque sugerido para la materia requiere llevar a cabo actividades prácticas que
promuevan el desarrollo de habilidades intelectuales, tales como: identificación,
manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis y trabajo
en equipo; propiciando el trabajo de inducción-deducción y análisis-síntesis. Por esta
razón varias de las actividades prácticas se han descrito como actividades previas al
tratamiento teórico de los temas, de manera que no sean una mera corroboración de lo
visto previamente en clase, sino una oportunidad para conceptualizar a partir de lo
observado. En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor
busque sólo guiar a sus alumnos para que ellos hagan la elección de las variables a
controlar y optimizar. Al elegir la secuencia en un proceso, es el estudiante el que debe
aprender a planificar, que no planifique el profesor todo por ellos, sino involucrarlos en
el proceso de planeación.
Las actividades consideradas como parte de este programa se enfocan hacia la
participación proactiva del estudiante en el desarrollo y adaptación de plantas de
70
procesos. Lo anterior requiere de la suma de conocimientos que el alumno ha venido
adquiriendo a lo largo de su carrera. Para lograr lo anterior el estudiante no solo debe
interiorizarse en el conocimiento del proceso sino también en los aspectos económicos
y de optimización.
El profesor debe fomentar la inquietud del alumno en la solución de problemas que
involucren diversas alternativas para un proceso y su efecto no solamente en su
viabilidad tecnológica sino en el alcance económico del mismo.
La capacidad de evaluar las alternativas económicas disponibles de un proceso y la
optimización de las variables que intervienen en él, forman en el estudiante una actitud
analítica. La tarea del docente es crear en los alumnos esa actitud para su desarrollo
profesional futuro.
En cuanto a requisitos previos, es recomendable tener una base sólida en Operaciones,
Diseño de Procesos y Fundamentos de Físico-Química. El uso del simulador
comercial ASPEN, hojas de cálculo y herramientas de búsqueda en Internet, hacen
recomendable que el alumno tenga un buen conocimiento de inglés a nivel de lectura, y
que disponga de un nivel mínimo de informática a nivel de usuario.
2 COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias específicas:
Diseñar, planificar, ejecutar, controlar,
optimizar, equipos y procesos químicos
y/o biotecnológicos dentro del marco
del desarrollo sustentable.
Valorar los riesgos asociados a la
utilización de sustancias químicas y/o
biológicas y los grandes riesgos
derivados de los procesos industriales.
Procesar, manipular y analizar datos
físicos, químicos y biológicos resultado
de los procesos desarrollados, aplicando
herramientas computacionales para la
optimización del conjunto.
Diseñar experimentos a escala de
laboratorio y piloto para la simulación
de procesos y el estudio del cambio de
escala.
Concebir, planificar y materializar en
publicaciones los resultados de los
proyectos realizados, contribuyendo a la
difusión de los avances científicos de
los grupos vinculados a la licenciatura.
Competencias genéricas:
Competencias instrumentales:
Capacidad de análisis y síntesis.
Capacidad de organizar y planificar.
Conocimientos básicos de la carrera.
Comunicación oral y escrita.
Habilidades básicas de manejo de la
computadora.
Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas.
Solución de problemas.
Toma de decisiones.
Competencias interpersonales:
Trabajo en equipo.
Capacidad crítica y autocrítica.
Habilidades en las relaciones
interpersonales.
Habilidades para comunicarse con
71
expertos en otros campos.
Reconocimiento de la diversidad y la
multiculturalidad.
Sensibilidad hacia temas
medioambientales.
Compromiso ético
Competencias sistémicas:
Capacidad de aplicar los conocimientos
en la práctica.
Habilidades de investigación.
Capacidad de aprender.
Iniciativa y espíritu emprendedor
Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad)
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
Preocupación por la calidad.
Búsqueda del logro.
3 HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
elaboración y
revisión
Participantes Evento
IT de Mérida.
Del 1º. al 19 de
octubre de 2012.
46. Ing. Fernando J.
Rivas López.
47. Ing. Herbert B.
Loría Sunza.
48. Ing. Enrique E.
Peraza González.
49. Dr. Carlos Reyes
Sosa.
50. Dr. Luis Cuevas
Glory.
51. Lic. Martha P.
Cobos Díaz.
52. M.C. José
L.Giorgana Figueroa.
53. Claudia R.
Villanueva Rosado.
54. Ing. Daniel López
Sauri.
Reunión de la
Academia de
Ingeniería Química
para la Innovación
Curricular para la
formación y
desarrollo de
competencias
profesionales de la
especialidad de la
carrera de Ingeniería
Química
72
55. M.C. Addy
Arzápalo Marín.
56. M.C. Luis F.
Carrillo Lara.
4 OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Los objetivos que se pretenden alcanzar con el programa que se propone son básicamente
cuatro:
Introducir al alumno en el manejo de algún simulador comercial.
Iniciar al alumno en el empleo de un simulador comercial en la simulación de
operaciones básicas de fluidos, calor y transferencia de materia y en el cálculo de
reactores.
Simular procesos químicos conocidos con diferentes simuladores comerciales, y
comparar los resultados obtenidos.
Introducir al alumno en los conceptos básicos del diseño conceptual de procesos
químicos.
5 COMPETENCIAS PREVIAS
Aplicar balances de materia y energía.
Diseñar equipos de transferencia de calor y masa.
Diseñar y optimizar procesos químicos.
Realizar cálculos de flujo de fluidos.
Aplicar los conceptos de ingeniería económica.
Aplicar criterios de evaluación financiera.
Manejar paquetería básica.
6 TEMARIO
UNIDAD TEMAS SUBTEMAS
1 La simulación con
ASPEN.
1. La simulación en el desarrollo y
optimización de procesos químicos.
2. Introducción al manejo de ASPEN.
Generalidades. Caso práctico de
manejo del simulador ASPEN.
3. Simulación de operaciones unitarias.
Introducción. Mezcladores y divisores
de corrientes. Elementos impulsores de
fluidos. Válvulas y tuberías. Equipos
para el intercambio de calor.
Separación y destilación súbita.
73
Decantadores. Rectificación,
extracción líquido-líquido y absorción.
4. Simulación avanzada de operaciones
de separación. El módulo RadFrac. La
convergencia con el módulo RadFrac.
5. Simulación de reactores químicos.
Introducción. Tipos de reacciones
químicas. Cinética de reacciones
químicas. Tipos de reactores químicos.
Reactor continuo de mezcla perfecta.
Reactor continuo de flujo pistón.
Reactor discontinuo de mezcla
perfecta.
6. Herramientas para el análisis de
procesos químicos. Introducción.
Análisis de corrientes. Equilibrios
binarios. Curvas de residuo. Análisis
de sensibilidad. Especificaciones de
diseño.
7. Convergencia en ASPEN.
Problemática de la convergencia.
Opciones, diagnósticos, tolerancia y
estrategias. Matemáticas de la
convergencia.
8. La optimización con ASPEN.
Introducción. Métodos Simplex,
Complex y SQP. Ajuste de datos.
2 Diseño conceptual
de procesos
químicos
6. Heurísticas para la síntesis de procesos
químicos. Materias primas y
reacciones químicas. Distribución de
productos químicos. Separaciones.
Aporte y eliminación de calor a
reactores. Bombeo y compresión.
7. Diseño conceptual de la operación de
rectificación. Secuencia de columnas
de rectificación ordinaria.
8. Conservación de energía y eficacia
termodinámica de las operaciones de
separación. Trabajo mínimo de
separación. Consumo de trabajo neto y
eficacia termodinámica. Reducción de
los requerimientos de energía en
rectificación.
9. Integración de calor y potencia.
Introducción. Minimización de los
74
requerimientos energéticos.
Emparejamiento de corrientes en el
“pinch”. Número mínimo de
cambiadores de calor. Temperatura de
aproximación mínima.
Superestructuras para minimizar el
coste anual. Trenes de rectificación con
sistema de integración del calor.
Máquinas térmicas y bombas de calor.
3 La simulación de
procesos
complejos con
HYSYS Aspen.
Comparación
6. Simulación de procesos complejos con HYSYS
y ASPEN. Ejemplos de operaciones básicas. Ejemplos de operaciones complejas.
7 SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
La metodología docente de esta asignatura está encaminada a mejorar el proceso de
enseñanza aprendizaje; especialmente las dirigidas a promover el aprendizaje activo en clase, el uso del aprendizaje cooperativo a través de la elaboración conjunta de ejercicios por parte
de grupos pequeños de alumnos y el planteamiento de exámenes que sean accesibles y
desafiantes para los mismos. Una particularidad de esta asignatura es que está orientada a la
resolución continua de casos prácticos como modo de entender los fundamentos de la simulación de procesos químicos. La mayor parte del tiempo programado para esta
asignatura se dedica al manejo del simulador ASPEN.
Para facilitar el aprendizaje activo en la clase se sugiere que todas las clases se impartan en
un aula informática y el número de alumnos no supere los 25, para asegurar que todos ellos
dispondrán de computadora con el que comprobar y desarrollar los casos prácticos que se
proponen.
Para facilitar la misma, a principio de curso se pone a disposición del alumno toda la
información relativa a la organización del curso, las transparencias empleadas durante el mismo, la propuesta del proyecto de simulación que ha de realizar a lo largo del mismo y
exámenes propuestos en cursos anteriores. Esta información se facilita en archivos WORD y
POWERPOINT a través de de la plataforma Moodle cuando se formaliza la matrícula. Además, tras la realización de un examen, el alumno recibe una copia detallada de las
soluciones correctas.
Para fomentar el aprendizaje cooperativo los alumnos, organizados en grupos reducidos no mayores de 5, ha de resolver, documentar y presentar oralmente un proyecto de simulación.
El proyecto se asigna por sorteo y ha de ser desarrollado a lo largo del curso.
8 SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
Evaluación formativa. Para poder superar la asignatura el alumno ha de realizar una prueba
parcial consistente en la resolución individual en el aula informática de un caso práctico (I) y un proyecto de simulación de una planta química formando parte de un grupo de estudiantes
(cuyo número dependerá de la cantidad total de alumnos matriculados en la asignatura). Este
proyecto será presentado y defendido oralmente por uno de los integrantes del grupo que será decidido por sorteo en el momento de la presentación (P). Cada una de las partes (I, P),
75
una vez evaluadas, ha de superar la calificación de 70 sobre 100. En caso contrario el
alumno, deberá acudir a la evaluación sumativa para aprobar la asignatura. La nota media se
obtendrá a través de la siguiente operación: 0.7 I + 0.3 P.
Se considera OBLIGATORIA la asistencia a las prácticas de simulación.
Evaluación sumativa. En caso de que la evaluación formativa no fuera superada, el alumno
podrá aprobar la asignatura en la evaluación sumativa, siempre que en el correspondiente examen formativo realizado haya obtenido una nota superior a 50 sobre 100.
Se considera OBLIGATORIA la asistencia a las prácticas de simulación y la realización del
proyecto de simulación.
Normas para la evaluación del proyecto de simulación
El grupo de alumnos, una vez sorteado el proyecto de simulación a realizar, deberá seguir la
siguiente secuencia:
a) Revisión bibliográfica.
b) Definición de objetivos (pureza, integración energética, etc.).
c) Establecimiento de la base de cálculo (ha de ser lo más realista posible; vgr.,
producción anual) y del diagrama de flujo.
d) Simulación con al menos un simulador (preferiblemente ASPEN. Se valorará
la comparación, si es posible, con el programa HYSYS y el empleo, si se dan
las circunstancias adecuadas, de la aplicación DISTIL). Esta simulación ha de
realizarse en función de los objetivos que se establezcan en el apartado b)
e) Elaboración de un informe con un máximo de 12 páginas (formato, Times
New Roman; tamaño, 12; espacio, 1.5), incluyendo portada e índice, que se
configurará de acuerdo con los siguientes apartados: Introducción Teórica,
Objetivos, Bases de Cálculo, Diagrama de Flujo y su Descripción, Resultados
y Discusión, Conclusiones, Recomendaciones, Bibliografía). Las citas
bibliográficas se realizarán de acuerdo a las normas que rigen las últimas
publicaciones del Industrial and Engineering Chemistry Research.
f) El informe se entregará cinco días lectivos antes de la defensa pública de los
ejercicios. Los ficheros de ASPEN o HYSYS empleados en la ejecución del
proyecto serán remitidos a la plataforma Moodle, para su análisis y
valoración. En caso de que esta entrega se retrasase, se procederá a una
penalización de 5 puntos por día.
g) La defensa del proyecto de simulación, fijada previamente por los alumnos,
se realizará en un máximo de 15 minutos por alguno de los integrantes del
grupo elegido al azar.
h) En la evaluación del proyecto se tendrá en cuenta: la calidad del informe
entregado (30%), la calidad de la presentación (40%) y la precisión de las
respuestas ante las preguntas que se realicen (en este caso contestadas por
cualquier miembro del grupo) (30%). Se valorará de forma positiva cualquier
pregunta efectuada por los otros grupos (podría suponer un incremento de un
10% en la nota final del proyecto). La no asistencia a la presentación
implicará una penalización de 3 puntos en la evaluación media del proyecto.
Las calificaciones de estas partes se asignarán de acuerdo con el siguiente
criterio: E, 100; MB, 85; B, 70; R, 50; M, 30 y MM, 0.
76
9 UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
1. Introducir al alumno en el
manejo de ASPEN como
simulador comercial.
2. Iniciar al alumno en el
empleo del simulador
ASPEN en la simulación
de operaciones básicas de
fluidos, calor y
transferencia de materia y
en el cálculo de reactores.
Realizar clases expositivas utilizando técnicas de
aprendizaje cooperativo informal de corta duración.
Revisar en clase algunas de las operaciones unitarias
y reactores químicos más habituales en la industria
química.
Cuantificar la diferencia existente entre los
resultados obtenidos en el diseño de equipos
mediante distintos métodos para poder decidir sobre
la aplicación de unos u otros.
Describir las bases teóricas para la estimación de
propiedades físico‐químicas de las sustancias que
intervienen en un proceso químico y relacionarlas
con los métodos de estimación disponibles.
Seleccionar el modelo termodinámico más adecuado
para la estimación de propiedades físico‐químicas de
los compuestos.
Estimar propiedades físico‐químicas de los
compuestos.
Manejar adecuadamente la bibliografía para obtener
datos de propiedades físico-químicas y de equilibrio
de sustancias (capacidades caloríficas, entalpías de
reacción, etc.)
Plantear un trabajo original de aplicación de los
contenidos teóricos presentados en la asignatura.
Extraer detalles y especificaciones de proceso de
bases de datos de patentes y literatura abierta.
Proporcionar una introducción en el manejo de
ASPEN a los alumnos.
Resolver en clase tres casos prácticos sobre
operaciones básicas donde se utilice el simulador
ASPEN que permitan ampliar la capacidad del
alumno para aplicar los conocimientos teóricos al
diseño de procesos.
Proponer problemas/tareas a resolver mediante
trabajo en grupo. La evaluación del trabajo se
realizará mediante exposición y defensa de los
77
mismos de forma individual ante el resto de
compañeros y el profesor.
Proporcionar sesiones de apoyo a los estudiantes
para orientación en el seguimiento de los temas que
aborda la asignatura.
Plantear un trabajo original de aplicación de los
contenidos teóricos presentados en la asignatura.
Resolver problemas de optimización con ASPEN
utilizando los métodos Simplex, Complex y SQP.
Unidad 2:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
1. Identificar los conceptos
básicos del diseño
conceptual de procesos
químicos.
2. Simular procesos
químicos conocidos con
ASPEN.
Realizar clases expositivas utilizando técnicas de
aprendizaje cooperativo informal de corta duración.
Utilizar el simulador ASPEN para optimizar en las
operaciones de separación el consumo de trabajo
neto y la eficacia termodinámica.
Utilizar el simulador ASPEN para desarrollar
secuencias óptimas de columna de destilación.
Utilizar el simulador ASPEN para diseñar
secuencias de destilación con sistema de integración
del calor.
Describir la importancia del acercamiento mínimo
de temperaturas en el diseño de los intercambiadores
de calor.
Utilizar el simulador ASPEN para desarrollar redes
óptimas de intecambiadores de calor.
Proporcionar sesiones de apoyo a los estudiantes
para orientación en el seguimiento de los temas que
aborda la asignatura.
Unidad 3:
Competencia
específica a
desarrollar
Actividades de aprendizaje
Simular procesos
químicos conocidos con
ASPEN y HYSYS y
Realizar clases expositivas utilizando técnicas de
aprendizaje cooperativo informal de corta duración.
Identificar en clase todos los aspectos que deben
78
comparar los resultados. tenerse en cuenta en el Diseño de Procesos Químicos
que puedan suponer oportunidades de negocio
viables.
Priorizar y clasificar los puntos a tener en cuenta en
el diseño de procesos en función de su relevancia
para el análisis de viabilidad de distintas alternativas
de proceso.
Analizar la rentabilidad económica de procesos
químicos.
Aplicar los conceptos de síntesis de procesos para
desarrollar diagramas de flujo básicos de proceso
para estudiar diferentes alternativas para producir un
determinado compuesto químico.
Diseñar y optimizar los procesos de las diferentes
alterativas de diagramas de flujo de procesos
químicos propuestos para producir un compuesto
químico determinado.
Simular con ASPEN Y HYSYS operaciones básicas
de proceso.
Simular con ASPEN Y HYSYS procesos complejos.
Comparar los resultados obtenidos en la simulación
de los procesos anteriores con los dos simuladores.
Proporcionar sesiones de apoyo a los estudiantes
para orientación en el seguimiento de los temas que
aborda la asignatura.
Evaluar los proyectos de diseño de procesos
desarrollados por los alumnos.
14. FUENTES DE INFORMACIÓN
17. Aspentech ASPEN PLUS 11.1. Documentation, Aspen Technology, Inc.,
Cambridge, 2001.
18. Seider, W.D.; Seader, J.D.; Lewin, D.R. Process Design Principles. Synthesis,
Analysis and Evaluation, John Wiley & Sons, New York, 1999.
19. Biegler, L.T.; Grossman, I.E. ; Westerberg, A.W. Systematic Methods of
Chemical Process Design, Prentice Hall, New York, 1997.
20. Douglas, J.M. Conceptual Design of Chemical Processes, McGraw-Hill,
Boston, 1988.
21. Hyprotech DISTIL 5.0. Documentation, Hyprotec Ltd., Calgary, 2001.
22. Hyprotech HYSYS 2.4. Documentation, Hyprotec Ltd., Calgary, 2001.
79
23. Martínez, V.H.; Alonso P.A.; López, J.; Salado, M.; Rocha, J.A. Simulación
de Procesos en Ingeniería Química, Plaza y Valdés, México D.F., 2000.
24. Turton, R.; Bailie, R.C.; Whiting, W.B. Analysis, Synthesis and Design of
Chemical Processes, Prentice Hall, New York, 1997.
13. PRÁCTICAS PROPUESTAS
Las prácticas serán los proyectos a desarrollar por los alumnos, que se seleccionarán entre
los que se relacionan en la siguiente lista:
Destilación de aire con presencia de Argón.
Fabricación de ácido sulfúrico.
Proceso Clauss.
Separación criogénica de hidrógeno procedente del gas de craqueo.
Separación de compuestos C2, C3 y C4 de gases de craqueo.
Separación de parafinas gaseosas por destilación a presión.
Separación de BTX.
Síntesis de butindiol.
Síntesis de amoníaco.
Producción del estireno.
Producción del etilenglicol.
Producción del cumeno.
Producción de ácido nítrico.
Producción de gas natural de uso industrial.
Obtención de trementina y aguarrás.
El o los mejores proyectos presentados podrían ser divulgado/s en revistas
relacionadas con la temática de la Ingeniería Química.
80
3.5.- Retícula de la Carrera de Ingeniería Química con la Especialidad en Procesos Químicos.
