Introducción a la Integración de Procesos Tier I

NAMP
Program
for North American Mobility in Higher Education
PIECE
NAMP
Módulo 8
Introducción a la
Integración de Procesos
Tier I
Introducing
Process integration
for Environmental
Control in Engineering Curricula
Módulo
8 – Introducción
a la Integración
de Procesos
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1
NAMP
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Cómo usar esta presentación
Esta presentación contiene links internos a otras diapositivas y links
externos a sitios web:
Ejemplo de un link (texto subrayado en gris): link a una diapositiva en la
presentación a un sitio web
: link a la tabla de contenido del tier
: link a la última diapositiva revisada
: cuando el usuario ha pasado por toda la presentación, algunas
preguntas de opción múltiple son efectuadas al final del tier. Este icono
lleva al usuario nuevamente al enunciado de pregunta si la respuesta
elegida es errónea
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
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Tabla de contenido
Resumen del Proyecto
Instituciones participantes
Creadores del Módulo
Estructura del módulo y Propósito
Tier I
Enunciado de Propósito
Secciones
1.1 Introducción y Definición de Integración de Procesos
(Process Integration, PI)
Breve historia de la PI
Contexto moderno de la PI
definición de PI de IEA
Definición de PI de M. El-Halwagi
Definición de PI de Nick Hallale
Definición NAMP-PIECE de PI
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Tabla de contenido (2)
Tier I
1.1 Introducción y Definición de Integración de Procesos
(PI)
Objetivos posibles de PI
Resumen de elementos de PI
Conclusión
1.2 Panorama de las herramientas de PI
Generalidades de las herramientas de PI
Simulación de Procesos
Tratamiento y reconciliación de Datos
Análisis Pinch
Optimización por Programación Matemática
Métodos de Estocásticos de Búsqueda
Análisis de Ciclo de Vida
Modelamiento de procesos impulsado por datos
Diseño y Control Integrado de Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Tabla de contenido (3)
Tier I
1.2 Panorama de herramientas de PI
Optimización en Tiempo Real
Modelo de negocios y Modelamiento de la Cadena de
Suministro
1.3 Tour alrededor del mundo de profesionales de PI
Instituciones – Mapa Mundial
Instituciones – América del Norte y del Sur
Instituciones – Europa
Instituciones – Asia, África & Oceanía
Compañías
Quiz
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Resumen del Proyecto
Objetivos
Crear módulos web para ayudar a las universidades a
realizar la introducción de la Integración de Procesos a la
currícula de Ingeniería
Hacer de estos módulos ampliamente disponibles en cada
uno de los países participantes
Instituciones Participantes
Dos universidades de tres países (Canadá, México y Estados
Unidos de América)
Dos institutos de investigación en diferentes sectores
industriales: petróleo (México) y pulpa y papel (Canadá)
Cada una de las seis universidades ha patrocinado a 7
estudiantes de intercambio durante el periodo de la beca,
subvencionados en parte por cada uno de los gobiernos de
los tres países
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP integration for Environmental Control in Engineering Curricula
Process
Paprican
PIECE
PIECE
École
Polytechnique de
Montré
Montréal
Universidad
Autó
Autónoma de San
Luis Potosí
Potosí
University of
Ottawa
Universidad de
Guanajuato
North Carolina
State University
Instituto
Mexicano del
Petró
Petróleo
Program
forIntroducción
North American
Mobility in Higher
Education
Módulo
8–
a la Integración
de Procesos
University of
Texas A&M
NAMP
7
NAMP
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Módulo 8
Este módulo fue creado por:
Carlos Alberto Miranda Alvarez
Paul Stuart
De
Institución
Anfitriona
Profesor
Anfitrión
Martin Picon-Nuñez
Jean-Martin Brault
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
8
NAMP
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Estructura del Módulo 8
¿Cuál es la estructura de este módulo?
Todos los módulos están divididos en 3 tiers, cada uno con
una meta específica:
Tier I: Antecedentes
Tier II: Aplicaciones a Caso de Estudio
Tier III: Problema de Diseño Propuesto-Resuelto
Se pretende completar estos tiers en ese orden particular.
Los estudiantes son evaluados en varios puntos para medir
su grado de comprensión, antes de proseguir al siguiente
nivel. Cada tier contiene un enunciado de propósito u
objetivo al inicio y un quiz al final.
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
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Propósito del Módulo 8
¿Cuál es el propósito de este módulo?
Es el objetivo de este módulo cubrir los aspectos
básicos de los
Métodos y herramientas de
Integración de Procesos , y colocar a la
Integración de Procesos en una perspectiva más
amplia. Está identificado como un prerrequisito para
otros módulos relacionadas con el aprendizaje de
Integración de Procesos.
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Tier I
Antecedentes
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Tier I Enunciado de Propósito
La meta de este tier es proveer un panorama general
de las herramientas de Integración de Procesos,
centrado en su relación con el análisis de rentabilidad.
Al final del Tier I, el estudiante debe ser capaz de:
Distinguir las herramientas clave de Integración
de Procesos
Comprender el alcance de cada herramienta de
Integración de Proceso
Tener una visión general de cada herramienta de
Integración de Proceso
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Tier I Contenido
El Tier I está dividido en tres secciones
1.1 Introducción y definición de Integración de
Procesos (PI)
1.2 Generalidades de las herramientas de PI
1.3 Tour Alrededor del Mundo de profesionales
de PI centrado en su habilidad
Habrá un quiz corto de opción múltiple al final de este
tier.
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Tier I Resumen
1.1 Introducción y definición de Integración de Procesos
1.2 Generalidades de las herramientas de Integración
de Procesos
1.3 Tour Alrededor del Mundo de profesionales de PI
centrado en su habilidad
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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1.1 Introducción y definición de
Integración de Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
El presidente de tu compañía probablemente no sabe lo
que la Integración de Procesos puede hacer por la
empresa.........
.......... pero debería. Veamos por qué...
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Breve historia de la Integración de Procesos
1960’s-1970’s Linnhoff inició el área Pinch
(identificación de cuellos de botella) en la
Universidad Manchester Institute of Science and
Technology (UMIST), centrándose en el área de
Pinch térmico. Casi al mismo tiempo, el
Departamento de Integración de Procesos de UMIST
fue creado, poco después la firma consultora
Linnhoff-March Inc. fue formada
1980’s-1990’s Expansión del concepto de energía a
diseño de procesos
1990’s-2000’s Analogías usadas para derivar el
concepto Pinch de las redes de intercambio de calor
a la transferencia de masa, tratamiento de agua y
sistemas de hidrógeno
La PI no es fácil de definir…
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Contexto Moderno de Integración de Procesos
1. La Integración de Procesos puede ser considerada como un
grupo de técnicas de las primeras etapas de proceso para diseño
original y de modernización
2. Los objetivos comerciales llevan al desarrollo de PI:
a) Énfasis en proyectos de modernización en la "nueva economía"
guidados por el Retorno en Capital Empleado (Return on Capital
Employed, ROCE)
b) La PI está encontrando valor en los datos, especialmente cuando
sistemas de datos en tiempo real se implementan
3. Las corporaciones quieren tomar más decisiones bien informadas:
1. Para operaciones
2. Durante el diseño de procesos
4. Una fuerte tendencia hoy en dia es alejarse de las operaciones
unitarias y enfocarse en los fenómenos. Ahora no solo buscamos
la integración entre unidades, sino también la integración dentro
de las unidades (Process Integration Primer, IEA)
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Definición de Integración de Procesos
Definición de Integración de procesos (1993) de la International
Energy Agency (IEA) es:
“Métodos sistemáticos y generales para diseñar sistemas de producción integrados, que
oscilan desde procesos indivudales hasta emplazamientos totales, con énfasis especial en
el uso eficiente de energía y en reducir los efectos ambientales "
“Integración de Procesos es el término común usado para al aplicación de metodologías
desarrolladas para enfoques integrados y orientados por el sistema al diseño de procesos
industriales para aplicaciones nuevas y de modernización."
“Tales metodologías pueden ser modelos, métodos y técnicas matemáticas, termodinámicas
y económicas. Ejemplos de estos métodos incluyen: Inteligencia Artificial, Análisis
Jerárquico, Análisis Pinch y Programación Matemática. La integración de Procesos se refiere
al diseño óptimo; ejemplos de aspectos son: inversión de capital, eficiencia energética,
emisiones, operabilidad, flexibilidad, controlabilidad, seguridad y rendimiento. La
Integración de Procesos también se refiere en algunos aspectos de operación y
mantenimiento".
Î Desarrollo Sostenible
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Definición de Integración de Procesos
El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process
Integration: Systematic Design Tools. Academic Press, 1997.
“Un proceso químico es un sistema integrado de unidades y
corrientes interconectadas, y debe ser tratado como tal. La
Integración de Procesos es un enfoque holístico del diseño de
procesos, retrofitting, y operación que enfatiza la unidad del
proceso. En vista de la fuerte interacción entre las unidades de
proceso, corrientes y objetivos, la Integración de Procesos ofrece
un marco de referencia único para comprender fundamentalmente,
los elementos globales del proceso, determinar metódicamente sus
objetivos factibles de desempeño, y tomar decisiones
sistemáticamente para la realización de esos objetivos. Existen
tres componentes clave en cualquier metodología exhaustiva de
Integración de Procesos: síntesis, análisis y optimización."
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Definición de Integración de Procesos
Nick Hallale, Aspentech – CEP July 2001 – Burning Bright
Trends in Process Integration
“La Integración de Procesos es más que solo tecnología Pinch y
Redes de Intercambio de Calor. Hoy en día, tiene un alcance
mucho más amplio y toca cada área del diseño de procesos. Las
industrias cambiantes están obteniendo más dinero de sus
materias primas y activos de capital al hacerse más limpias y más
sostenibles"
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Definición de Integración de Procesos
North American Mobility Program in Higher Education
(NAMP)-January 2003
“La Integración de Procesos (PI) es la síntesis de control de
procesos, ingeniería de procesos y modelamiento y
simulación de procesos con herramientas que pueden lidiar
con las grandes cantidades de datos operacionales ahora
disponibles por los sistemas de información de proceso. Es
un área emergente, que ofrece la promesa de control y
gestión mejoradas de eficiencias operacionales, uso de
energía, impactos ambientales, efectividad de capital, diseño
de procesos y administración de operaciones."
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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PIECE
Introducción y Definición de Integración de Procesos
Definición de Integración de Procesos
¿Qué pasó?
Además de la termodinámica (el fundamento de Pinch), otras
técnicas están siendo basadas en análisis holístico, en particular:
Modelamiento de Procesos
Estadística de Procesos
Optimización de Procesos
Economía de Procesos
Control de Procesos
Diseño de Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Aquí se muestran algunas de las actividades de diseño a las que estas
técnicas y métodos están dirigidas hoy en día:
Modelamiento y simulación de procesos, y validación de resultados
para obtener información confiable y precisa del proceso tanto para
diseño de modificación como para diseño de innovación
Minimizar el costo total anualizado por intercambio óptimo entre
energía, equipo y materia prima. Dentro de este intercambio: minimizar
energía, mejorar el uso de materia prima y minimizar el costo de
capital
Incrementar el volumen de producción por debottlenecking
Reducir los problemas de operación con el uso correcto (no con el uso
máximo) de la Integración de Procesos
Incrementar la flexibilidad y controlabilidad de la planta
Minimizar las emisiones indeseables y promover la prevención de la
contaminación
Sumar a los esfuerzos conjuntos de las industrias a la sociedad para un
desarrollo sostenible
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Objetivos Posibles
– Menor costo de capital, para el mismo diseño
objetivo
– Aumento Incremental de la producción, para la
misma base de activos
– Costos unitarios de producción marginalmente
reducidos por optimización de procesos
desempeño
energía/ambiental,
sin
– Mejor
comprometer la posición competitiva
Reducción
Incremento
COSTOS
CONTAMINACIÓN
ENERGÍA
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
RENDIMIENTO
PRODUCCIÓN
GANANCIAS
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Introducción y Definición de Integración de Procesos
Resumen de Elementos de Integración de Procesos
La mejora de las instalaciones de
la planta en general, de la
eficiencia energética y de la
productividad requiere un análisis
Datos de
múltiples vías involucrando una
Proceso en
variedad de habilidades técnicas, Tiempo Real
incluyendo:
Conocimiento del ejercicio de
la industria convencional y
tecnologías del estado del
arte (state-of-the-arte)
Sistemas de PI
comercialmente disponibles
y
Familiarización con los temas
herramientas
y tendencias de la industria
Metodología para determinar
costos marginales correctos
Procedimientos y
herramientas para revisiones
de conservación de energía,
agua y materias primas
Sistemas de Información de
Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Conocimiento del Proceso
(modelos)
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NAMP
PIECE
Introducción y Definición de Integración de Procesos
Conclusión
La integración de Procesos ha evolucionado desde la
metodología de recuperación de calor en los 80's para
convertirse en lo que un número de compañías
industriales líderes y grupos de investigación en el siglo
20 consideran el análisis holístico de procesos,
involucrando los siguientes elementos:
Datos de proceso
Sistemas y herramientas
Principios de ingeniería de Procesos y sector de
conocimiento a profundidad
Establecimiento de objetivos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Tier I Outline
1.1 Introducción y definición de Integración de Procesos
1.2 Generalidades de las herramientas de Integración
de Procesos
1.3 Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
centrado en su habilidad
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
PIECE
1.2 Generalidades de las
Herramientas de Integración de
Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
PIECE
Generalidades de las Herramientas de Integración de Procesos
Análisis Pinch
Modelo Comercial
y Administración
de la Cadena de
Suministro
Optimización en Tiempo
Real
Optimización por
Programación
Matemática
Métodos
Estocásticos de
Búsqueda
Análisis de Ciclo de
Vida
Modelamiento de
Procesos Impulsado
por Datos
Simulación
Procesos
de
•Estado Estable
•Dinámicos
Tratamiento y Reconciliación de Datos
Diseño y Control
Integrado de
Datos de Proceso
Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
30
NAMP
PIECE
Generalidades de las Herramientas de Integración de Procesos
Modelo Comercial
•Administración
de la
Cadena de Suministro
Optimización en Tiempo
Real
Análisis Pinch
Optimización por
Programación
Matemática
Métodos
estocásticos de
búsqueda
Análisis de Ciclo de
Vida
Modelamiento de
Procesos impulsado
por datos
Simulación de
Procesos
•Estado Estable
•Dinámicos
Tratamiento y Reconciliación de Datos
Diseño y Control
Integrado de
Datos de Proceso
Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
SIGUIENTE
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NAMP
PIECE
Simulación de Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
32
NAMP
PIECE
Simulación de Procesos
Simulación: experimentación “what if” con un modelo
La simulación involucra realizar una serie de experimentos con
un proceso modelo
Entrada
Salida
PROCESO
Un modelo no incluye
todo:
n>m y k>t
X1, ..., Xn
Y1, ..., Yk
Entrada
Salida
“Todos los modelos están
errados, algunos modelos
son útiles”
Y1, ..., Yt
George Box, PhD,
Universidad de Wisconsin
MODELO
X1, ..., Xm
Figura 1
En la industria de procesos, encontramos dos niveles de modelos:
modelos de planta y modelos de operaciones unitarias como reactores,
columnas, bombas, intercambiadores de calor, tanques, etc.
Hay dos tipos de simulación: en estado estable y dinámica
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
33
NAMP
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Simulación de Procesos - Modelamiento de Procesos
El modelamiento de procesos es la comprensión de los fenómenos
de un proceso determinado y su transformación d en un modelo.
¿Para qué se usa un modelo?
Un modelo es una abstracción de una operación de proceso
usado para construir, cambiar, mejorar, controlar y responder
preguntas sobre ese proceso
Un modelo puede ser usado para diferentes formulaciones
de problemas básicos: simulación, identificación, estimación y
diseño
Un modelo puede ser usado para resolver problemas en las
áreas de diseño de procesos, control y optimización,
entrenamiento del operador, análisis de riesgos, evaluación de
riesgos y ingeniería de software para ambientes ingenieriles
asistidos por computadora
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
PIECE
Simulación de Procesos - Estado Estable y Dinámico
¿Por qué es importante la
simulación en estado estable?
Mejor comprensión de el proceso
Grupo consistente de datos típicos
de planta/instalación
Evaluación comparativa objetiva de
las opciones de Rendimiento de la
Inversión (Return On Investment,
ROI) etc.
Identificación de cuellos de botella,
inestabilidades, etc.
Realización más barata de muchos
experimentos una vez que el modelo
se ha construido
Evita la implementación de
soluciones inefectivas
Entrada
¿Por qué es importante la simulación
dinámica?
Sistema
Online
Sistema
Quasi-online
Salida
MODELO
X1, ..., Xm
Figura 2
Y1, ..., Yt
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Sistema
Off-line
OPTIMIZACIÓN de
Operaciones de planta
AVANCE de operaciones de planta/
OPTIMIZACIÓN DE APOYO
OPERACIONAL
EDUCACIÓN, ENTRENAMIENTO
SISTEMA DE CONTROL
DISEÑO DE PROCESOS/ANÁLISIS
Entrada
X(t)1, ..., X(t)m
MODELO
(t)
Figura 3
Salida
Y(t)1, ..., Y(t)t
Siguiente Herramienta
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NAMP
PIECE
Tratamiento y
Reconciliación de Datos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
36
NAMP
PIECE
Tratamiento y Reconciliación de Datos
Objetivos del Tratamiento de Datos
Provee información confiable y conocimiento de datos
completos para la validación de análisis y simulación de
procesos
Realizar mantenimiento de instrumentos
Detectar problemas de operación
Estimar valores no medidos
Reducir errores aleatorios y ordinarios de medición
Detectar estados estables
Objetivos de la Reconciliación de Datos
Valores medidos ajustados óptimamente dentro de las
restricciones del proceso
Mejorar la consistencia de los datos para calibrar y validar la
simulación de procesos
Estimar valores de proceso no medidos
Detectar errores ordinarios para investigar posteriormente los
problemas de operación/instrumentales
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
37
NAMP
PIECE
Tratamiento y Reconciliación de Datos
Reconciliación de Datos
La Reconciliación de Datos es la validación de datos de procesos
usando el conocimiento de la estructura y el sistema de medición de la
planta
Datos y Conocimiento
de la planta
VALIDACIÓN
PRINCIPIOS
ESTADÍSTICOS
PROPIEDADES
TERMODINÁMICAS
ACCURATE
INFORMACIÓN
and RELIABLE
PRECISA yINFORMATION
CONFIABLE
Figura 4
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
38
NAMP
PIECE
Tratamiento y Reconciliación de Datos
¿Errores de Medición?
¿Balances "no cerrados"?
¿Pérdidas no identificadas?
Detección de Errores ordinarios
Balances Cerrados
Pérdidas Identificadas
¿Efficiencia?
Eficiencia Monitoreada
¿Desempeño?
Desempeño Cuantificado
RECONCILIACIÓN DE DATOS
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Siguiente
Herramienta
39
NAMP
PIECE
Análisis Pinch
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
40
NAMP
PIECE
Análisis Pinch
¿Qué es el Análisis Pinch?
En las industrias de proceso, el objetivo primario del Análisis
Pinch es optimizar las maneras en que los servicios de proceso
(particularmente energía, masa, agua e hidrógeno) son aplicados
para una amplia variedad de propósitos
El análisis Pinch hace esto al crear un inventario de todos los
productores y consumidores de estos servicios y diseñando
sistemáticamente un esquema óptimo de intercambio de servicios
entre esos productores y consumidores. Energía, masa y reuso de
agua son el corazón de las actividades del Análisis Pinch
Con la aplicación del Análisis Pinch, se puede ahorrar tanto en
inversión de capital como en costos de operación. Las emisiones
pueden ser minimizadas y el rendimiento maximizado
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
41
NAMP
PIECE
Análisis Pinch
Características
La base del Análisis Pinch:
El uso de principios termodinámicos (primera y segunda ley)
El uso de heurísticas de diseño y economía
El análisis Pinch es una técnica para diseñar:
Redes de Intercambio de Calor (Heat Exchanger Networks,
HEN) y Redes de Intercambio de Masa (Mass Exchange
Networks, MEN)
Redes de Servicios
El Análisis Pinch hace uso extensivo de varias representaciones
gráficas
En el Análisis Pinch, el ingeniero controla el procedimiento de
diseño (método interactivo)
El Análisis Pinch integra parámetros económicos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
42
NAMP
PIECE
Análisis Pinch
Posibles Beneficios
Una de las principales ventajas
del Análisis Pinch sobre los
métodos de diseño
convencionales es la habilidad
de establecer un consumo de
energía objetivo para un
proceso individual o para un
sitio entero de producción
antes de diseñar los procesos
El Análisis Pinch identifica
rápidamente donde es posible
encontrar ahorro de energía,
agua, hidrógeno y otros
materiales
Reducción de emisiones
El Análisis Pinch permite al
ingeniero encontrar la mejor
manera de cambiar el proceso,
si el proceso en sí lo permite
Además, el Análisis Pinch permite:
Actualizar o desarrollar diagramas de
flujo
Identificar cuellos de botella de los
procesos
Correr simulaciones de la planta
completa y por departamentos
Determinar los requerimientos mínimos
de calentamiento (vapor) y enfriamiento
Identificar oportunidades de cogeneración
Estimar los costos de proyectos para
ahorrar energía
Evaluar las configuraciones de nuevos
equipos para la instalación más
económica
Sustituir los estudios anteriores de
energía con un estudio en vivo que
puede ser fácilmente actualizado usando
simulación
Siguiente Herramienta
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
43
NAMP
PIECE
Optimización por
Programación
Matemática
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
44
NAMP
PIECE
Optimización por Programación Matemática
Modelo Matemático
Un Modelo Matemático de un sistema es un grupo de relaciones
matemáticas (e.g., igualdades, desigualdades, condiciones
lógicas) que representa una abstracción del sistema del mundo
real bajo consideración
Un Modelo Matemático puede ser desarrollado usando:
Enfoques Fundamentales
Métodos empíricos
Métodos basados en analogías
El Modelo Matemático de un sistema consta de cuatro
elementos claves:
Variables
Parámetros
Restricciones
Relaciones Matemáticas
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
45
NAMP
PIECE
Optimización por Programación Matemática
¿Qué es Optimización?
Un problema de optimización es un modelo matemático que,
además de los elementos claves establecidos en la diapositiva
previa, contiene uno o más criterios de funcionamiento
Los criterios de funcionamiento son representados por una
función objetivo. Esta función puede ser la minimización de
costos, la maximización de utilidades o producción de un
proceso, por ejemplo
Si tenemos múltiples criterios de funcionamiento, el problema es
entonces clasificado como "problema de optimización multiobjetivo"
Existen diferentes clases de problemas de optimización:
programación linear y no-linear (Linear and Non-Linear
Programming, LP and NLP), programación linear de enteros
mezclados (mixed-integer linear programming, MILP) y
programación no linear de enteros mezclados (mixed-integer
non-linear programming, MINLP)
Cuando es posible, los programas lineales (LP O MILP) son usados
porque garantizan soluciones globales. Los problemas MINLP
también caracterizan a muchas aplicaciones en ingeniería
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
46
NAMP
PIECE
Optimización por Programación Matemática
Aplicaciones
Síntesis de Procesos
Redes de Intercambio de Calor (HEN)
Redes de Intercambio de Masa (MEN)
Secuencias de destilación
Sistemas basados en Reactores
Sistemas de Servicios
Sistemas de procesos totales
Diseño, programación y planeación del proceso
Diseño y modificación de plantas multi-producto
Diseño y programación de plantas multi-producto
Interacción de diseño y control
Diseño molecular de producto
Ubicación y Asignación de las instalaciones
Planeación y programación de las instalaciones
Topología de redes de transporte
Siguiente Herramienta
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
47
NAMP
PIECE
Métodos Estocásticos de
Búsqueda
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
48
NAMP
PIECE
Métodos Estocásticos de Búsqueda
¿Por qué Métodos estocásticos de búsqueda?
Todas las formulaciones de modelos que ha encontrado hasta
ahora en la sección de Optimización han asumido que los datos
para el problema dado son conocidos con precisión. Sin embargo,
para muchos problemas reales, los datos del problema no pueden
ser conocidos con precisión por una variedad de razones. La
primera de ellas es debido al simple error de medición. La segunda
razón y la más fundamental es que algunos datos representan
información sobre el futuro (e.g., demanda de producto o precio
para un periodo de tiempo futuro) y simplemente no pueden ser
conocidos con certeza.
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
49
NAMP
PIECE
Métodos Estocásticos de Búsqueda
Existen diferentes tipos de algoritmos estocásticos
Simulated Annealing (SA)
Algoritmos Genéticos (Genetic Algorithms, GAs)
Búsqueda Tabú (Tabu Search)
Estos algoritmos son apropiados para problemas que tratan
con incertidumbre. Estos algoritmos computacionales o
modelos de procedimiento no garantizan niveles óptimos
globales pero son exitosos y ampliamente conocidos por
acercarse a la solución óptima global.
El algoritmo SA toma una solución y la mueve
eficientemente en el espacio de búsqueda, evitando
niveles óptimos locales
Los GAs tienen la capacidad de buscar colectivamente
múltiples soluciones óptimas para el mismo costo óptimo
La búsqueda Tabú es un procedimiento iterativo que
explora él espacio de búsqueda de todas las soluciones
factibles como una secuencia de movimientos
Siguiente Herramienta
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
50
NAMP
PIECE
Análisis de Ciclo de Vida
(Life Cycle Analysis, LCA)
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
51
NAMP
PIECE
Análisis de Ciclo de Vida
¿Qué es el análisis de Ciclo de Vida?
Técnica para evaluar los aspectos amvientales y
los impactos potenciales asociados con un
producto al:
–
–
–
–
Establecer un inventario de entradas y salidas relevantes del
sistema
Evaluar los impactos ambientales potenciales asociados con
estas entradas y salidas
Interpretar los resultados del inventario y las fases de impacto
en relación con los objetivos del estudio
Evaluación de algunos aspectos de un sistema de
producto a lo largo de todas las etapas del ciclo de
vida
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
52
NAMP
PIECE
Análisis de Ciclo de Vida
Extracción y
Procesamiento de
Materias Primas
Reciclaje y
Disposición como
Desecho al final de
su vida útil
Manufactura
Uso, Reuso y
Mantenimiento del
producto
Embalaje
Marketing
Figura 5
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
53
NAMP
PIECE
Análisis de Ciclo de Vida
Posibles Beneficios
Mejora el desempeño ambiental global
Provee un marco de referencia de prácticas de
prevención de la contaminación para alcanzar los
objetivos de la LCA
Incrementa la eficiencia y la disminución potencial
de costos al cumplir con las obligaciones
ambientales
Promueve la predicción y consistencia en el
manejo de las obligaciones ambientales
Mide los recursos ambientales más escasos de
manera más efectiva
Siguiente Herramienta
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
54
NAMP
PIECE
Modelamiento de
Procesos Impulsado por
Datos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
55
NAMP
PIECE
Modelamiento de Procesos Impulsado por Datos
El Reto de la Integración de Procesos
Dar sentido a grandes cantidades de datos
La necesidad de trabajar en muestras más grandes si se
quiere tomar la mayor ventaja posible de toda la información
a que se tiene acceso
¡Ahogado en datos!
Rico en Datos pero Pobre en Conocimiento
Patrones y relaciones útiles no obvias intuitivamente ya
hacen escondidas dentro de enormes bases de datos.
Además, muchas variables están correlacionadas
Técnicas de minado de datos: Redes Neuronales, Regresión
Múltiple, Árboles de Decisión, Algoritmos Genéticos,
Clustering, MVA, etc.
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
56
NAMP
PIECE
Modelamiento de Procesos Impulsado por Datos
Modelos Teóricos vs. Empíricos
Modelo teórico Î usa los Principios Primarios para imitar los
funcionamientos internos de un proceso
Modelo Empírico Î usa los datos del proceso de planta
directamente para establecer correlaciones matemáticas
A diferencia de los modelos teóricos, los modelos empíricos NO
toman en cuenta los fundamentos del proceso. Solo usan
matemáticas puras y técnicas estadísticas. El análisis
Multivariable (Multivariate Analysis, MVA) es uno de esos
métodos, porque revela patrones y correlaciones entre variables
independientemente de cualquier noción preconcebida
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
57
NAMP
PIECE
Modelamiento de Procesos Impulsado por Datos
¿Qué es MVA?
Análisis Multivariable (Multivariate Analysis) (>5 variables)
El MVA usa TODOS los datos disponibles para capturar tanta
información como sea posible
Principio: reducir cientos de variables a un puñado
MVA
>
Beneficios
Explora interrelaciones
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Sensores del Software
Control de Alimentación Adelantada
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Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
58
NAMP
PIECE
Diseño y Control
Integrado de Procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
59
NAMP
PIECE
Diseño y Control Integrado de Procesos
Contexto
Las cuestiones de seguridad, costo de energía y problemas
ambientales incrementan la complejidad y sensibilidad de los
procesos
Las plantas se vuelven altamente integradas en términos de
masa y energía y por tanto, la dinámica de los procesos es
frecuentemente difícil de controlar
Objetivos
La variabilidad de las especificaciones del producto debe ser
mínima Î variabilidad del proceso (para controlar la calidad del
producto)
El Control es esencial para operar un proceso en las mejores
condiciones
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
60
NAMP
PIECE
Diseño y Control Integrado de Procesos
Controlabilidad
La Controlabilidad es la propiedad de un
proceso que cuenta con la facilidad con la que
una planta continua puede mantenerse a un
régimen operacional específico a pesar de los
disturbios e incertidumbres externos limitados
y sin importar el sistema de control impuesto
en tal proceso
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
61
NAMP
PIECE
Diseño y Control Integrado de Procesos
¿Por qué es importante la Controlabilidad?
Operación más suave de los
procesos cercanos a los límites
operacionales
Estabilidad y mejor desempeño
de las curvas y estructuras de
control
Sistema relativamente
insensible a perturbaciones
Manejo eficiente de las redes
que interactuan
Flexibilidad
Mejora de la
Dinámica
Actual
Siguiente Herramienta
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
62
NAMP
PIECE
Optimización en Tiempo
Real (Real-Time
Optimization, RTO)
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
63
NAMP
PIECE
Optimización en Tiempo Real
Contexto
Las industrias de proceso están obligadas cada vez más
a operar eficientemente en un mercado muy dinámico y
global. La competencia creciente en el área
internacional y los severos requerimientos de producto
se traducen en el decremento de márgenes de
rendimiento a menos que las operaciones de la planta
estén optimizadas dinámicamente para adaptarse a las
condiciones cambiantes del mercado y para reducir los
costos operacionales.
¡Importancia de la optimización en tiempo real u
on-line optimization!
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
64
NAMP
PIECE
Optimización en Tiempo Real
¿Qué es la Optimización en Tiempo Real (RTO)?
La Optimización en Tiempo Real es un modelo
basado en tecnología en estado estable que
determina el régimen de operación económicamente
óptimo para un proceso próximo
El sistema optimiza una simulación de proceso, no el
proceso directamente
Desempeño medido en términos de beneficio
económico
Es un campo de investigación activo Î precisión del
modelo, transmisión de error, evaluación del
desempeño
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
65
NAMP
PIECE
Optimización en Tiempo Real
Objetivos comerciales;
RTO - Esquemáticamente
Datos económicos;
Especificación del Producto
Reconciliación
Actualizando el modelo del
y detección de
Proceso (Simulación
error ordinario
Estado estable→dinámica)
Detección en estado estable
Optimización
(funciones objetivo
Costos, proceso,
Instalaciones de la Planta
y datos Ambientales
y del producto
Figura 6
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Siguiente Herramienta
66
NAMP
PIECE
Modelo Comercial y
Modelamiento de la
Cadena de Suministro
(Business Model and
Supply Chain Modeling,
BM-SCM)
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
67
NAMP
PIECE
Modelo Comercial y Modelamiento de
la Cadena de Suministro (BM-SCM)
Resultados de costos,
Proceso, ambientales
y de producto
Análisis y
Síntesis del
Diseño de
Procesos
Modelo Integrado
Comercial y de Proceso
Datos de costos,
proceso, ambientales
y de producto
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Análisis y
Optimización
de
Operaciones
de Proceso
De regreso a las
herramientas de PI
68
NAMP
PIECE
BM-SCM – Datos de Costos, Proceso, Ambientales y de Producto
Modelo Integrado Comercial y de Proceso
Datos Reconciliados
de P y A
Las flechas dobles
significan
Reconciliación
de que
Datosel
grupo de datos es consistente en
todas las instalaciones
de la planta
Datos Procesados
Validaci
ódenP yyProceso,
Reconciliaci
ón
Datos
de costos,
Ambientales
A
y de Producto
Procesamiento
de Datos
de Datos
Datos de
Contaduría
Datos de Procesos (P)
Y Ambientales (A)
Una vez que el modelo está
construido, puede ser usado
para validar y reconciliar
Instalacioneslos
de
datos la Planta
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Datos de
Producto
Datos de
Mercado
69
NAMP
PIECE
d
Comercial y
Datos de
Mercado
Presione
Aquí
ro
Co
st
Ac
c
Mo oun
de tin
g
l
de
de Con
co
t
sto abil
id a
s
Modelo Integrado
Datos de Producto
ist
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S u l es
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S
Mo
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los ) y
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de ( S C
an
Mo
C)
(S ls
ain ode
Ch M
l y SC
pp v.
Su E n
BM-SCM – Modelo Integrado Comercial y de Proceso
Modelo que trata con la clasificación,
Datos de
Contabilidad
registro, asignación y síntesis
de datos
Proceso
para la administración Datos
de lade toma
de
decisiones y el reporte financiero
Datos Ambientales
deProcess
proceso
Data
1st Principles
Simulation
Driven Models
Models
Models
Datos de Costos,
Proceso, A y P
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
70
NAMP
PIECE
BM-SCM – Cadena de Suministro y Cadena Ambiental de Suministro
Cadena de Suministro (Supply Chain, SC) es una red de
organizaciones que están involucradas, por medio de enlaces
corriente arriba y corriente abajo, en los diferentes procesos y
actividades que producen valor en la forma de productos y
servicios en las manos del consumidor final
W
(Desecho)
RReciclaje
e c y c lin g
Distribució
Distribución
Distribution
W
W
W
W
Consumidor
Consumer
CConsumidor
onsum er
DDistribució
is trib u tio
ón n
Distribuci
Suministro
Manufactura
Supply S u p p lyManufacturing
M aManufactura
n u fa c tu rin g
Suministro
Menudeo
Retail
R e ta il
Menudeo
Menudeo
W
R e mRemanufactura
a n u fa c tu rin g
R eReuso
use
W
W
Recopilació
Recopilaci
C o lle c tioón
n
La Cadena Ambiental de Suministro (Environmental Supply Chain,
ESC) mantiene todos los elementos que tiene una cadena de
suministro tradicional, pero extendidos a una curva semi
cerrada para también considerar los impactos ambientales de la
Cadena de Suministro y para el reciclaje, reuso y colecta de
material usado (Beamon 1999)
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
71
NAMP
PIECE
BM-SCM – Supply Chain & Environmental Supply Chain
Objetivos de los modelos SC y ESC
Integrar unidades inter-organizacionales a lo largo de una SC y
coordinar materiales, información y flujos financieros para
cumplir las demandas de los clientes y mejorar la rentabilidad y
receptividad
Obtener un panorama del impacto ambiental total del proceso
de producción (de distribuidor al cliente y de regreso a las
instalaciones de reciclaje) y de todos los productos que son
manufacturados (íntimamente relacionado a la LCA)
De regreso a las
herramientas de PI
BM-SCM
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
72
NAMP
PIECE
Tier I Resumen
1.1 Introducción y definición de Integración de Procesos
1.2 Generalidades de las Herramientas de Integración
de Procesos
1.3 Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
centrado en su habilidad
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
73
NAMP
PIECE
1.3 Tour Alrededor del mundo de
Profesionales de PI centrado en
su habilidad
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
74
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Cortesía de World Wide Web Î para capturar el
sabor de la evolución de la Integración de Procesos
La PI es relativamente nueva
Los investigadores trabajan en sus fortalezas
Muchas de las técnicas innovadoras vienen de las
universidades
Cuando las técnicas se ponen en práctica, el
sector privado generalmente capitaliza y las
técnicas avanzan más rápidamente
Instituciones
Compañías
FIN
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
75
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Instituciones
Europa
América del Norte y del sur
África, Oriente Medio, Asia y
Oceanía
Click en un continente para ver sus instituciones
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
76
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Instituciones-América del Norte y del Sur
Canada (2)
Mexico (1)
USA (8)
Brazil (1)
Para ver las instituciones de un país
en particular, de click en la bandera
del país de su elección
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso al
mapa mundial
77
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Instituciones-Europa
Bélgica (1)
Grecia (1)
Españ
España (1)
Dinamarca (1)
Hungary (1)
Hungrí
Hungría (1)
Sweden
(1)
Suecia (1)
Finland
(3) (3)
Finlandia
Norway
(1)(1)
Noruega
Switzerland (1)
Suiza (1)
France (1)
Francia (1)
Portugal (2)
UK (5)
Germany
Alemania(2)
(2)
Eslovenia (1)
Para ver las instituciones de un país
en particular, de click en la bandera
del país de su elección
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso al
mapa mundial
78
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Instituciones-África, Oriente Medio, Asia y Oceanía
África del Sur (1)
Israel (1)
India (1)
Australia (3)
Para ver las instituciones de un país
en particular, de click en la bandera
del país de su elección
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso al
Mapa Mundial
79
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Canadá
École Polytechnique de Montréal, Departamento de Ingeniería
Química, Montréal
Contacto: Profesor Paul Stuart
Web: http://www.pulp-paper.ca
Áreas de Investigación: la aplicación de Integración de Procesos
en la industria de la pulpa y el papel, con énfasis en técnicas de
prevención de la contaminación y análisis de rentabilidad, el uso
eficiente de energía y materias primas (incluyendo agua), control de
procesos y sostenibilidad de la planta
Investigaciones Actuales en Integración
de Procesos
Simulación de Procesos
Reconciliación de Datos
Control de Procesos
Análisis de Redes (HEN y MEN)
Tecnologías Ambientales (e.g. LCA)
Modelo comercial
Modelamiento impulsado por datos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Consorcio: "Integración de Procesos en
el consorcio de Investigación de la Industria
de la Pulpa y el Papel" con 13 miembros
(2003) incluyendo compañías en operación,
compañías ingenieriles, compañías
consultoras y vendedoras de software en la
industria de la pulpa y el papel
SIGUIENTE
De regreso a las
Instituciones Americanas
80
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Canadá
University of Ottawa, Departamento de Ingeniería
Química, Ottawa
Contacto: Professor Jules Thibault
Web: http://www.genie.uottawa.ca/chg/eng/
Brasil
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro
Contacto: Profesor Eduardo Mach Queiroz
Web: http://www.poli.ufrj.br/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De Regreso a las Instituciones
Americanas
81
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
México
Universidad de Guanajuato, Departamento de Ingeniería
Química, Guanajuato
Contacto: Dr Martín-Picón-Núñez
Web: http://www.ugto.mx
Áreas de Investigación: Cuenta con el
único Programa de Maestría en Integración de
Procesos en América del Norte . Análisis de
Procesos, Sistemas de Energía, y desarrollo de
tecnologías benignas ambientalmente
Investigaciones Actuales en Integración
de Procesos
Síntesis de procesos; modelamiento, simulación,
control y optimización de procesos; nuevos procesos y
materiales
Sistemas de recuperación de calor; fuentes de
energía renovable; optimización termodinámica
Rehabilitación de la atmósfera contaminada,
tratamiento de efluentes, procesos ambientales
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De Regreso a las
Universidades Americanas
82
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
EUA
Carnegie Mellon University, Departamento de Ingeniería
Química, Pittsburgh
Contacto: Profesor Ignacio E. Grossmann
Web: http://capd.cheme.cmu.edu/
Áreas de Investigación: reconocido como uno de los principales grupos de investigación en el
área de Diseño de Procesos Auxiliado por Computadora. En Integración de Procesos, el grupo es
reconocido por su trabajo en Programación Matemática, Optimización, sistemas de reactores, sistemas
de separación (especialmente destilación), Redes de Intercambio de Calor, operabilidad y síntesis de
procedimientos operantes
Integraciones Actuales en Integración de
Procesos
Elementos para auxiliar y automatizar la síntesis (invención)
Optimización Estructural de hojas de cálculo de proceso
Síntesis de sistemas de reactores y sistemas de separación
Síntesis de Redes de Intercambio de Calor
Técnicas de Optimización Global relevantes para la
Integración de Procesos
Diseño Integrado y planificación de plantas batch
Dinámica y Optimización de la cadena de suministro
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Consorcio: CAPD (Centre for
Advanced Process Decision-making,
fundado en 1986, 20 miembros
(2001)) incluyendo compañías
operantes y compañías ingenieriles ,
compañías consultores y vendedores
de software
SIGUIENTE
De regreso a las
Instituciones Americanas
83
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
EUA
Texas A&M University, Departamento de Ingeniería Química,
College Station
Contacto: Profesor Mahmoud M. El-Halwagi
Web: http://process-integration.tamu.edu/ y http://www-che.tamu.edu/cpipe/
Áreas de
Investigación:
Reconocido como el
grupo líder en
investigación en las
áreas de Integración de
Masa y Prevención de la
Contaminación usando
Integración de Procesos
Investigaciones Actuales en Integración
de Procesos
Asignación global de masa y energía
Síntesis de distribución de desechos y redes de
intercepción de especies
Análisis Pinch físico y reactivo de Masa
Síntesis de Redes de Calor inducidas
Diseño de sistemas de membranas híbridos
Diseño de reacciones ambientalmente aceptables
Integración de sistemas de reacción y separación
Flexibilidad y sistemas de planificación
Diseño y control simultáneos
Optimización global vía análisis de intervalos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
SIGUIENTE
De regreso a las
Instituciones Americanas
84
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
EUA
Auburn University, Auburn
Contacto: Profesor Christopher Roberts
Web: http://www.eng.auburn.edu/department/che/
Massachusetts Institute of Technology (MIT),
Departamenti de Ingeniería Química, Cambridge
Contacto: Profesor George Stephanopoulos
Web: http://web.mit.edu/cheme/index.html
De regreso a las
Instituciones Americanas
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
SIGUIENTE
85
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
EUA
Princeton University, Princeton
Contacto: Profesor Christodoulos A. Floudas
Web: http://chemeng.princeton.edu/html/home.shtml
Purdue University, West Lafayette
Contacto: Profesor G.V. Rex Reklaitis
Web: https://engineering.purdue.edu/ChE/index.html and
https://engineering.purdue.edu/ECN/
SIGUIENTE
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Americanas
86
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
EUA
University of Massachusetts, Amherst
Contacto: Profesor J. M. Douglas
Web: http://www.ecs.umass.edu/che/
University of Pennsylvania, Philadelphia
Contacto: Profesor Warren D. Seider
Web: http://www.seas.upenn.edu/cbe/chehome.html
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Americanas
87
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Bélgica
Université de Liège, Laboratory for Analysis and
Synthesis of Chemical Systems (LASSC), Liège
Contacto: Profesor Boris Kalitventzeff
Web: http://www.ulg.ac.be/lassc/
Dinamarca
Technical University of Denmark, Lyngby
Contacto: Profesor Bjørn Qvale
Web: http://www.et.dtu.dk/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Europeas
88
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Finlandia
Åbo Akademi University, Process Design Laboratory, Åbo
Contacto: Profesor Tapio Westerlund
Web: http://www.abo.fi/fak/ktf/at/
Lappeenranta University of Technology, Lappeenranta
Contacto: Profesor Lars Nyström
Web: http://www2.lut.fi/kete/laboratories/Process_Engineering/mainpage.htm
Helsinki University of Technology, Laboratory of Energy
Engineering and Environmental Protection, Helsinki
Contacto: Profesor Carl-Johan Fogelholm
Web: http://eny.hut.fi/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Europeas
89
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Francia
INPT-ENSIGC, Chemical Engineering Laboratory,
Toulouse
Contacto: Profesor Xavier Joulia
Web: http://www.ensiacet.fr/ENSIA7_FR/FORMATION/INGENIEUR/GPI/gpi.shtml
Grecia
Chemical Process Engineering Research Institute, Hellas
Contacto: Profesor I. Vasalos
Web: http://www.cperi.forth.gr
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Europeas
90
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Alemania
Universität Dortmund, Dortmund
Contacto: Profesor A. Behr
Web: http://www.bci.uni-dortmund.de/tca/web/en/index.html
Technische Universität Hamburg, Harburg
Contacto: Profesor Günter Gruhn
Web: http://www.tu-harburg.de/vt3/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Europeas
91
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Hungría
Budapest University of Technology and Economics,
Budapest
Contacto: Profesor Zsolt Fonyo
Web: http://www.bme.hu/en/organization/faculties/chemical/
Noruega
Norwegian University of Science and Technology, Process
Systems Engineering in Trondheim (PROST), Trondheim
Contacto: Profesor Sigurd Skogestad
Web: http://kikp.chembio.ntnu.no/research/PROST/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Europeas
92
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Portugal
Universidade do Porto, Porto
Contacto: Profesor Manuel A.N. Coelho
Web: http://www.fe.up.pt/
Instituto Superior Técnico, Lisboa
Contacto: Profesor Clemente Pedro Nunes
Web: http://dequim.ist.utl.pt/english/
De regreso a las
Instituciones Europeas
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
93
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Eslovenia
University of Maribor, Maribor
Contacto: Profesor Peter Glavič
Web: http://www.uni-mb.si/
Suiza
Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne
Contacto: Profesor Daniel Favrat
Web: http://leniwww.epfl.ch/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Europeas
94
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
España
Universitat Politècnica de Catalunya, Departamento de
Ingeniería Química, Barcelona
Contacto: Profesor Luis Puigjaner
Web: http://tqg.upc.es/
Áreas de Investigación: grupo pionero en Operaciones de proceso auxiliadas por computadora.
En Integración de Procesos, el grupo es reconocido por sus contribuciones en procesos dependientes del
tiempo, como Calor y Energía combinados, Disminución de desechos y Energía- Desechos combinados,
Monitoreo de Procesos Integrados, Diagnóstico y Control e Incertidumbre de proceso
Investigaciones Actuales en Integración
de Procesos
Optimización y modelamiento evolucionario
Optimización multi-objetivo en sistemas
dependientes del tiempo
Minimización del uso de agua y energía combinados
Integración de columnas de destilación
térmicamente unidas
Recuperación de gas caliente y sistemas de limpieza
De regreso a las
Instituciones Europeas
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Consorcio: "Manufacturing Reference
Centre" con 12 miembros (1966) que
incluyen Conselleria d'Indústria y
compañías operantes asociadas,
compañías ingenieriles y vendedores de
software. También el grupo de
investigación TOG (General Chemical
Technology) ha crecido constantemente
con la investigación relacionada a cinética
y diseño y operación de procesos
95
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Suecia
Chalmers University of Technology, Department of Heat
and Power, Göteborg
Contacto: Thore Berntsson
Web: http://www.hpt.chalmers.se/
Áreas de Investigación: desarrollo de tecnología e investigación aplicada basada
en Tecnología Pinch. Énfasis en nuevos métodos de modernización incluyendo
tratamiento realista de distancias geográficas, caídas de presión, costos variantes, etc.
Nuevos conceptos importantes incluyen el Costo Matriz para el Retrofit Screening y
nuevos diagramas termodinámicos Grand Composite para aplicaciones de calor y
energía (incluyendo turbinas de gas y bombas de calor). La investigación en la pulpa y
el papel se centra en la energía y el medio ambiente
Investigaciones Actuales en Integración de Procesos
Diseño de modernización de Redes de Intercambio de Calor
Integración de Procesos de bombas de calor en sus bases y actualización
Plantas CHP basadas en turbinas de gas en situaciones de modernización
Investigación aplicada en la industria de la pulpa y el papel, como
gasificación de licor negro y cerrado de la planta de blanqueado
Aspectos ambientales de la Integración de Procesos, especialmente
emisión de gases de efecto invernadero
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Industria:
Cooperación estrecha
con algunos de los
principales grupos
industriales de pulpa y
papel, incluyendo
cursos de capacitación
y consultoría
De regreso a las
Instituciones Europeas
96
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Reino Unido
Imperial College, Centre for Process Systems Engineering,
Londres
Contacto: Profesor Efstratios N. Pistikopoulos
Web: http://www.ps.ic.ac.uk/ and http://www.psenterprise.com
Áreas de Investigación: reconocido como el mayor grupo de investigación en el área de
Ingeniería de Sistemas de Proceso (Process Systems Engineering, PSE), que incluye Síntesis/Diseño,
Operaciones, Control y Modelamiento. El grupo es reconocido como un centro de excelencia en
Modelamiento de Proceso, Técnicas/Optimización numérica y Diseño Integrado de Procesos (incluye
consideración simultanea de Integración de Procesos y Control). El centro es también un importante
contribuidor en el área de integración y operación de procesos batch
Investigaciones Actuales en Integración de
Procesos
Procesamiento de batch integrado
Diseño y manejo de procesos integrados en la Cadena
de Suministro
Incertidumbre y operabilidad en el diseño de procesos
Formulación y modelos de programación matemática
para tratar problemas de síntesis e integración de
procesos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Consorcio: Ingeniería de
Sistemas de Proceso (PSE)
con 17 miembros (2003)
incluyendo compañías
contractuales, operantes e
ingenieriles, y vendedores de
software
SIGUIENTE
De regreso a las
Instituciones Europeas
97
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Reino Unido
UMIST, Department of Process Integration, Manchester
Contacto: Profesor Robin Smith
Web: http://www.cpi.umist.ac.uk/
Áreas de Investigación: reconocido como el pionero y máximo grupo
de investigación en el área del Análisis Pinch. Investigaciones previas
incluyen objetivos y diseño de métodos para Redes de Intercambio de Calor
( bases y actualización), Sistemas de energía y calor, Sistemas de
separación impulsados por calor, Flexibilidad, Sitios Totales,
consideraciones de caída de presión, Integración de Procesos Batch,
Minimización de Agua y Desechos y Tratamiento de Efluentes Distribuidos
Investigaciones Actuales en Integración
de Procesos
Uso eficiente de materias primas (incluyendo agua)
Eficiencia de Energía
Reducción de Emisiones
Uso eficiente del capital
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Industria: El consorcio de investigación en
Integración de Procesos fue creado en 1984 y
ahora está formado por 26 compañías
principales representando diferentes aspectos
de los procesos y servicios de las industrias
SIGUIENTE
De regreso a las
Instituciones Europeas
98
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Reino Unido
University of Edinburgh, Edimburgo
Contacto: Profesor Jack W. Ponton
Web: http://www.chemeng.ed.ac.uk/
University College, Londres
Contacto: Dr. David Bogle
Web: http://www.chemeng.ucl.ac.uk/
University of Ulster, Coleraine
Contacto: Profesor J.T. McMullan
Web: http://www.engineering.ulster.ac.uk/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones Europeas
99
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Israel
Technion, Israel Institute of Technology, Haifa
Contacto: Profesor Daniel R. Lewin
Web: http://www.technion.ac.il/technion/chem-eng/index_explorer.htm
India
Indian Institute of Technology, Bombay
Contacto: Dr. Uday V. Shenoy
Web: http://www.che.iitb.ac.in/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones de Asia 100
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Sudáfrica
University of the Witwatersrand, Process & Materials
Engineering, Johannesburg
Contacto: Profesor David Glasser
Web: http://www.procmat.wits.ac.za/
Áreas de Investigación: reconocido como el principal grupo de investigación en el desarrollo
de la Región Alcanzable (Attainable Region, AR) método para la síntesis de Reactores y Procesos. El
concepto de Región Alcanzable ha sido expandido a sistemas donde la transferencia de masa, de
calor y separaciones toman lugar. En su forma generalizada (reacción, mezclado, separación,
transferencia de masa y transferencia de calor), el concepto de Región Alcanzable brinda una
herramienta Síntesis que proveerá objetivos para diseños "óptimos" contra los que las soluciones más
prácticas pueden ser comparadas
Investigaciones Actuales en Integración
de Procesos
Sistemas que involucran reacción, mezclado y
separación (e.g. destilación reactiva)
Sistemas de reactores químicos no isotérmicos
Optimización de sistemas dinámicos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
Ha fundado su propia empresa
de asesoría llamada Wits
Enterprise
http://www.enterprise.wits.
ac.za/
De regreso a las
Instituciones de África
101
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Australia
University of Adelaide, Adelaide
Contacto: Dr. B.K. O'Neill
Web: http://www.chemeng.adelaide.edu.au/
Murdoch University, Rockingham
Contacto: Profesor Peter Lee
Web: http://wwweng.murdoch.edu.au/engindex.html
University of Queensland, Brisbane
Contacto: Profesor Ian Cameron
Web: http://www.cheque.uq.edu.au/
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
Instituciones de Oceanía 102
NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Compañías
Linnhoff March Limited, Northwich, Cheshire, Reino Unido
Web: http://www.linnhoffmarch.com/ and http://www.kbcat.com/
Linnhoff March es la compañía pionera en Tecnología Pinch y es ahora una
división de KBC Process Technology Limited desde 2002. KBC Advanced
Technologies es la principal compañía independiente en consultoría en ingeniería
de proceso, mejorando la eficiencia operacional y las utilidades en la industria
mundial de procesamiento de hidrocarburos
Lista de Servicios en el área de
Integración de Procesos
Realización de proyectos y asesoría
Desarrollo y soporte de Software
Ayuda en capacitación
Proyectos Típicos: 1200 tareas por más de 18 años
Tecnologías de PI
La tecnología Pinch (análisis y Diseño
de HEN, Análisis Total de Sitio)
Water Pinch™ para minimización del
agua de desecho
Software de PI para el análisis térmico
e hidráulico combinado de columnas de
destilación: software "state-of-the-art"
extensivamente provado incluyendo
SuperTarget, PinchExpress,
WaterTarget y Steam97
SIGUIENTE
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
compañías
103
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PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Compañías
Process Systems Enterprise Limited, Londres, Reino Unido
Web: http://www.psenterprise.com
“Process Systems Enterprise Limited (PSE) es un proveedor de tecnología y
servicios avanzados basados en el modelo ("model-based") para la industria de
procesamiento. Estas tecnologías tratan necesidades urgentes en ingeniería de
rápido crecimiento y segmentos de mercado de la automatización de químicos,
petroquímicos, aceite y gas, pulpa y papel, energía, químicos finos, alimentos,
industrias farmacéuticas y de biotecnología."
Lista de Servicios en el área de
Integración de Procesos
Modelamiento de procesos dinámicos
Optimización Dinámica
Empresa de modelamiento
Capacitación extensiva para todos sus productos
Tecnologías de PI
gPROMS®, por "general PROcess Modeling
System" Î Simulación de Procesos dinámicos
y en estado estable, optimización (MINLP) y
software para estimación de parámetros, en
paquetes para diferentes usuarios
Model Enterprise® Î modelamiento y
realización ambiental de la cadena de
suministro
Model Care® Î modelo comercial
SIGUIENTE
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
compañías
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Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Compañías
Industrial and Power Association-National Engineering
Laboratory (NEL), Reino Unido
Web: http://www.ipa-scotland.org.uk/home.asp
QuantiSci Limited, Reino Unido
Web: http://www.quantisci.co.uk/
SIGUIENTE
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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compañías
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PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Compañías
American Process Inc., Atlanta, EUA
Web: http://www.americanprocess.com
“Fundada en 1994, American Process Inc es la principal firma consultora
especializada en ingeniería dedicada a la minimización del costo de la energía en la
industria de la pulpa y el papel y otras industrias. Nuestro éxito es en gran parte
debido a las soluciones diseñadas a la medida que ofrecemos a nuestros clientes,
comprendiendo que cada planta es una operación única, optimizando de ese modo
el potencial de ahorro"
Lista de Servicios en el área de
Integración de Procesos
Objetivos energéticos usando Análisis Pinch
Simulación modelada
Optimización lineal
Cerca de 150 estudios completados
Tecnologías PI
PARIS™ (Production Analysis for Rate and
Inventories Strategies) Î Herramienta para la
toma de decisiones para optimizar las
operaciones de las plantas de pulpa y papel
O-Pinch™ (Operational Pinch)
SPARTA™ Î Optimizador de costos de
vapor y energía en tiempo real
Water Close™ Î Análisis pinch para agua
SIGUIENTE
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
compañías
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NAMP
PIECE
Tour Alrededor del mundo de profesionales de PI
Compañías
Advanced Process Combinatorics (APC), EUA
Web: http://www.combination.com
Aspen Technology Inc. (AspenTech), EUA
Web: http://www.aspentech.com and http://www.hyprotech.com
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
De regreso a las
compañías
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PIECE
Fin del Tier I
Este es el fin del Tier I. Hasta este punto, asumimos que has
realizado toda la lectura. Alguna de esta información pude aún ser
un poco confusa pero recuerda que todavía estamos tratando de
establecer todas las piezas del rompecabezas de Integración de
Procesos.
Antes de avanzar al Tier II, haremos un pequeño quiz de opción
múltiple.
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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PIECE
QUIZ
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
PIECE
Tier I - Quiz
Pregunta 1
¿Dónde fue desarrollaron por primera vez el concepto de Integración de
Proceso?
Atlanta, EUA
Guanajuato, México
Manchester, Reino Unido
Montreal, Canadá
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
PIECE
Tier I - Quiz
Pregunta 2
El usar técnicas y métodos de PI te permiten observar diferentes
variaciones en un proceso, una planta o una compañía. Usa cada uno de
los siguientes e indica si pueden ser reducidos o incrementados en un
contexto de Integración de Procesos.
1. Costos
2. Contaminación
3. Rendimiento
4. Uso de Energía
5. Producción
6. Ganancias
7. Uso de Datos
8. Volumen de Producción
9. Uso del agua
10. Problemas Operativos
Ð 1,4,6,7 y 9 ; Ï 2,3,5,8 y 10
Ð 2,3,6,8 y 10 ; Ï 1,4,5,7 y 9
Ð 1,2,4,9 y 10 ; Ï 3,5,6,7 y 8
Ð 3,4,5,7 y 8 ; Ï 1,2,6,9 y 10
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
111
NAMP
PIECE
Tier I - Quiz
Pregunta 3
¿Cuáles de los siguientes enunciados son falsos?
1. Las simulaciones en estado estable permiten al ingeniero de proceso
estudiar estrategias de arranque y apagado
2. En la industria de procesamiento, encontramos dos niveles de modelos:
modelos de operaciones unitarias y modelos de planta
3. Un modelo puede representar exactamente que ocurre en un proceso
4. Generalmente, las simulaciones dinámicas son usadas para estimar el
tamaño y el costo de las unidades de proceso
1y2
2y3
1y3
3y4
2y4
1,3 y 4
1,2 y 3
Todos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
PIECE
Tier I - Quiz
Pregunta 4
¿Por qué son corrompidas usualmente las mediciones en las plantas?
1. Fluctuaciones en el suministro de energía
2. Condiciones ambientales
3. Mala calibración del sensor
4. Capacidad y velocidad de cálculo del equipo
5. Ambiente de proceso hostil
6. Frecuencia de muestreo
1,2 y 3
1,3 y 6
1,2 y 5
2,3,5 y 6
2y4
1,2,3 y 4
1,2,3 y 5
Todos
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Tier I - Quiz
Pregunta 5
¿Para qué fue concebido originalmente el Análisis Pinch?
1. Reducción de las emisiones de una refinería de petróleo
2. Ahorros en inversión de capital y costos de operación
3. Diseño de Redes de Intercambio de Calor
4. Mejor empleo del hidrógeno en las refinerías
5. Diseño de Redes de Servicio
2y3
3y4
1
3
2
1,2,3 y 4
1,2,3 y 5
Todos
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NAMP
PIECE
Tier I - Quiz
Pregunta 6
¿Qué representa una función objetivo en un problema de optimización?
1. Interacciones entre variables
2. Criterios de desempeño
3. Parámetros
4. Balances de Masa y Energía
5. Igualdades o desigualdades
2y3
3y4
1
3
2
1,2,3 y 4
1,2,3 y 5
Todos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
PIECE
Tier I - Quiz
Pregunta 7
Toda el área de investigación de Algoritmos Genéticos fue inspirada por la
teoría de Darwin de la selección natural y la supervivencia del mas fuerte.
A diferencia de la evolución natural, ¿qué es capaz de hacer un programa
de Algoritmo Genético?
1. Resolver problemas por un gran periodo de tiempo, por medio de
procesos como reproducción, mutación y selección natural
2. Cada generación del programa mejora en la calidad de la solución
(cada nueva generación es mejor que la previa)
3. Generar y evaluar miles de generaciones en segundos
2y3
1y2
1
3
2
1,2 y 3
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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PIECE
Tier I - Quiz
Pregunta 8
¿Cuáles de los siguientes enunciados son falsos?
1. La necesidad de ahorro en la inversión de capital ha llevado a la
creación de técnicas análisis de datos (data-mining)
2. Un modelo de “caja negra” que usa los datos de proceso de la planta
directamente toma en cuenta los fundamentos del proceso
3. El Análisis multivariable es definido como el análisis simultáneo de más
de cinco variables
4. Los métodos de Análisis multivariable son usados para reemplazar el
análisis físico de un proceso
1
4
1,2 y 4
1,3 y 4
1,2 y 3
Todos
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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NAMP
PIECE
Tier I - Quiz
Pregunta 9
Con un sistema de Optimización en tiempo real:
1. El proceso es optimizado directamente
2. Pueden hacerse decisiones actualizadas en las operaciones de la planta
y mantenimiento para maximizar el desempeño de la misma
3. Se pueden tomar decisiones antes de que la información completa
sobre los datos esté disponible
4. Es posible determinar el régimen operante económicamente óptimo
para un proceso a corto plazo
1
1y3
2,3 y 4
1,3 y 4
1,2 y 3
Todas las anteriores
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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Tier I - Quiz
Respuestas
Pregunta 1
Manchester, Reino Unido
Pregunta 2
Ð 1,2,4,9 y 10 ; Ï 3,5,6,7 y 8
Pregunta 3
1,3 y 4
Pregunta 4
1,2,3 y 5
Pregunta 5
3
Pregunta 6
2
Pregunta 7
3
Pregunta 8
1,2 y 4
Pregunta 9
2,3 y 4
Módulo 8 – Introducción a la Integración de Procesos
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