Créditos ECTS Créditos ECTS: 4.5
Horas ECTS Criterios/Memorias Traballo do Alumno/a ECTS: 74.25 Horas de Titorías: 2.25 Clase Expositiva: 18 Clase Interactiva: 18 Total: 112.5
Linguas de uso Castelán, Galego
Tipo: Materia Ordinaria Grao RD 1393/2007 - 822/2021
Departamentos: Enxeñaría Química
Áreas: Enxeñaría Química
Centro Escola Técnica Superior de Enxeñaría
Convocatoria: Primeiro semestre
Docencia: Con docencia
Matrícula: Matriculable
A materia “Simulación e Optimización” pretende formar ao alumno na optimización matemática de sistemas relacionados con procesos químicos mediante a aprendizaxe e aplicación de diferentes métodos e ferramentas. Asimismo, plantéase a necesidade do emprego de modelos de natureza matemática para o estudo de estruturas e estratexias de descomposición de sistemas para a análise, simulación e optimización de procesos químicos. Esta materia ten tamén unha serie de obxectivos complementarios, como son o emprego de programas informáticos, simuladores e follas de cálculo. A materia está enfocada ao emprego práctico dos conceptos e métodos que sirven, non so para esta materia, senon tamén para a súa aplicación noutras disciplinas do Grao e a nivel profesional.
Obxectivos específicos
a. Planteamento e creación de modelos que representan procesos industriais reais.
b. Introducción á identificación de estruturas de sistemas. Estratexias de simulación.
c. Formulación do correspondente modelo matemático ante un problema de optimización, que involucra unha función obxectivo con unha ou máis variabeis de diseño, diferentes restriccións (de igualdade e desigualdade) e resolución mediante un algoritmo axeitado (toma de decisións). O modelo ten que ser consistente matemáticamente e resoluble cos medios empregados.
d. Adquisición de fundamentos de algoritmos de optimización e aplicación práctica en operacións e procesos industriais.
e. Simulación e optimización empregando un simulador de procesos químicos en estado estacionario (HYSYS).
Clases Expositivas
BLOQUE I. Modelos (2 horas)
Tema 1.- PRINCIPIOS DA MODELIZACIÓN (2 horas). Introdución. Definición de sistema. Tipos de modelos. Simuladores. Tipos de variables. Graos de liberdade dun sistema.
BLOQUE II. Optimización de procesos (12 horas)
Tema 2.- INTRODUCIÓN Á OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS (2 horas). Funcións obxectivo. Concavidade e convexidade. Métodos analíticos de busca de puntos óptimos. Condicións Karush-Kunt-Tucker (KKT).
Tema 3.- OPTIMIZACIÓN SEN RESTRICIÓNS (3 horas). Funcións univariables: Métodos uniformes e secuenciais. Métodos directos (DSC-Powell) e indirectos (Newton-Raphson). Funcións multivariabeis: Busca directa: Hooke-Jeeves e Nelder-Mead. Busca indirecta: quasinewton -BFGS.
Tema 4.- OPTIMIZACIÓN CON RESTRICIÓNS (4 horas). Programación lineal: Algoritmo simplex. Análise de sensibilidade. Dualidade. Programación non lineal: método do gradiente reducido xeralizado (GRG) e método complex.
Tema 5.- ANÁLISE DE REDES (3 horas). Grafos. Algoritmo de Dijkstra. Algoritmo Ford-Fulkerson. Método de Vogel. Método húngaro para o problema de asignación. Estratexias CPM e PERT.
BLOQUE III. Análise e simulación de procesos (7 horas)
Tema 6.- ESTRUTURA DE SISTEMAS (1 horas). Sistemas e subsistemas. Matrices asociadas: booleana, de adxacencia, de incidencia e de alcanzabilidade. Identificación de ciclos. Sistemas dispersos. Estratexias de simulación.
Tema 7.-ESTRATEXIA MODULAR SECUENCIAL PARA A SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO (4 horas). Algoritmos para particionado e ordeación. Algoritmos para rotura de ciclos. Algoritmos de converxencia. Ciclos aniñados.
Tema 8.-ESTRATEXIA ORIENTADA A ECUACIÓNS PARA A SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO (2 horas). Algoritmos para selección de variables de deseño. Algoritmos para asignación de variabeis de saída. Singularidade. Algoritmos para particionado e ordeación.
Os Temas 2 a 8 teñen asociado cada un unha clase interactiva de seminario (7 en total para cada un dos 2 grupos) para resolución de problemas (empregando folla de cálculo e Matlab) e dúbidas.
Clases interactiva de laboratorio (10 h, 5 sesións).
SESIÓN 1: EXCEL. Programación lineal. Análise de informes de respostas, sensibilidade e límites.
SESIÓN 2: EXCEL. Problemas de redes. Análise de informes de respostas, sensibilidade e límites.
SESIÓN 3: EXCEL. Problemas CPM e programación non lineal. Análise de informes de respostas, sensibilidade e límites.
SESIÓN 4: HYSYS. Estrutura, módulos, converxencia, unidades de proceso e lóxicas.
SESIÓN 5: HYSYS. Condicións óptimas de operación dun proceso con reacción química.
Bibliografía básica:
BLOQUES I e III
N.J. Scenna (Editor). Modelado, Simulación y Optimización de procesos Químicos. 1999. Libro electrónico. http://www.edutecne.utn.edu.ar/modelado-proc-quim/modelado-proc-quim.pdf
BLOQUE II
R.W. Pike. Optimization for Engineering Systems, 1986. Van Nostrand Reinhold, New York. SIGNATURA: A 151 7
Bibliografía complementaria:
Algoritmos para implementación en Matlab
1. J. Tornero, L. Armesto. Técnicas de Optimización, 2007. UPV, Valencia. SIGNATURA: IOP 107.
2. R.L. Rardin. Optimization in Operations Research, 1998. Prentice-Hall, Upper Saddle River. SIGNATURA: 90 708.
3. M.S. Bazaraa, H.D. Sherali, C.M. Shetty. Nonlinear Programming: Theory and Algorithms, 2006. Wiley, New York. SIGNATURA: 1209 067
O alumno pode acceder a todo o material utilizado nas clases expositivas a través do campus virtual.
Competencias xerais
CG.3 Coñecemento en materias básicas e tecnolóxicas, que lles capacite para a aprendizaxe de novos métodos e teorías, e lles dote de versatilidade para adaptarse a novas situacións.
CG.4 Capacidade de resolver problemas con iniciativa, toma de decisións, creatividade, razoamento crítico e de comunicar e transmitir coñecementos, habilidades e destrezas no campo da enxeñaría industrial.
Competencias transversais
CT.1 Capacidade de análise e síntese
CT.4 Habilidades para o uso e desenvolvemento de aplicacións informáticas
CT.6 Resolución de problemas
CT.8 Traballo en equipo
CT.13 Capacidade de aplicar os coñecementos na práctica
Competencias específicas
CQ.2.1. Capacidade para a análise e deseño de procesos e produtos.
CQ.2.2. Capacidade para a simulación e optimización de procesos e produtos.
CQ.4.1 Capacidade para deseñar, xestionar e operar procedementos de simulación de procesos químicos.
CQ4.2 Control e instrumentación de procesos químicos.
Os contidos teóricos da materia enseñaranse sobre a base de clases expositivas. En cada unha, se realizarán preguntas de seguimento da materia para fomentar a participación activa por parte do alumno. Empregarase como material de apoio tanto a pizarra como presentacións en PowerPoint que estarán disponibles para o alumno xunto co programa e boletíns de problemas no Campus Virtual. (CG.3, CQ.2.1, CQ.2.2, CQ.4.1)
Nas clases interactivas de seminario resolveranse problemas propostos nos boletíns de cada tema por parte dos alumnos. (CG4, CT1, CT4, CT6, CT13, CQ2.1, CQ2.2, CQ4.1; CQ4.2)
Realizaranse prácticas de laboratorio na aula informática para a aprendizaxe de resolución de problemas de optimización en folla de cálculo e de manexo dun simulador de procesos químicos. Nun principio realizarase un ensino pormenorizado sobre aspectos básicos dos programas e logo fomentarase a aprendizaxe autónoma por parte do alumno co fin de descubrir utilidades diversas. Na parte práctica, o alumno entregará en formato electrónico unha memoria de prácticas polo Campus Virtual. (CG4, CT1, CT4, CT6, CT13, CQ2.2, CQ4.1; CQ4.1)
Asimesmo, realizarase un pequeno traballo en grupo moi reducido, e baixo a orientación do profesor nas sesión de titorías grupais, sobre a aplicación dun algoritmo de optimización avanzado a un problema práctico. (CG4, CT1, CT8, CT13, CQ2.1, CQ2.2)
Descrición temporal das actividades:
1 semana
Expositivas:
Presentación da materia e a guía docente
Tema 1.- PRINCIPIOS DA MODELIZACIÓN.
Introdución. Definición de sistema. Tipos de modelos. Simuladores. Tipos de variables. Graos de libertade dun sistema.
Tema 2.- INTRODUCIÓN Á OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS.
Funcións obxectivo. Concavidade e convexidade.
2 semana
Expositivas:
Tema 2.- INTRODUCIÓN Á OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS.
Métodos analíticos de busca de puntos óptimos. Condicións Karush-Kunt-Tucker (KKT).
Tema 3.- OPTIMIZACIÓN SEN RESTRICCIÓNS
Funcións univariables: Métodos uniformes e secuenciais. Métodos directos (DSC-Powell) e indirectos (Newton-Raphson).
3 semana
Expositivas:
Tema 3.- OPTIMIZACIÓN SEN RESTRICCIÓNS
Funcións multivariables: Busca directa: Hooke-Jeeves e Nelder-Mead. Busca indirecta: quasinewton - BFGS.
Interactiva:
Estudios de casos prácticos
4 semana
Expositiva
Tema 4.- OPTIMIZACIÓN CON RESTRICCIÓNS
Programación lineal: Algoritmo simplex.
5 semana
Expositivas
Tema 4.- OPTIMIZACIÓN CON RESTRICCIÓNS.
Programación lineal: Análise de sensibilidade. Dualidade.
6 semana
Tema 4.- OPTIMIZACIÓN CON RESTRICCIÓNS.
Programación non lineal: método do gradente reducido xeralizado (GRG) e método complex.
Interactiva
Estudios de casos prácticos
7 semana
Expositivas:
Tema 5.- ANÁLISE DE REDES
Grafos. Algoritmo de Dijkstra. Algoritmo Ford-Fulkerson.
Interactiva
Estudios de casos prácticos
8 semana
Expositiva
Tema 5.- ANÁLISE DE REDES
Método de Vogel. Método húngaro para o problema de asignación
9 semana
Expositivas
Tema 5.- ANÁLISE DE REDES
Estratexias CPM e PERT.
Interactiva
Estudios de casos prácticos
Aula informática
Folla de cálculo. Programación lineal. Análise de informes de respostas, sensibilidade e límites.
10 semana
Tema 6.- ESTRUTURA DE SISTEMAS
Sistemas e subsistemas. Matrices asociadas: booleana, de adxacencia, de incidencia e de alcanzabilidade. Identificación de ciclos. Sistemas dispersos. Estratexias de simulación.
Tema 7.-ESTRATEXIA MODULAR SECUENCIAL PARA A SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO
Algoritmos para particionado e ordeación.
Aula informática
Folla de cálculo. Problemas de redes. Análise de informes de respostas, sensibilidade e límites.
11 semana
Expositiva
Tema 7.-ESTRATEXIA MODULAR SECUENCIAL PARA A SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO
Algoritmos para rotura de ciclos.
Interactiva
Estudios de casos prácticos
Aula de informática
Folla de cálculo. Problemas CPM e programación non lineal. Análise de informes de respostas, sensibilidade e límites.
12 semana
Expositiva
Tema 7.-ESTRATEXIA MODULAR SECUENCIAL PARALA SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO
Algoritmos de converxencia. Ciclos aniñados.
Interactiva
Estudios de casos prácticos
Aula informática
HYSYS. Estrutura, módulos, converxencia, unidades de proceso e lóxicas.
13 semana
Expositiva
Tema 8.-ESTRATEGIA ORIENTADA A ECUACIÓNS PARA A SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO.
Algoritmos para selección de variables de deseño.
14 semana
Expositiva
Tema 8.-ESTRATEXIA ORIENTADA A ECUACIÓNS PARA A SIMULACIÓN DE PROCESOS EN RÉXIME ESTACIONARIO.
Algoritmos para asignación de variables de saída. Singularidade. Algoritmos para particionado e ordeación.
Interactiva
Estudios de casos prácticos
Aula informática
HYSYS. Condicións óptimas de operación dun proceso con reacción química.
Escenario 1 (sen restricións á presencialidade física)
- Clases expositivas: Clases maxistrais presenciais en aula, propiciando a intervención do alumnado.
- Clases interactivas:
- Seminarios: fundamentalmente de carácter presencial; dedicadas ao traballo do alumno baixo a tutela do profesor, para estudar con detalle aspectos importantes da materia, e para a resolución de casos prácticos, problemas e cuestións.
- Prácticas en aula de informática: fundamentalmente de carácter presencial; dedicadas ao traballo do alumno baixo a tutela do profesor, para estudar con detalle aspectos importantes da materia, e para a resolución de casos prácticos, problemas e cuestións.
- Titorías: para o seguimento dos traballos en grupo realizados polos alumnos e seguimento personalizado do alumno; de carácter obrigatorio, serán presenciais en aula ou telemáticas, utilizando as plataformas virtuais a disposición na USC e o correo electrónico.
Escenario 2: distanciamento.
As actividades expositivas desenvolveranse de forma telemática síncrona mediante Microsoft Teams e a plataforma Moodle. Os seminarios e as prácticas na aula de informática desenvolveranse de xeito presencial na aula. As titorías serán preferentemente virtuais, síncronas e asíncronas, utilizando as plataformas virtuais a disposición na USC e o correo electrónico.
Escenario 3: peche das instalacións.
A docencia será completamente de carácter virtual. Empregarase Microsoft Teams para as sesións síncronas e a plataforma Moodle para a docencia asíncrona, poñendo a disposición do alumnado presentacións en pdf ou documentos en Power Point gravados, documentos para lectura, enlaces web, cuestionarios e vídeos. As titorías levaranse a cabo mediante reunións síncronas mediante Teams e asíncronas mediante foros de Moodle, así como mediante consulta ao profesorado por correo electrónico.
Realizarase un seguimento da aprendizaxe dos estudantes mediante a realización de pequenos traballos de resolución de problemas de forma individual e en grupo. Asimesmo, os estudantes farán un exame de resolución de problemas para a parte teórica e un práctico para o laboratorio que permitirá individualizar a calificación final.
Distribución da calificación
Exame 60% (45% teoría; 15% práctica)
Traballos/actividades 25%
Titorías 10% (presentación de traballo en grupo).
Informe profesor 5%
Para aprobar é necesario obter como mínimo 5 puntos e 3/10 (excepto no exame práctico) en cada parte das que consta a avaliación.
A asistencia ás clases prácticas e a realización do traballo en grupo, dadas as súas características de esixencia presencial (salvo no escenario 3 que se fará de xeito virtual segundo o indicado) e non recuperables, son obrigatorias para superar a asignatura tanto na convocatoria ordinaria como de recuperación.
Na segunda oportunidade mantense a puntuación acumulada da avaliación continua de traballos/actividades. No caso de non ter atinxido o mínimo esixido planificaranse unhas actividades para que o alumno, trala súa superación, teña a oportunidade de superar a materia.
Avaliación de Competencias (Exame (E); Traballos (T), Prácticas (P), Titorías (TU).
CG.3: E, T
CG.4: E, T, P, TU
CT.1: E, T, TU
CT.4: T, P
CT.6: E, T, P, TU
CT.8: TU
CT.13: T, P
CQ2.1: E, T, P
CQ2.2: E, T, P, TU
CQ4.1: E, P
CQ4.2: E, P
No escenario 1 o exame final e presentación de traballos serán presenciais. No escenario 2 a realización do exame final e a achega de tarefas faranse de xeito virtual, empregando a plataforma Moodle, ainda que se se pode o exame final farase de xeito presencial. No escenario 3 a realización do exame final e a achega de tarefas faranse de xeito virtual, empregando a plataforma Moodle.
Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación o recollido na Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións.
Horas presenciais: 38
Horas traballo alumno: 74,5
Totais: 112,5
Os alumnos que se matriculen da materia han de ter unha serie de coñecementos sólidos de matemáticas, balances de propiedade e deseño, transporte de fluidos e calor, reactores químicos, transferencia de materia e enxeñaría de procesos
É aconsellable que o alumno teña para a consulta de bibliografía de certo dominio de inglés e ferramentas de follas de cálculo para a resolución de problemas de optimización. Por último, recoméndase o uso das titorías de despacho para a aclaración de dúbidas e conceptos.
Utilizarase o Campus Vitual.
Os idiomas empregados serán o galego e o castelán.
Como programas informáticos vanse usar Excel, HYSYS y VensimPLE.
Plan de continxencia
Seguindo as Directrices para o desenvolvemento dunha docencia presencial segura, curso 2020-2021, todas as actividades docentes a desenvolver na materia adáptanse aos diferentes escenarios probables.
Escenario 1 (sen restricións á presencialidade física)
Docencia de actividades expositivas e interactivas presenciais en aula; avaliación presencial en aula mediante exame final e presentación de traballos.
Escenario 2: distanciamento.
As actividades expositivas desenvolveranse de forma telemática síncrona mediante Microsoft Teams e a plataforma Moodle. Os seminarios e prácticas na aula de informática desenvolveranse de xeito presencial na aula. As titorías serán preferentemente virtuais, síncronas e asíncronas, utilizando as plataformas virtuais a disposición na USC e o correo electrónico. A realización do exame final e presentación de traballos faranse de xeito virtual, empregando a plataforma Moodle e Microsoft Teams, ainda que se se pode o exame final farase de xeito presencial.
Escenario 3: peche das instalacións.
A docencia será completamente de carácter virtual. Empregarase Microsoft Teams para as sesións síncronas e a plataforma Moodle para a docencia asíncrona, poñendo a disposición do alumnado presentacións en pdf ou documentos en Power Point gravados, documentos para lectura, enlaces web, cuestionarios e vídeos. As titorías levaranse a cabo mediante reunións síncronas mediante Teams e asíncronas mediante foros de Moodle, así como mediante consulta ao profesorado por correo electrónico. A realización do exame final e presentación de traballos faranse de xeito virtual, empregando a plataforma Moodle e Microsoft Teams.
Pastora Maria Bello Bugallo
Coordinador/a- Departamento
- Enxeñaría Química
- Área
- Enxeñaría Química
- Teléfono
- 881816789
- Correo electrónico
- pastora.bello.bugallo [at] usc.es
- Categoría
- Profesor/a: Profesor Contratado/a Doutor
| Luns | |||
|---|---|---|---|
| 16:00-17:00 | Grupo /CLIS_01 | Castelán | Aula A2 |
| Martes | |||
| 16:00-17:00 | Grupo /CLIS_01 | Castelán | Aula A2 |
| Mércores | |||
| 16:00-17:00 | Grupo /CLE_01 | Castelán | Aula A2 |
| Xoves | |||
| 16:00-17:00 | Grupo /CLE_01 | Castelán | Aula A2 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLE_01 | Aula A3 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIS_01 | Aula A3 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIS_02 | Aula A3 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIS_03 | Aula A3 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIL_01 | Aula A3 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIL_02 | Aula A3 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIL_03 | Aula A3 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIL_04 | Aula A3 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIL_03 | Aula A4 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIL_04 | Aula A4 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLE_01 | Aula A4 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIS_01 | Aula A4 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIS_02 | Aula A4 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIS_03 | Aula A4 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIL_01 | Aula A4 |
| 11.01.2021 16:00-20:45 | Grupo /CLIL_02 | Aula A4 |
| 29.06.2021 09:15-14:00 | Grupo /CLIS_01 | Aula A2 |
| 29.06.2021 09:15-14:00 | Grupo /CLIS_02 | Aula A2 |
| 29.06.2021 09:15-14:00 | Grupo /CLIS_03 | Aula A2 |
| 29.06.2021 09:15-14:00 | Grupo /CLIL_01 | Aula A2 |
| 29.06.2021 09:15-14:00 | Grupo /CLIL_02 | Aula A2 |
| 29.06.2021 09:15-14:00 | Grupo /CLIL_03 | Aula A2 |
| 29.06.2021 09:15-14:00 | Grupo /CLIL_04 | Aula A2 |
| 29.06.2021 09:15-14:00 | Grupo /CLE_01 | Aula A2 |