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NECESIDAD DE LA OPTIMIZACIÓN EN LA INGENIERÍA QUÍMICA

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Resumen Dentro del análisis y el diseño en la ingeniería ocurren muchas veces situaciones que provocan conflictos en cuanto a economía o algún objetivo establecido, en varias ocasiones encontrar el valor objetivo no es difícil, simplemente consiste en analizar muy bien el problema al que se enfrenta y tener en cuenta las técnicas para solucionarlo. La ingeniería química desde sus inicios se ha valido de los conocimientos en la matemática y la lógica que esta proporciona para solucionar problemas, entre los más frecuentes han estado, el maximizar ganancias y el minimizar el impacto ambiental de los procesos, es en este momento en donde surge la necesidad por parte de los ingenieros de implementar un modelo el cual funcione para lograr un objetivo, por este motivo, se ha hecho necesaria la investigación de operaciones la cual ha sido uno de los caminos más seguros para la obtención de resultados, el aumento de la eficiencia y productividad, actualmente, la investigación de operaciones es la disciplina que está más relacionada a la optimización de procesos, dicha optimización permite la obtención de mejores resultados, sin embargo, para que esto suceda, es necesario que el ingeniero tome la decisión correcta en el momento adecuado, por este motivo la optimización tiene unos niveles jerárquicos, los cuales son; la planificación estratégica, la planificación de la producción, la programación de la producción, la optimización de unidades de proceso y el control del proceso. Palabras clave: Diseño, Ingeniería química, matemática, maximizar, minimizar, procesos, modelo, objetivo, investigación de operaciones, productividad, eficiencia, resultados. La optimización según Ferrero y Chiotti (1999) es formalmente el proceso de seleccionar, a partir de un conjunto de alternativas posibles, aquella que satisfaga el o los objetivos propuestos, para lo cual, la formulación de un modelo de optimización no es un procedimiento formal, sino un proceso que requiere experiencia y creatividad.

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El uso de la optimización formalmente se vio reflejada desde la segunda guerra mundial, sin embargo, fue en la revolución industrial donde formalmente se empieza a aplicar este término tanto en las industrias, como en otros sectores, esto debido a que estas entidades se hicieron más complejas, es decir, que la mayoría de procesos dejaron de producirse de la forma artesanal y pasaron a una producción a gran escala; sin embargo, al ejercer este proceso existieron varios inconvenientes; uno de los más notorios fue la falta de equipos con la capacidad necesaria que se requiere la producción industrial; es aquí en donde se empiezan a ver los primeros avances en la ingeniería química ya que se empieza a pensar en solucionar problemas a gran escala como lo exponen Caicedo, Rodríguez y Duran (2000), asimismo, la revolución industrial también facilitó que los investigadores de operaciones tuvieran la oportunidad de solucionar problemas complejos, y esto a su vez permitiría el progreso de diferentes métodos como el simplex y la programación haciendo de esta manera todo más económico y eficiente tal como lo expone González (2014). Un problema de optimización intenta maximizar o minimizar una característica global de un proceso como tiempo transcurrido o costos, explorando los grados de libertad bajo ciertas restricciones como lo expone Kallrath (2000), para lograr la solución de un problema de optimización, es necesario basarse en la intuición y el desarrollo de heurísticas, por este motivo, la optimización tiene un orden jerárquico, Gomes (2007); El primer nivel consta de la planificación estratégica, en la cual se determinan las oportunidades y prioridades, teniendo en cuenta la estrategia, las tendencias del mercado, legislación, entre otros; esto con el fin de optimizar recursos económicos aumentando la utilidad de la empresa. El segundo nivel es la planeación de la producción, en donde se tratan los objetivos económicos que se encuentran integrados en el proceso de producción, tales como la logística, distribución, entre otros; en este nivel, se basan en modelos lineales simplificados debido a la complejidad de los procesos, por ejemplo Friedman (1995) expone que la optimización debe ser de toda la planta,

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debido a que de no hacerlo, solo se estaría tomando en cuenta un subconjunto del problema y no se proporciona una respuesta válida. El tercer nivel es la programación de la producción, cuyo objetivo es generar una programación de la producción viable para las operaciones que satisfaga las demandas del tiempo y reduzca el almacenamiento de las materias primas (…) en este nivel, las herramientas disponibles comercialmente se basan en ecuaciones complejas que pueden ser lineales o no, además involucran variables continuas de forma simultánea. El cuarto nivel trata de la optimización de unidades de proceso, el cual se enfoca en la obtención de un valor apropiado para las variables de operación, el cual proporcione un máximo rendimiento económico del proceso, este nivel se encuentra el sistema de optimización en tiempo real y su objetivo es operar las plantas lo más cerca a las condiciones óptimas de operación. Finalmente, el quinto nivel es el control de proceso, en el cual se encuentran los puntos óptimos de operación del nivel cuarto, ya que tienen que ser implementados en el proceso, sin embargo, esta implementación no puede ser instantánea debido a que se pueden producir oscilaciones indeseables e inestabilidad en el proceso Como cita Acevedo (2015). Como dice De Prada (2004) “El interés en la optimización, cada vez se va centrando en los problemas de planta completa, en los que intervienen la dinámica combinada de muchas unidades de proceso que interaccionan, lo lógico es escoger estos de acuerdo a algún criterio de optimización que tenga en cuenta los costes y respete las calidades y otros factores de producción”, esto con el fin de que exista un modelo coherente con el control y el proceso, el cual facilite la optimización de este. En conclusión, diversos factores hacen que los procesos productivos cambien y asi mismo se vea la necesidad de optimizarlos, en estos se incluyen la creciente demanda de productos, el gran nivel de competencia que hay a nivel mundial, además del agotamiento de recursos naturales, por sobre-explotación y la creciente demanda de productos para satisfacer las necesidades de la población mundial.

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Por lo tanto la optimización de procesos se ira transformando y mejorando a medida que pasa el tiempo, siempre estará presente en los procesos de una planta llevándola al punto donde se genere la mayor utilidad posible, debido a que permite principalmente el aumento de ganancias; ya sea disminuyendo costos de operación , modificando tiempos de producción, entre otros factores: para esto se han creado diferentes software capaces de permitir la simulación de un proceso con el fin de poder modificar variables y ver hasta qué punto se puede mejorar el proceso, para lograr este objetivo a lo largo del tiempo se han venido modificando dichos software, sin embargo, aunque la simulación este perfecta en el programa, siempre es necesario probarla a escala laboratorio y planta piloto antes de implementarla a nivel industrial, debido a, que pueden existir variables que no hayan sido tomadas en cuenta, capaces de alterar el proceso y producir pérdidas en las empresas e incluso accidentes, sin embargo, las organizaciones que no están dispuestas a optimizar sus procesos están destinadas al fracaso; ya que en el mundo actual las únicas empresas que salen a flote son aquellas que están en mejora continua y son capaces de mejorar efectivamente la calidad y eficiencia de las mismas. Referencias Acevedo, Álvaro (2015). La importancia de la optimización en la industria. São Paulo: Virtual Pro, 1-3. Caicedo, Luis. Rodríguez, Gerardo. Durán, Armando (2000). Las matemáticas y la ingeniería química, una relación sinérgica. Bogotá: Ingeniería e Investigación, 1. De Prada, Cesar (2004). El futuro del control de procesos. Burgos: Universidad de Valladoild, 6. González, Néstor (2014). Investigación de operaciones. Bogotá: Virtual Pro, 1-3. Jiménez, Arturo. (2003). Diseño de procesos en ingeniería química. Guanajuato: Reverté, S.A, 80.

NECESIDAD DE LA OPTIMIZACIÓN EN LA INGENIERÍA QUÍMICA Kallarath, J. (2000). Mixed integer optimization in the chemical process industry. Ludwigshafen: Trans IChemE, 1 Scenna, Nicolás. (1999). Modelado y simulación de procesos químicos. Córdoba: Universidad Técnologica Nacional, 435

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