Cartel presentado en el congreso de química, bioquímica y agricultura 2015 en la Universidad Autónoma de Guadalajara

1. Software libre para investigación y educación en
ingeniería química: GNU Octave y Scilab
Andrés Martínez Oswaldo*, Padilla de la Rosa José Daniel* · Octubre 2015
*
Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco. oswal.andres@hotmail.com
Introducción
Parte del currículum del ingeniero químico es el uso de software para resolver distintos tipos de problemas, como aquellos que involucran cálculo numérico. Para
ello existen paquetes tales como Mathcad, MAPLE, Mathematica y MATLAB, que pertenecen a la categoría de software “privativo”. Algunas desventajas de este
software son el alto costo y las restricciones de las licencias, asi como la dependencia que genera en el usuario hacia el lenguaje de programación [1].
Afortunadamente existe el software “libre”, que le proporciona al usuario la libertad de ejecutar para cualquier propósito, copiar, distribuir, estudiar y
mejorar el software; el acceso al código fuente es condición indispensable para esto [2]. Dos ejemplos de software libre son GNU Octave y Scilab, que
además de ser gratuitos, poseen capacidades suficientes para ser alternativas factibles al software privativo. El objetivo de este trabajo es demostrar
cómo GNU Octave y Scilab pueden ser usados para resolver distintos problemas en ingeniería química, que van desde lo didáctico a lo aplicado.
Metodología
En la siguiente tabla se resumen las características principales de tres problemas resueltos en GNU Octave y en Scilab.
Problema de ejemplo Ecuación principal Estrategias numéricas
Funciones principales usadas
Octave 4.0.0 Scilab 5.5.2
Destilación binaria:
Líneas de operación Cálculo de raíces fzero fsolve
Método de McCabe-Thiele
Cinética de extracción de cafeína [3] dx
dt = Ax Matriz exponencial (x (0)exp(At)),
expm, trapz expm, inttrap
matriz esparcida e integración numérica
Absorción de propileno: ∂ψ
∂t = D
∂2
ψ
∂z2
Discretización, Runge-kutta
spalloc, ode45 sparse, ode
Ecuación de difusión [4] (dx
dt = Ax+B) y matrices esparcidas
GNU Octave
Scilab
Resultados
Las figuras siguientes muestran que en ambos paquetes se obtienen las mismas soluciones a los problemas abordados. McCabe-Thiele calcula el número de
etapas de destilación. En la gráfica de la cinética de cafeína se observa cómo se almacena una matriz esparcida. La solución de la ecuación de difusión se puede
representar en tres dimensiones. Los resultados de los problemas aplicados coinciden con aquellos de su respectivo autor.
GNU Octave
Método de McCabe-Thiele
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Fraccion mol del clave ligero en el liquido
Fraccionmoldelclaveligeroenelvapor
Metodo de McCabe-Thiele: Calculo del numero de etapas de equlibrio
Cinética de extracción de cafeína
0 1 2 3 4 5 6
1
2
3
4
5
6
7
Tiempo (h)
<c>_!etamgcafeina/cm^3
Evolucion de la cafeina en el grano de cafe!durante la extraccion por conveccion forzada
0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
Matriz A
Absorción de propileno
Scilab
Método de McCabe-Thiele Cinética de extracción de cafeína Absorción de propileno
Conclusiones
Los tres problemas de ejemplo se resolvieron eficientemente en GNU Octave y Scilab. Las capacidades de ambos lenguajes los convierten en una alternativa
factible y económica al software privativo en ingeniería química, tanto para resolver problemas como para presentar resultados que involucran cálculo numérico.
Referencias y material suplementario
[1] Free Software Foundation: http://www.fsf.org/
[2] Stallman, R.M, (2004). “Software libre para una sociedad libre”. Traficantes de Sueños, 59-60.
[3] Espinoza-Pérez J.D., Vargas A., Robles-Olvera V.J., Rodríguez-Jimenes G.C., García-Alvarado M.A., (2007). “Mathematical modeling of
caffeine kinetic during solid–liquid extraction of coffee beans”. Journal of Food Engineering 81, 72–78.
[4] Azizi, S., Kargari, A., Kaghazchi, T., (2014). “Experimental and theoretical investigation of molecular diffusion coefficient of propylene
in NMP”. Chemical Engineering Research and Design 92, 1201-1209. Descarga los archivos