DESARROLLO DE UN SOFTWARE PARA REALIZAR...

DESARROLLO DE UN SOFTWARE PARA REALIZAR CÁLCULOS EN PROCESOS DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO

ALEXANDER BALDIRIS DE ARCO

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA, ARTE Y DISEÑO

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA CARTAGENA D.T. Y C.

2012


ALEXANDER BALDIRIS DE ARCO Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero

Químico.

Directores KATIA PATERNINA PALACIO

Ingeniera de Sistemas ADALBERTO MATUTE THOWINSON

Ingeniero Químico

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA, ARTE Y DISEÑO

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA CARTAGENA D.T. Y C.

2012

DEDICATORIA

Este trabajo de grado está dedicado a Dios, por haberme permitido llegar hasta este punto, y bendecido con salud para lograr mis objetivos. A la memoria de mi abuelo Marcial Q.E.P.D. Por haberme infundido la fortaleza, perseverancia, constancia y superación que lo caracterizaba. A mi madre Gloria. Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor. A mi hermana Leydy Que es la persona a que tengo que ser un ejemplo a seguir como hermano mayor. A mi novia Que ha estado a mi lado dándome cariño, confianza y apoyo incondicional para seguir adelante y cumplir otra etapa en mi vida. A mis maestros Por su apoyo ofrecido en este trabajo y por impulsar el desarrollo de mi formación profesional. A mis amigos Por su gran apoyo y motivación para la culminación de mi estudio profesional y para la elaboración de este trabajo de grado.

ALEXANDER BALDIRIS DE ARCO

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios por bendecirme con el milagro de la vida y brindarme la oportunidad de seguir adelante. A la Universidad de San Buenaventura seccional Cartagena por hacerme una persona más integra. A los distinguidos docentes quienes con su profesionalismo y ética, han puesto en manifiesto sus conocimientos y experiencias que me servirán para ser una persona útil a la sociedad. A los profesores Katia Paternina, Adalberto Matute, Vicente Vargas, Rodrigo Ricardo y Eduardo Sánchez, quienes con su experiencia como docente, han sido la guía idónea durante el proceso que ha llevado el realizar este trabajo de grado, brindarme el tiempo necesario y la información para que este proyecto llegara a ser felizmente culminado.

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CONTENIDO

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 12 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................. 12 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................................................................. 13 1.3 JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 13

1.4 OBJETIVOS ..................................................................................................... 16 1.4.1 Objetivo general ............................................................................................ 16 1.4.2 Objetivos específicos .................................................................................... 16

2. MARCOS DE REFERENCIA ............................................................................. 17 2.1. MARCO HISTÓRICO ...................................................................................... 17 2.2. MARCO INVESTIGATIVO .............................................................................. 19

2.3. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 20 2.3.1 Generalidades del Proceso de Extracción Líquido - Líquido......................... 20 2.3.2 Fundamentos del Proceso de Extracción Líquido - Líquido .......................... 21

2.3.3 Diagramas de equilibrio ternario. .................................................................. 22 2.3.4 Cálculo de operaciones de extracción. ......................................................... 23

2.3.5 Interpolación Gráfica en el Diagrama Triangular ........................................... 24 2.3.6 Contacto Sencillo Discontinuo ...................................................................... 25 2.3.7 Contacto Múltiple en Corriente Directa ......................................................... 27

2.3.8 Contacto Múltiple en Contracorriente ............................................................ 28

2.3.9 Contacto Múltiple en Contracorriente con Reflujo ......................................... 29 2.3.10 Metodologías Ágiles .................................................................................... 30 2.3.10.1 El Manifiesto Ágil. .................................................................................... 30

2.3.11 Programación Extrema XP (Extreme Programming) .................................. 32 2.3.12 Ciclo de Vida en XP .................................................................................... 33 2.3.12.1 Fase de la exploración. ............................................................................ 34

2.3.12.2 Fase del planeamiento. ............................................................................ 34 2.3.12.3 Fase de producción. ................................................................................ 34 2.3.12.4 Fase de mantenimiento. ........................................................................... 34 2.3.12.5 Fase de muerte. ....................................................................................... 35

2.3.13 Roles XP ..................................................................................................... 35 2.3.14 Proceso XP ................................................................................................. 35 2.3.15 Prácticas XP ............................................................................................... 36

2.3.16 Graph .......................................................................................................... 38 2.4. MARCO LEGAL .............................................................................................. 39 2.5. MARCO CONCEPTUAL ................................................................................. 40 3. DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................... 42

3.1. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN .............................................................. 42 3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN .................................................................. 42 3.3. TIPO DE INVESTIGACIÓN ............................................................................. 42 3.4. POBLACIÓN Y MUESTRA ............................................................................. 43

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3.5. TÉCNICA DE LA RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN ............................ 43 3.5.1 Fuentes Primarias ......................................................................................... 43 3.5.2 Instrumentos ................................................................................................. 43 3.5.3. Fuentes Secundarias ................................................................................... 43

3.6 HIPÓTESIS DE TRABAJO .............................................................................. 44 3.7 VARIABLES ..................................................................................................... 44 3.8 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ...................................................... 44 3.9 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN .................................................... 45 4. RESULTADOS ................................................................................................... 50

4.1 PROCESO DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO. ..................................... 50 4.1.1 Funciones y Límites del Triángulo Equilátero. .............................................. 50 4.1.2 Funciones y Límites de las Concentraciones. ............................................... 51

4.1.2.1 Conocidos los valores de las concentraciones .......................................... 51 4.1.2.2 Conocidos los valores de x y y. .................................................................. 51

4.1.3 Curva de Extracto, Refinado e Iteración y Líneas de Reparto. ..................... 52

4.1.4 Intercepto entre funciones ............................................................................. 53 4.1.5 Ecuaciones del Método de Contacto Sencillo (Discontinuo) ......................... 54 4.1.6 Ecuaciones del Método de Contacto Múltiple en Corriente Directa (Continuo - Discontinuo) ........................................................................................................... 56 4.1.7 Ecuaciones del Método de Contacto Múltiple en Contracorriente (Continuo) ............................................................................................................................... 59 4.1.8 Ecuaciones del Método de Contacto Múltiple en Contracorriente con Reflujo (Continuo) .............................................................................................................. 60

4.2 Ciclo de vida del Proyecto de la Aplicación de escritorio DISOLVEXT. ........... 60

4.2.1 Fase de la Exploración.................................................................................. 60 4.2.2 Fase de Planeamiento. ................................................................................. 64 4.2.2.1 Resultados de la prueba de aceptación 001 .............................................. 67

4.2.2.2 Resultados de la prueba de aceptación 002 .............................................. 71 4.2.2.2.1 Planteamiento del Problema 7,5 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 129. ................................................ 71

4.2.2.2.2 Planteamiento del Problema 7.6 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 131. ................................................ 72 4.2.2.3 Resultados de la prueba de aceptación 003 .............................................. 75 4.2.2.3.1 Planteamiento del Problema 7.9 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 143. ................................................ 75 4.2.2.3.2 Planteamiento del Problema 7.11 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 150. ................................................ 77

4.2.2.4 Resultados de la prueba de aceptación 004 .............................................. 81 4.2.2.4.1 Planteamiento del Problema 7.17 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 165. ................................................ 81 4.2.2.4.2 Planteamiento del Problema 7.18 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 168. ................................................ 81 4.2.3 Fase de Producción. ..................................................................................... 82 4.2.4 Fase de Mantenimiento................................................................................. 82 4.2.5 Fase de Muerte. ............................................................................................ 82

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4.3 Análisis General de los Resultados ................................................................. 83 5. CONCLUSIÓN ................................................................................................... 87 6. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 89 REFERENCIAS

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LISTA DE FIGURAS

Pág. Figura 1. Esquema idealizado de una operación líquido - líquido………………… 21 Figura 2. Diagrama de equilibrio ternario: diagrama triangular equilátero………. 22 Figura 3. Diagrama de equilibrio ternario para un sistema líquido-líquido…….… 23 Figura 4. Empleo de diagramas ternarios para el cálculo de operaciones

de extracción……………………….………………………………………...24 Figura 5. Interpolación gráfica de líneas de interconexión……….……………...… 25 Figura 6. Esquema de Flujo en Contacto Sencillo………………..………… ……... 26 Figura 7. Diagrama Triangular en Contacto Sencillo……………..………………… 26 Figura 8. Esquema de Flujo en Contacto Múltiple en Corriente Directa…………. 27 Figura 9. Diagrama Triangular en Contacto Múltiple en Corriente Directa…….... 27 Figura 10. Esquema de Flujo en Contacto Múltiple en Contracorriente…………. 28 Figura 11. Diagrama Triangular en Contacto Múltiple en Contracorriente………. 28 Figura 12 Esquema de Flujo en Contracorriente con Reflujo…….………………. 29 Figura 13. Diagrama Triangular en Contracorriente con Reflujo…………………. 29 Figura 14: Ciclo de vida de Extreme Programming……………………………….... 33 Figura 15: Refuerzos entre prácticas en XP...…………………………………….… 38 Figura 16. Generación del Triángulo Equilátero………………………………….… 50 Figura 17. Ubicación de punto de concentración en el Triángulo Equilátero…… 52 Figura 18. Clases desarrolladas en la Iteración 1………………………………...... 65 Figura 19. Clases desarrolladas en la Iteración 2………………………………….. 66 Figura 20. Pantalla de Inicio…………………………………………………………... 67 Figura 21. Pantalla del Método de Contacto Sencillo……………………………... 67 Figura 22. Pantalla del Método de Contacto Múltiple en Corriente Directa……... 68 Figura 23. Pantalla del Método de Contacto Múltiple en Contracorriente……...... 68 Figura 24. Pantalla de Resultados en el Diagrama del Triángulo Equilátero.…… 69 Figura 25. Clases desarrolladas en la Iteración 3…………………………….…..… 70 Figura 26. Clases desarrolladas en la Iteración 4…………………………….…….. 74 Figura 27. Clases desarrolladas en la Iteración 5………………………………...… 79

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LISTA DE CUADROS

Pág. Cuadro 1. Operacionalización de Variables………………………………………… 44 Cuadro 2. Modelo propuesto para una historia de usuario…………………...…… 47 Cuadro 3. Modelo propuesto para una prueba de aceptación……………………. 47 Cuadro 4. Modelo propuesto para una tarea de ingeniería……………..….. ……. 48 Cuadro 5. Modelo de tarjeta CRC………………………………………………......... 48 Cuadro 6. Funciones del Triángulo Equilátero…………………………………….... 50 Cuadro 7. Funciones de las concentraciones dado sus valores……………….…. 51 Cuadro 8. Funciones de las concentraciones conocidos x y y..………………..… 52 Cuadro 9. Historia de Usuario 1 (Introducción a los cálculos)..…………………… 60 Cuadro 10. Historia de Usuario 2 (Cálculos de Métodos de Extracción en Contacto Sencillo)………………………………………………………….……….. 61 Cuadro 11. Historia de Usuario 3 (Cálculos de Métodos de Extracción en Contacto Múltiple en Corriente Directa)….………………………………………. 62 Cuadro 12. Historia de Usuario 4 (Cálculos de Métodos de Extracción en Contacto Múltiple en Contracorriente)…………………………………….……… 63 Cuadro 13. Iteración 1…………………………………………………………………. 65 Cuadro 14. Iteración 2………………….…………………………………...…………. 65 Cuadro 15. Prueba de Aceptación 001………………………………………………. 66 Cuadro 16. Iteración 3…………………………………………………………………. 69 Cuadro 17. Prueba de Aceptación 002………………………………………..…….. 70 Cuadro 18. Iteración 4…………………………………………………………………. 74

Cuadro 19. Prueba de Aceptación 003………………………………………………. 75

Cuadro 20. Iteración 5…………………………………………………………………. 78

Cuadro 21. Prueba de Aceptación 004………………………………………………. 80

Cuadro 22. Resultados para el Método de Contacto Sencillo….…………………. 83

Cuadro 23. Resultados para el Método de Contacto Múltiple en Corriente Directa …………………………………...………………………………. 84

Cuadro 24. Resultados para el Método de Contacto Múltiple en Contracorriente…………………………………………..…………………………. 86

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LISTA DE ANEXOS ANEXO A. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ANEXO B. GRÁFICAS DE LOS RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE

ACEPTACIÓN ANEXO C. PRESUPUESTO


1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La Ingeniería Química tiene como principio la aplicación de las ciencias físicas, junto con los principios de economía y relaciones humanas a campos que abarcan en forma directa a los procesos y equipo de procesos industriales en los cuales se trata la materia con el fin modificar su estado, contenido de energía o composición. Cada proceso puede ser cualquier conjunto de etapas que impliquen modificaciones de la composición química o ciertos cambios físicos en el material que se va a preparar, procesar, separar o purificar. Algunas labores de la Ingeniería Química involucran la selección de las etapas adecuadas en el orden apropiado para formular un proceso capaz de conducir a la elaboración de un producto químico, una separación o una purificación. Ya que cada una de las etapas que constituyen un proceso se encuentra sujeto a variaciones, se debe especificar las condiciones exactas bajo las cuales deben llevar a cabo. Una de las operaciones más frecuentes a nivel industrial es la extracción líquido-líquido o extracción con disolvente, que consiste en la separación de los constituyentes de una disolución líquida por contacto con otro líquido inmiscible que preferiblemente disuelve a uno de los constituyentes de la disolución original, dando lugar a la aparición de dos fases liquidas inmiscibles de diferentes densidades. Puesto que existen diferentes métodos para llevar a cabo el contacto entre los flujos de las disoluciones en el proceso de extracción con el fin de obtener un producto óptimo, trae como consecuencia variación en las formas de utilización del diagrama de triángulo equilátero como método gráfico seleccionado en el presente proyecto para la obtención de los cálculos en el diseño del proceso. Debido a que en los métodos gráficos para realizar los cálculos de diseño, con frecuencia los valores numéricos se obtienen por observación y medida, estos valores, por muy cuidadosa que sea la observación y por muy grande que sea la precisión de los sentidos y de los instrumentos de precisión geométrica empleados como en los casos de los curvígrafos, reglas y lupas, vienen siempre afectados por un conjunto de errores que no en todos los casos es posible determinar debido a varias causas de muy diversa naturaleza como lo son: deficiencias de los aparatos de observación, variación de las condiciones ambientales, defectos de los sentidos o distracciones del observador. Si se repite un cierto número de veces

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una observación en la que se trata de determinar el valor de una magnitud, efectuando todas las observaciones con los mismos métodos, aparatos y con el máximo esmero posible, se obtendrán en general resultados distintos en las diferentes observaciones. Se presenta así el problema de definir, partiendo de estos datos de observación, cual ha de tomarse como valor de la magnitud medida, el valor más probable, de modo que el error cometido al tomar dicho valor más probable como medida de la magnitud en cuestión sea el menor posible. En estas circunstancias es necesario efectuar un proceso matemático que permita calcular los valores de las magnitudes de los datos obtenidos en la utilización del método grafico sin necesidad de recurrir a la observación de gráficos para obtener resultados exactos y precisos, ya que los resultados obtenidos en la aplicación de cálculos para el diseño del proceso de extracción utilizando la observación conlleva a grandes desviaciones en las cantidades suministradas en los flujos del proceso y datos de diseño, aumentando su presupuesto económico y disminuyendo su capacidad de operación. De allí que en este proyecto se pretenda desarrollar e implementar un software para la realización de cálculos matemáticos inherentes a la obtención de los valores numéricos relacionados con el proceso de extracción líquido – líquido. Los estudiantes de Ingeniería Química, Ingeniería de Procesos y estudiantes de áreas a fines que en su etapa de aprendizaje abarcan la operación unitaria referente al proceso de extracción líquido – líquido, presentan inconvenientes adicionales al momento de recibir el fundamento teórico concerniente al tema por la falta de una herramienta didáctica que represente la abstracción teórica y sea reflejada a la realidad; además, de dedicar largos periodos de tiempo en tratar de resolver los problemas relacionados a los distintos métodos para el cálculo de extracción con disolvente independientemente del grado de complejidad, que imposibilita la investigación, progreso y evolución de otros posibles escenarios referentes al tema de extracción con disolvente. 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Qué aspectos técnicos y conceptuales se deben tener cuenta para el desarrollo e implementación de un software que facilite la realización de cálculos inherentes en al proceso de extracción líquido – líquido a los estudiantes de los programas de Ingeniería Química, Ingeniería de Procesos y estudiantes de áreas a fines?

1.3 JUSTIFICACIÓN Las razones que motivaron la selección del tema parte del hecho de que en las salas de informática de la Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena

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no cuenta con una herramienta computacional para llevar a cabo los cálculos del proceso de extracción con disolvente que permitan hacer seguimiento a los procedimientos realizados para la obtención de resultados, además de colocar en práctica los conocimientos adquiridos durante la carrera de Ingeniería Química al igual que en Análisis y Desarrollo de Sistemas de Información, teniendo en cuenta aportes de cursos y títulos obtenidos en el transcurso de la carrera, como en los casos de Operaciones Unitarias, Análisis y Desarrollo de Sistemas y Metodología de la Investigación, con el fin que el proyecto se realice de tal forma que garantice su óptimo funcionamiento y motive a estudiantes y docentes del programa de Ingeniería Química a utilizar dicha aplicación, que se basa en los conocimientos adquiridos sobre el tema de extracción por disolvente y en estándares de desarrollo de software, generando informes del proyecto para fines de patentar la aplicación y documentar su funcionamiento. Además de suministrar el estudio de gran importancia para los estudiantes, ya que les permitirá aplicar las nociones adquiridas durante sus años de formación en la universidad, así como también adquirir destreza en el área laboral, para posteriormente emplear estos conocimientos teórico – prácticos en experiencias futuras. La Ingeniería de Procesos se fundamenta en las temáticas de los procesos industriales en lo que las materias primas se transforman o separan en productos útiles, donde paralelamente el trabajo como Ingeniero Químico lleva a realizar actividades en las áreas donde se tiene que desarrollar, diseñar y llevar a cabo el proceso, así como la responsabilidad de seleccionar el equipo utilizado en el mismo. Debido a estos fundamentos temáticos, como Ingenieros Químicos se demanda la agilidad, destreza, eficacia, eficiencia, precisión y exactitud de los datos y parámetros utilizados en los procesos con el fin de garantizar su funcionamiento y su buen rendimiento. Dentro de los procesos más utilizados en la carrera de Ingeniería Química se encuentra la operación de extracción con disolvente, que a pesar de los conocimientos y agilidad en el tema, se tardan horas para realizar los cálculos pertinentes al proceso, partiendo de la inexistencia de las herramientas adecuadas para la realización y aplicación de los métodos gráficos utilizados con el fin de obtener exactos que permitan desarrollar, diseñar y llevar a cabo la temática expuesta. La realización del proyecto es importante para los estudiantes y docentes en el área de Ingeniería Química ya que favorece en el ahorro de tiempo y obtención de datos reales de los datos leídos de los gráficos utilizados en el método de solución de problemas relacionados con el proceso de extracción, mejorando la información necesaria para las condiciones del proceso, así como en el diseño de dispositivos para que éste se lleve a cabo, permitiendo las posibilidad a los estudiantes y docentes poder profundizar más acerca del tema debido a la reducción significativa de tiempo utilizado en los cálculos del proceso que pasa de horas a tiempos no superiores de diez minutos. Teniendo en cuenta que a nivel de mercado existen herramientas ofimáticas informáticas que demandan grandes cantidades de tiempo y conocimiento para poder llevar realizar los cálculos, sin

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garantizar que los resultados sean reales dado que los métodos utilizados por la herramienta son desconocidos y aplicados con otro propósito. Existen otras herramientas informáticas especializadas que permiten realizar los cálculos implicados en la extracción con disolvente, partiendo que no se tiene conocimiento sobre los cálculos realizados por el programa utilizado para la obtención de los resultados que al final arrojan valores que generan cierta desconfianza y desvían los criterios obtenidos durante los cursos. De igual manera que las herramientas ofimáticas, demandan un alto grado de conocimiento, tiempo en el manejo y aprendizaje de la aplicación, sin omitir que económicamente el licenciamiento de estas herramientas es de alto coste. Es primordial destacar que el aporte de esta investigación es de carácter práctico, es decir, dará solución a la falta de un medio efectivo de información acerca de futuros proyectos que se desee realizar en los temas de extracción con disolvente como en los casos de diseño de operación, diseño de equipos y simulación de proceso, lo que permitirá a los estudiantes y docentes realizar modificaciones en sus procesos para mejorar la eficiencia del mismo en la aplicación de casos reales tanto en su cotidianidad como en el campo laboral. Este proyecto es pertinente porque según lo planteado en el Proyecto Educativo Bonaventuriano (PEB), la Universidad de San Buenaventura desarrolla la investigación a través de dos modalidades que fomenta el desarrollo de nuevos conocimientos y nuevas tecnologías donde establece que la investigación es una actividad presente en todas las áreas del saber que posibilita la formación de docentes y estudiantes, el desarrollo en ciencia y tecnología y en las disciplinas sociales, humanas y artísticas, el conocimiento, interpretación y solución de los problemas de la sociedad. La investigación se desarrolla a través de dos modalidades: la investigación formativa y la investigación básica y aplicada, además que la investigación formativa fomenta la interdisciplinariedad y la transdisciplinariedad, incorporando en las actividades de formación procesos que desarrollen actitudes, capacidades y operaciones intelectuales para inferir, deducir y elaborar conceptos. Forma para la indagación metódica, la reapropiación del conocimiento y la autoformación, para la aplicación de principios científicos y el pensamiento propio y creativo. Hace énfasis en el conocimiento, manejo y revisión permanente de los métodos de investigación y también se estipula que: “La investigación básica y aplicada que se orienta a producir nuevos conocimientos, a comprobar aquellos que forman parte del saber y de las actividades del hombre referidos a contextos específicos, a facilitar el proceso pedagógico y al desarrollo de la ciencia y la tecnología”1.

1 PROYECTO EDUCATIVO BONAVENTURIANO. Universidad de San Buenaventura, Primera

Edición, Bogotá, D. C., Colombia: Editorial Bonaventuriana 2007 110p. ISBN 958-00000-00. p. 62.

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Por otra parte, la elaboración de este proyecto, contribuirá a la Universidad de San Buenaventura una herramienta computacional que ayuda al desarrollo de nuevas tecnologías y conocimientos a través de sus investigaciones. Además permitirá a sus estudiantes tener una mayor noción sobre el tipo de datos que se manejan en condiciones reales de operación, e incentivarlos a crear sus propios recursos, así cuando estén laborando tenga una pequeña experiencia en dar soluciones a problemas prácticos de las empresas actuales. Por último, cabe mencionar que este proyecto es factible ya que el investigador cuenta con los recursos humanos, técnicos, tecnológicos y económicos para llevar a cabo todos los requerimientos que implica la elaboración de la investigación, es decir, es un proyecto real y viable que conduce a alcanzar los objetivos a tiempo y dentro del presupuesto. 1.4 OBJETIVOS 1.4.1 Objetivo general

Desarrollar e implementar un software que permita la realización de los cálculos inherentes al proceso de extracción líquido-líquido para mezclas ternarias, aplicando la metodología XP (Programación Extrema) para el desarrollo de software y utilizando el lenguaje de programación Java con el software Graph para despliegue de puntos y funciones. 1.4.2 Objetivos específicos Escoger sistemas de mezclas ternarias para cálculos de operaciones de extracción Seleccionar modelos matemáticos y geométricos para obtención de datos referentes al método del diagrama del triángulo equilátero. Aplicar el modelado y estándares para el desarrollo de software establecidos por la metodología XP. Validar la aplicación para corroborar su funcionamiento y aplicación. Elaborar de manual del usuario que facilite el manejo, oriente al usuario y motive al uso de la aplicación.

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2. MARCOS DE REFERENCIA 2.1. MARCO HISTÓRICO Un primer y fundamental intento reformista fue llevado a cabo por Arthur D. Little en 1915 cuando presentó al “Massachusetts Institute of Technology” (MIT) su concepto de "Operación Unitaria", el cual en su parte medular decía lo siguiente: "Cualquier proceso químico, cualquiera sea su escala, puede ser resuelto en una serie coordinada de lo que podría ser denominado "acciones unitarias", tales como pulverización, mezclado, calentamiento, absorción, precipitación, cristalización, filtración, disolución y así sucesivamente. También decía que "La capacidad de satisfacer amplia y adecuadamente las demandas de la profesión Ingeniería Química puede ser alcanzada solamente a través del análisis de los procesos en acciones unitarias tal como ellas son realizadas en escala comercial bajo las condiciones impuestas por la práctica"2. La búsqueda y utilización de métodos gráficos y ecuaciones que ayuden a la obtención de datos que permitan calcular el número de etapas, composiciones y cantidades de materia en la operación unitaria de extracción líquido – líquido que se aproximen a los atributos reales, data de 1922 cuando fue aprobada la epistemología de la Ingeniería Química que hacía parte del informe que A. D. Little presentó en 1915 al MIT., y muchos autores proponen metodologías para la obtención de resultados aproximados en el proceso donde cabría citar a Kurt Alders, Frank Sherwood Rowland, E Janecke, Tarasenkow y Pulsen3 quienes han desarrollado métodos gráficos para simplificar la obtención de respuestas. En 1957 se publica el libro “Extracción en Fase Líquida” por el profesor Robert E Treybal el cual se realiza un compendio de fundamentos y métodos expuestos por científicos de la época que buscan solucionar de forma analítica y descriptiva los fenómenos relacionados con la operación unitaria de Extracción Líquido – Líquido, mostrando las diversas ciencias que hacen uso de métodos gráficos, balances de materia, balances de componentes, balances de energía como herramientas básicas para poder ajustar datos y compararlos con los obtenidos en la vida práctica4. Desde 1983 a la actualidad se ha visto de la acelerada marcha de la microelectrónica, la sociedad industrial se ha dado a la tarea de poner también a esa altura el desarrollo del software y los sistemas con que se manejan las computadoras, utilizadas como herramientas para la simulación, realización de

2 ZUNINO, Miguel. Ingeniería Química Notas Sobre su Origen y Evolución. 25/09/2011.

http://www.aiqu.org.uy/historia/Evolucion.htm 3 OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p. 125.

4 TREYBAL, Robert E. Extracción en Fase Líquida, Edición 2. p. 5.

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cálculos complejos entre otras funcionalidades, permitiendo resolver eficazmente problemas inherentes a los procesos de extracción líquido - líquido. Actualmente estamos inmersos ya en la Quinta Generación (1983 a la actualidad) de computadoras, ahora avanza la ciencia de la computación en el desarrollo del software y sistemas operativos más afables con el usuario de la computadora. Hoy en día con el fin de predecir el comportamiento de los procesos de extracción, ya sea mejorando o simplemente se utilizan los métodos propuestos para tratar de obtener una aproximación de los datos y poder controlar o mejorar sistemas reales en la industria del proceso de Extracción Líquido-Líquido haciendo uso de las computadoras, donde se disponen software especializados para la realización de cálculos pertinentes al proceso anteriormente presentado. En 1981 nace la empresa ASPEN, quien muestra como elemento central de Aspen ONE AspenTechTM (2011) aplicaciones de ingeniería la librería de ASPEN HYSYS como una herramienta de proceso líder en el mercado de modelado para el diseño conceptual, la optimización, planificación empresarial, gestión de activos y la supervisión del rendimiento para la producción de petróleo y gas, procesamiento de gas, refinación de petróleo, y las industrias de separación de aire.5

En 1988 CHEMSEPTM desarrolla un software para la simulación de procesos de destilación, absorción y extracción. ChemSep integra cálculos de flash, modelo clásico de columna en la fase equilibrio y modelos de no equilibrio “base-porción”, un programa fácil de usar. ChemSep GUI permite simular cualquier problema en minutos y exportar resultados en una gran variedad de formatos, hoja de cálculo, texto, y HTML.6 La empresa JOUVEN desarrolla en el año 2005 el software AZPROCEDETM

que es un conjunto de simuladores en tiempo real de un sinnúmero de operaciones de interés para los ingenieros químicos, profesores y estudiantes. Las mismas incluyen flujo de fluidos, intercambio de calor, destilación, etc.7 Estos programas permiten simular, obtener valores numéricos y hasta generar diagramas de flujo de una operación unitaria utilizado en el campo de la Ingeniería Química, pero no están en la capacidad de mostrar el procedimiento utilizado para obtener los resultados mostrados, impidiendo a los estudiantes la enseñanza y la credibilidad de los resultados. 5 ASPEN HYSYS, Simulation Basis. 15/09/2011.

http://www.ualberta.ca/CMENG/che312/F06ChE416/HysysDocs/AspenHYSYSSimulationBasis.pdf 6 CHEMSEP. 14/09/2011. http://www.chemsep.org/book/index.html

7 AZPROCEDE. 16/09/2011. http://www.azprocede.fr/index_spa.html

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2.2. MARCO INVESTIGATIVO La enseñanza de una gran gama de conocimientos técnicos, tanto teóricos como prácticos, tal cual lo exige el estudio de la ingeniería, y más específicamente, de la ingeniería química, plantea la creciente necesidad de modificar y redimensionar la base estructural de los métodos de enseñanza aprovechando el desarrollo tecnológico actual. En este aspecto, el computador juega un papel protagónico como precursor del cambio requerido al ampliar de manera prácticamente ilimitada las posibilidades de difundir una gran cantidad de información. Por lo tanto, el computador debe convertirse en una herramienta al servicio del aprendizaje tanto de docentes como de estudiantes (Galvis, 1997). Hasta ahora en Ingeniería Química se ha usado el computador como una potente herramienta de cálculo, y su mayor aplicación ha sido en el campo de la simulación de procesos. El programa ASPEN Plus® es una muestra fehaciente de este hecho en la Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena. Una de las herramientas computacionales más usadas por los ingenieros químicos son las hojas de cálculo. Varios libros se han escrito sobre el uso de Microsoft Excel en ciencia e ingeniería, sin embargo estudios recientes sugieren que quizá no es la mejor alternativa para usos científicos o ingeniería. No obstante, se ha desaprovechado el potencial educativo de la informática para mejorar la enseñanza y obtener así un sistema educativo mucho más completo e integral. La inclusión de animaciones, fotografías o un video realista puede activar los sentidos de manera que se amplíe la posibilidad de fijar mayor cantidad de información en una sola sesión de clase. Tomando conciencia de la importancia del uso del computador como herramienta de apoyo en la enseñanza, se decidió la realización de un programa que reuniera de manera sistemática y organizada toda la información sobre la operación unitaria de extracción líquido–líquido básica en la formación de un ingeniero químico Para la realización de cálculos inherentes al proceso de extracción con disolvente independientemente del método a calcular, implica al estudiante crear el diagrama del triángulo equilátero utilizando como mínimo herramientas de medición y de observación tales como reglas, escuadras, curvígrafo y lupa para generar un triángulo equilátero aproximado en papel, donde posteriormente debe ubicar los puntos de la curva binodal, trazar la curva binodal, trazar líneas de reparto he interpolar la curva de iteración, lo cual demanda tiempo valioso, esfuerzo y desgasto cognitivo solo para la realización del diagrama, haciendo que este proceso de creación del diagrama sea ineficiente, ineficaz y poco dinámico para una clase sobre el tema de extracción líquido – líquido.

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2.3. MARCO TEÓRICO 2.3.1 Generalidades del Proceso de Extracción Líquido - Líquido El estudio del proceso de extracción líquido-líquido de sistemas binarios es de gran importancia para los procesos industriales de extracción en fase líquida, la cual requiere que los disolventes elegidos sean no tóxicos para el proceso, más eficientes, más económicos, menos corrosivos y más selectivos. Por esta razón es indispensable contar con datos confiables en los cálculos inherentes al proceso de extracción. La extracción líquido-líquido, también se conoce como extracción con disolventes, consiste en la separación de los componentes de una solución líquida por contacto con otro líquido parcialmente insoluble. Si las sustancias que componen la solución original se distribuyen de manera distinta entre las dos fases líquidas, se puede lograr cierto grado de separación, que puede incrementarse mediante el uso de contactos múltiples. En todas las operaciones de este tipo, la solución que se va a extraer se llama alimentación y disolvente el líquido con el cual se pone en contacto la alimentación. El producto de la operación rico en disolvente se llama extracto; el líquido residual de donde se separó el soluto es el refinado. Las aplicaciones de la extracción líquida se clasifican en varias categorías, en aquellas aplicaciones en que la extracción está en competencia directa con otros métodos de separación y aquellas aplicaciones en que es el único método adecuado para separar. Si se compara con otras operaciones de transferencia de masa, en la extracción líquida los costos relativos son importantes. La destilación y la evaporación son métodos directos de separación; los productos obtenidos están formados básicamente de sustancias puras. Por otra parte, la extracción líquida produce nuevas soluciones, que a su vez deben separarse, usualmente por destilación o evaporación. Particularmente para las soluciones más diluidas en las que el agua debe evaporarse por destilación, la extracción es más económica; especialmente, porque el calor de evaporación de la mayoría de los disolventes orgánicos es sustancialmente menor que el del agua. La extracción también puede ser una alternativa aconsejable frente a la destilación a vacío, a temperaturas muy bajas, para evitar la descomposición térmica. La extracción líquida que no provoca gastos químicos o eliminación de subproductos, puede ser menos costosa, en el caso de la extracción líquida los componentes principales de las dos fases son muy distintos químicamente; por esto, son posibles las separaciones de acuerdo con el tipo químico.

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La extracción supone el uso de sistemas compuesto por tres sustancias cuando menos; aunque las fases insolubles son predominantemente muy distintas desde el punto de vista químico, en la mayoría de los casos los tres componentes presentan cierto grado de miscibilidad parcial. La clave de un proceso eficaz reside en la posibilidad de disponer de un disolvente adecuado. Además de no tóxico, económico y fácilmente recuperable, un buen disolvente deberá ser relativamente inmiscible con los componentes de la alimentación diferentes del soluto y poseer diferente densidad.8 2.3.2 Fundamentos del Proceso de Extracción Líquido - Líquido La extracción líquido-líquido es, junto a la destilación, la operación básica más importante en la separación de mezclas homogéneas líquidas. Consiste en separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases líquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal de materia transferida. En una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a la disolución cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al líquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentación ya tratada y extracto a la disolución con el soluto recuperado. En la Figura 1 se muestra un esquema de las corrientes implicadas en la operación. Figura 1. Esquema idealizado de una operación de extracción líquido-líquido.

Fuente: Universidad Autónoma de Madrid. Área de Ing. Química. Extracción Líquido – Líquido.

8 CORTÉS RAMOS, Juan Hernando. Estudio del Equilibrio Líquido-Líquido de sistemas ternarios

formados por: Parafina+Aromático+N-Formilmorfolina y mezcla de disolventes que incluye a N-Formilmorfolina. Antecedentes. Cholula, Puebla, México a 11 de Mayo de 2007

22

2.3.3 Diagramas de equilibrio ternario. En el diseño de una operación de extracción líquido-líquido suele considerarse que el refinado y el extracto se encuentran equilibrio. Los datos de equilibrio que deberán manejarse serán como mínimo los correspondientes a un sistema ternario (dos disolventes y un soluto), con dos de los componentes inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí. Una de las formas más habituales de recoger los datos de equilibrio en sistemas ternarios son los diagramas triangulares. En la Figura 2 se muestra un diagrama triangular equilátero. Los vértices del triángulo representan compuestos puros, un punto sobre un lado correspondería a una mezcla binaria y un punto en el interior del triángulo representaría una mezcla ternaria. La composición de una mezcla puede determinarse por lectura directa en el diagrama, tal como muestra la Figura 2. La concentración de los componentes en el diagrama se muestra como fracción molar o fracción másica. Figura 2. Diagrama de equilibrio ternario: diagrama triangular equilátero.


En los sistemas de interés para la extracción líquido-líquido los dos disolventes implicados son inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí. Es decir, su mezcla en las proporciones adecuadas puede dar lugar a la formación de dos fases. Además, la presencia de un soluto modifica la solubilidad de un disolvente en otro.

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Para representar este comportamiento, y poder conocer si a una determinada mezcla le corresponden una o dos fases, los diagramas triangulares líquido-líquido presentan la denominada curva binodal o de solubilidad (Figura 3). Una mezcla representada por un punto situado por encima de la curva binodal estará constituida por una sola fase. Por el contrario, a una mezcla situada por debajo de la curva binodal le corresponden dos fases. Las dos fases en equilibrio se encuentran ligadas por una recta de reparto. La recta de reparto pasa por el punto mezcla y sus extremos sobre la curva binodal indican la concentración de las dos fases en equilibrio (Figura 3). Figura 3. Diagrama de equilibrio ternario para un sistema líquido-líquido.


2.3.4 Cálculo de operaciones de extracción. Las operaciones de extracción pueden calcularse sobre un diagrama ternario. Sea una corriente de alimentación F, constituida por una disolución de un soluto C en un disolvente A, y una corriente de disolvente S, constituida por disolvente B puro. Ambas corrientes pueden situarse en el diagrama ternario tal como se indica en la Figura 4. En el equipo de extracción F y S son mezcladas para obtener una mezcla bifásica. El punto mezcla, M, es la suma de F y S, es decir, es combinación lineal de ellas, por lo que se encontrará situado sobre la recta que une F y S. Para situar el punto M bastará con resolver el balance de materia y calcular su composición. Una vez alcanzado el equilibrio, la composición de las corrientes de refinado, R, y extracto, E, obtenidas vendrá dado por los extremos de la recta de reparto que pasa por el punto mezcla.

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Figura 4. Empleo de diagramas ternarios para el cálculo de operaciones de extracción.


Es habitual que en una sola etapa de extracción no se logre la separación deseada, por lo que es refinado puede someterse a sucesivas etapas de extracción. Si las siguientes etapas de extracción se realizan con disolvente puro el procedimiento de cálculo sobre el diagrama ternario es idéntico al descrito. Así, por ejemplo, en la segunda etapa el punto mezcla sería combinación lineal de R y S. 9 2.3.5 Interpolación Gráfica en el Diagrama Triangular Se han ideado métodos para manejar el problema de interpolación y extrapolación de datos correspondientes al diagrama triangular, que han sido de gran utilidad en el trabajo de cálculos en extracción líquida. Uno de los métodos más eficientes para la interpolación de puntos bajo la curva binodal es el de Interpolación gráfica de líneas de interconexión ideada por Sherwood10 que se muestra en la Figura 5, donde la línea DE es una línea de interconexión, se puede trazar una línea DH paralela a la línea AB y la línea EH paralela a AC y las dos líneas se cortan en H. Entonces se traza una curva de correlación de líneas de interconexión o curva

9 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE MADRID. Extracción Líquido – Líquido. 27/09/2011.

http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/ExtraccLiqLiq2006.pdf 10

SHERWOOD, T. K. Absorption and Extraction. Mc Graw Hill, Book Company, Inc. New York 1937. 1 Edición. p. 242.

25

conjugada, PHJ, que pasa por las intercepciones obtenidas a partir de las líneas de interconexión conocida11. Figura 5. Interpolación gráfica de líneas de interconexión

Fuente: Treybal, Robert E. Extracción en Fase Liquida. Interpolación gráfica en el diagrama

triangular.

2.3.6 Contacto Sencillo Discontinuo Una etapa es un artificio mecánico, o una serie de artificios en que la solución que ha de disociarse y un disolvente inmiscible se mezclan íntimamente, donde se permite que se acerquen al equilibrio y donde entonces se sedimenta la mezcla o se divide en dos fases liquidas inmiscibles, que son extraídas por separado. La fase rica en disolvente que abandona la etapa se denomina extracto; la fase pobre en disolvente es el refinado. En el contacto sencillo un disolvente parcialmente miscible con uno de los componentes de la alimentación y totalmente miscible con el otro. El esquema de flujo correspondiente a una etapa en contacto sencillo es el indicado en la Figura 6, en la F es la cantidad de alimentación a tratar, B la cantidad de disolvente, y xF, x e y las concentraciones de la alimentación, refinado y extracto, referidas al componente C o soluto.12

11

TREYBAL, Robert E. Extracción en Fase Líquida, Edición 2. p. 33. 12

OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p. 127.

26

Figura 6. Esquema de Flujo en Contacto Sencillo

Fuente: OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. Extracción Líquido-

Líquido.

Sobre el diagrama triangular las composiciones están representadas en los puntos mostrados en la Figura 7, donde la alimentación se muestra en el punto F, el disolvente en el punto B, composición global de la mezcla al punto M, extracto en el punto E1, refinado en el punto R1, producto extraído en el punto E’1 y producto refinado por R’1 Las cantidades de cada uno de los puntos expuestos se calculan por aplicación de balance de materia. Figura 7. Diagrama Triangular en Contacto Sencillo


Líquido.

27

2.3.7 Contacto Múltiple en Corriente Directa Este método de extracción consiste en la repetición del proceso para una sola etapa en contacto sencillo, esquemáticamente se representa mediante el diagrama de flujo que se muestra en la Figura 8, donde el refinado procedente de la primera etapa se pone nuevamente en contacto con un nuevo disolvente en la segunda etapa, separándose nuevo extracto y refinado; volviendo a poner en contacto este refinado con nuevo disolvente en la tercera etapa, y así sucesivamente según el número de etapas. Figura 8. Esquema de Flujo en Contacto Múltiple en Corriente Directa


Líquido.

En el diagrama triangular de la Figura 9, se muestra la representación de las distintas etapas que se hace de modo análogo que para una etapa, siendo aplicables las ecuaciones que se deducen para el contacto sencillo. Figura 9. Diagrama Triangular en Contacto Múltiple en Corriente Directa


Líquido.

28

2.3.8 Contacto Múltiple en Contracorriente El de diagrama de flujo utilizado para este sistema de extracción se muestra en la Figura 10, donde la alimentación y el disolvente entran por los extremos opuestos del sistema extractor, de modo que la alimentación se pone en contacto en la primera etapa con el disolvente ya concentrado en soluto, mientras que los refinados procedentes de cada etapa se trata con disolvente cada vez menos concentrado de soluto.13 Figura 10. Esquema de Flujo en Contacto Múltiple en Contracorriente


Líquido.

En el diagrama triangular de la Figura 11, se muestra la representación de las distintas etapas que se llevan a cabo en este proceso de extracción, a diferencia de los métodos anteriores, este cuenta con un nuevo punto P denominado polo, que nos indica que las rectas que unen F con E1 y Rn con B han de tener un punto de operación común. Figura 11. Diagrama Triangular en Contacto Múltiple en Contracorriente


Líquido.

13

OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p. 162.

29

2.3.9 Contacto Múltiple en Contracorriente con Reflujo El esquema general de flujo para este tipo de extracción se indica en la Figura 12, que además de mejorar el proceso anterior, tiene la particularidad que la alimentación F entra en un punto intermedio entre las etapas. Figura 12. Esquema de Flujo en Contracorriente con Reflujo


Líquido.

Sobre el diagrama triangular las composiciones están representadas en los puntos mostrados en la Figura 13. Figura 13. Diagrama Triangular en Contracorriente con Reflujo


Líquido.

30

2.3.10 Metodologías Ágiles En una reunión celebrada en febrero de 2001 en Utah-EEUU, nace el término “ágil” aplicado al desarrollo de software. En esta reunión participan un grupo de 17 expertos de la industria del software, incluyendo algunos de los creadores o impulsores de metodologías de software. Su objetivo fue esbozar los valores y principios que deberían permitir a los equipos desarrollar software rápidamente y respondiendo a los cambios que puedan surgir a lo largo del proyecto. Se pretendía ofrecer una alternativa a los procesos de desarrollo de software tradicionales, caracterizados por ser rígidos y dirigidos por la documentación que se genera en cada una de las actividades desarrolladas. Varias de las denominadas metodologías ágiles ya estaban siendo utilizadas con éxito en proyectos reales, pero les faltaba una mayor difusión y reconocimiento. Tras esta reunión se creó “The Agile Alliance”14, una organización, sin ánimo de lucro, dedicada a promover los conceptos relacionados con el desarrollo ágil de software y ayudar a las organizaciones para que adopten dichos conceptos. El punto de partida es fue el Manifiesto Ágil, un documento que resume la filosofía “ágil”15. 2.3.10.1 El Manifiesto Ágil. Según el Manifiesto se valora:

Al individuo y las interacciones del equipo de desarrollo sobre el proceso y las herramientas. La gente es el principal factor de éxito de un proyecto software. Es más importante construir un buen equipo que construir el entorno. Muchas veces se comete el error de construir primero el entorno y esperar que el equipo se adapte automáticamente. Es mejor crear el equipo y que éste configure su propio entorno de desarrollo en base a sus necesidades.

Desarrollar software que funciona más que conseguir una buena documentación. La regla a seguir es .no producir documentos a menos que sean necesarios de forma inmediata para tomar una decisión importante. Estos documentos deben ser cortos y centrarse en lo fundamental.

La colaboración con el cliente más que la negociación de un contrato. Se propone que exista una interacción constante entre el cliente y el equipo

14

AGILE ALLIANCE. 02/01/2012. http://www.agilealliance.org 15

ANAYA VILLEGAS, Adrián. A propósito de programación extrema XP (Extreme Programming). p. 2

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de desarrollo. Esta colaboración entre ambos será la que marque la marcha del proyecto y asegure su éxito.

Responder a los cambios más que seguir estrictamente un plan. La habilidad de responder a los cambios que puedan surgir a los largo del proyecto (cambios en los requisitos, en la tecnología, en el equipo, etc.) determina también el éxito o fracaso del mismo. Por lo tanto, la planificación no debe ser estricta sino flexible y abierta.

Los valores anteriores inspiran los doce principios del manifiesto. Son características que diferencian un proceso ágil de uno tradicional. Los dos primeros principios son generales y resumen gran parte del espíritu ágil. El resto tienen que ver con el proceso a seguir y con el equipo de desarrollo, en cuanto metas a seguir y organización del mismo. Los principios son:

I. La prioridad es satisfacer al cliente mediante tempranas y continuas entregas de software que le aporte un valor.

II. Dar la bienvenida a los cambios. Se capturan los cambios para que el

cliente tenga una ventaja competitiva.

III. Entregar frecuentemente software que funcione desde un par de semanas a un par de meses, con el menor intervalo de tiempo posible entre entregas.

IV. La gente del negocio y los desarrolladores deben trabajar juntos a lo largo

del proyecto.

V. Construir el proyecto en torno a individuos motivados. Darles el entorno y el apoyo que necesitan y confiar en ellos para conseguir finalizar el trabajo.

VI. El diálogo cara a cara es el método más eficiente y efectivo para comunicar

información dentro de un equipo de desarrollo.

VII. El software que funciona es la medida principal de progreso.

VIII. Los procesos ágiles promueven un desarrollo sostenible. Los promotores, desarrolladores y usuarios deberían ser capaces de mantener una paz constante.

IX. La atención continua a la calidad técnica y al buen diseño mejora la

agilidad.

X. La simplicidad es esencial.

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XI. Las mejores arquitecturas, requisitos y diseños surgen de los equipos organizados por sí mismos.

XII. En intervalos regulares, el equipo reflexiona respecto a cómo llegar a ser

más efectivo, y según esto ajusta su comportamiento.16 2.3.11 Programación Extrema XP (Extreme Programming) XP17 forma parte del conjunto de métodos ágiles que centran sus prioridades en las personas, no en los procesos, en la actualidad XP se proyecta a ser un modelo de desarrollo común, sencillo y adaptable a las características cambiantes y exigentes de empresas y clientes, es por ello que en este documento se presentan en forma resumida las características principales, las actividades, las prácticas, el ciclo de vida, los artefactos y las críticas a esta metodología recopiladas en el transcurso de la investigación. Los métodos ágiles surgen como una inflexión en un momento o contexto definido, en donde se hace necesario una renovación metodológica que busca satisfacer la necesidad de realizar los proyectos de una forma más rápida sin disminuir la calidad del mismo pero sí reducir documentación, pasos, procesos y tiempo. Indistintamente en el año 2001 firman para XP en el manifiesto ágil Kent Beck18, Ward Cinningham19, Martin Fowler20, James Grenning21, Ron Jeffries22, Brian Marick23, y Robert C. Martin24, poco después y hasta hoy surge un gran número de libros y escritos que describen los pasos para aplicar esta metodología. La Programación Extrema es una metodología ágil basada en cuatro principios: simplicidad, comunicación, retroalimentación y valor. Además, orientada por pruebas y refactorización, se diseña e implementan las pruebas antes de programar la funcionalidad, el programador crea sus propios test de unidad.

16

CANÓS, José H., LETELIER, Patricio y PENADÉS Mª Carmen. Metodologías Ágiles en el

Desarrollo de Software. DSIC -Universidad Politécnica de Valencia. p. 2 17

www.extremeprogramming.org, www.xprogramming.com, c2.com/cgi/wiki?ExtremeProgramming 18

CUNNINGHAM & CUNNINGHAM INC. Kent Beck. 15/01/2012. http://c2.com/ppr/about/author/kent.html 19

CUNNINGHAM & CUNNINGHAM, INC. Ward Cunningham. 15/01/2012. http://c2.com/ppr/about/author/ward.html 20

MARTIN FOWLER. 15/01/2012. http://martinfowler.com/aboutMe.html 21

AGILE 2011 CONFERENCE. James W. Grenning. 15/01/2012. http://manifesto.agilealliance.org/#p7HGMpc_1_8 22

AGILE 2011 CONFERENCE. .Ron Jeffries. 15/01/2012. http://manifesto.agilealliance.org/#p7HGMpc_1_11 23

AGILE 2011 CONFERENCE. Brian Marick. 15/01/2012. http://manifesto.agilealliance.org/#p7HGMpc_1_13 24

AGILE 2011 CONFERENCE. Robert C. Martin. 15/01/2012. http://manifesto.agilealliance.org/#p7HGMpc_1_14

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Este método es típicamente atribuido a Kent Beck, Ron Jeffries y Ward Cinningham. El objetivo de XP son grupos pequeños y medianos de construcción de software en donde los requisitos aún son muy ambiguos, cambian rápidamente o son de alto riesgo. XP busca la satisfacción del cliente tratando de mantener durante todo el tiempo su confianza en el producto. Además, sugiere que el lugar de trabajo sea una sala amplia, si es posible sin divisiones (en el centro los programadores, en la periferia los equipos individuales). Una ventaja del espacio abierto es el incremento en la comunicación y el proporcionar una agenda dinámica en el entorno de cada proyecto25. 2.3.12 Ciclo de Vida en XP El ciclo de vida de XP se enfatiza en el carácter interactivo e incremental del desarrollo, donde establece que una iteración de desarrollo es un período de tiempo en el que se realiza un conjunto de funcionalidades determinadas que en el caso de XP corresponden a un conjunto de historias de usuarios. Las iteraciones son relativamente cortas ya que se piensa que entre más rápido se le entreguen desarrollos al cliente, más retroalimentación se va a obtener y esto va a representar una mejor calidad del producto a largo plazo. Existe una fase de análisis inicial orientada a programar las iteraciones de desarrollo y cada iteración incluye diseño, codificación y pruebas, fases superpuestas de tal manera que no se separen en el tiempo26. La Figura 14 muestra las fases en las que se subdivide el ciclo de vida XP: Figura 14: Ciclo de vida de Extreme Programming

Fuente: ANAYA VILLEGAS, Adrián. A propósito de programación extrema XP (Extreme

Programming). p. 3

25

ANAYA VILLEGAS, Adrián. A propósito de programación extrema XP (Extreme Programming). p. 1 26

ANAYA VILLEGAS, Adrián. A propósito de programación extrema XP (Extreme Programming). p. 2

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2.3.12.1 Fase de la exploración. En esta fase, los clientes plantean a grandes rasgos las historias de usuario que son de interés para la primera entrega del producto. Al mismo tiempo el equipo de desarrollo se familiariza con las herramientas, tecnologías y prácticas que se utilizarán en el proyecto. Se prueba la tecnología y se exploran las posibilidades de la arquitectura del sistema construyendo un prototipo. La fase de exploración toma de pocas semanas a pocos meses, dependiendo del tamaño y familiaridad que tengan los programadores con la tecnología. 2.3.12.2 Fase del planeamiento. Se priorizan las historias de usuario y se acuerda el alcance del release. Los programadores estiman cuánto esfuerzo requiere cada historia y a partir de allí se define el cronograma. La duración del cronograma del primer release no excede normalmente dos meses. La fase de planeamiento toma un par de días. Se deben incluir varias iteraciones para lograr un release. El cronograma fijado en la etapa de planeamiento se realiza a un número de iteraciones, cada una toma de una a cuatro semanas en ejecución. La primera iteración crea un sistema con la arquitectura del sistema completo. Esto es alcanzado seleccionando las historias que harán cumplir la construcción de la estructura para el sistema completo. El cliente decide las historias que se seleccionarán para cada iteración. Las pruebas funcionales creadas por el cliente se ejecutan al final de cada iteración. Al final de la última iteración el sistema está listo para producción. 2.3.12.3 Fase de producción. Requiere prueba y comprobación extra del funcionamiento del sistema antes de que éste se pueda liberar al cliente. En esta fase, los nuevos cambios pueden todavía ser encontrados y debe tomarse la decisión de si se incluyen o no en el release actual. Durante esta fase, las iteraciones pueden ser aceleradas de una a tres semanas. Las ideas y las sugerencias pospuestas se documentan para una puesta en práctica posterior por ejemplo en la fase de mantenimiento. Después de que se realice el primer release productivo para uso del cliente, el proyecto de XP debe mantener el funcionamiento del sistema mientras que realiza nuevas iteraciones. 2.3.12.4 Fase de mantenimiento. Requiere de un mayor esfuerzo para satisfacer también las tareas del cliente. Así, la velocidad del desarrollo puede desacelerar después de que el sistema esté en la producción. La fase de mantenimiento puede requerir la incorporación de nueva gente y cambiar la estructura del equipo.

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2.3.12.5 Fase de muerte. Es cuando el cliente no tiene más historias para ser incluidas en el sistema. Esto requiere que se satisfagan las necesidades del cliente en otros aspectos como rendimiento y confiabilidad del sistema. Se genera la documentación final del sistema y no se realizan más cambios en la arquitectura. La muerte del proyecto también ocurre cuando el sistema no genera los beneficios esperados por el cliente o cuando no hay presupuesto para mantenerlo. 2.3.13 Roles XP Los roles de acuerdo con la propuesta original de Beck son: - Programador. El programador escribe las pruebas unitarias y produce el código del sistema. - Cliente. Escribe las historias de usuario y las pruebas funcionales para validar su implementación. Además, asigna la prioridad a las historias de usuario y decide cuáles se implementan en cada iteración centrándose en aportar mayor valor al negocio. - Encargado de pruebas (Tester). Ayuda al cliente a escribir las pruebas funcionales. Ejecuta las pruebas regularmente, difunde los resultados en el equipo y es responsable de las herramientas de soporte para pruebas. - Encargado de seguimiento (Tracker). Proporciona realimentación al equipo. Verifica el grado de acierto entre las estimaciones realizadas y el tiempo real dedicado, para mejorar futuras estimaciones. Realiza el seguimiento del progreso de cada iteración. - Entrenador (Coach). Es responsable del proceso global. Debe proveer guías al equipo de forma que se apliquen las prácticas XP y se siga el proceso correctamente. - Consultor. Es un miembro externo del equipo con un conocimiento específico en algún tema necesario para el proyecto, en el que puedan surgir problemas. - Gestor (Big Boss). Es el vínculo entre clientes y programadores, ayuda a que el equipo trabaje efectivamente creando las condiciones adecuadas. Su labor esencial es de coordinación. 2.3.14 Proceso XP El ciclo de desarrollo consiste en los siguientes pasos:

1) El cliente define el valor de negocio a implementar. 2) El programador estima el esfuerzo necesario para su implementación. 3) El cliente selecciona qué construir, de acuerdo con sus prioridades y las

restricciones de tiempo. 4) El programador construye ese valor de negocio. 5) Vuelve al paso 1.

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El ciclo de vida ideal de XP consiste de seis fases: Exploración, Planificación de la Entrega (Release), Iteraciones, Producción, Mantenimiento y Muerte del Proyecto27. 2.3.15 Prácticas XP La principal suposición que se realiza en XP es la posibilidad de disminuir la mítica curva exponencial del costo del cambio a lo largo del proyecto, lo suficiente para que el diseño evolutivo funcione. Esto se consigue gracias a las tecnologías disponibles para ayudar en el desarrollo de software y a la aplicación disciplinada de las siguientes prácticas.

El juego de la planificación. Hay una comunicación frecuente el cliente y los programadores. El equipo técnico realiza una estimación del esfuerzo requerido para la implementación de las historias de usuario y los clientes deciden sobre el ámbito y tiempo de las entregas y de cada iteración.

Entregas pequeñas. Producir rápidamente versiones del sistema que sean operativas, aunque no cuenten con toda la funcionalidad del sistema. Esta versión ya constituye un resultado de valor para el negocio. Una entrega no debería tardar más 3 meses.

Metáfora. El sistema es definido mediante una metáfora o un conjunto de metáforas compartidas por el cliente y el equipo de desarrollo. Una metáfora es una historia compartida que describe cómo debería funcionar el sistema (conjunto de nombres que actúen como vocabulario para hablar sobre el dominio del problema, ayudando a la nomenclatura de clases y métodos del sistema).

Diseño simple. Se debe diseñar la solución más simple que pueda funcionar y ser implementada en un momento determinado del proyecto.

Pruebas. La producción de código está dirigida por las pruebas unitarias. Éstas son establecidas por el cliente antes de escribirse el código y son ejecutadas constantemente ante cada modificación del sistema.

Refactorización (Refactoring). Es una actividad constante de reestructuración del código con el objetivo de remover duplicación de código, mejorar su legibilidad, simplificarlo y hacerlo más flexible para

27

CANÓS, José H., LETELIER, Patricio y PENADÉS Mª Carmen. Metodologías Ágiles en el

Desarrollo de Software. DSIC -Universidad Politécnica de Valencia. p. 4

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facilitar los posteriores cambios. Se mejora la estructura interna del código sin alterar su comportamiento externo.

Programación en parejas. Toda la producción de código debe realizarse con trabajo en parejas de programadores. Esto conlleva ventajas implícitas (menor tasa de errores, mejor diseño, mayor satisfacción de los programadores, etc.).

Propiedad colectiva del código. Cualquier programador puede cambiar cualquier parte del código en cualquier momento.

Integración continúa. Cada pieza de código es integrada en el sistema una vez que esté lista. Así, el sistema puede llegar a ser integrado y construido varias veces en un mismo día.

40 horas por semana. Se debe trabajar un máximo de 40 horas por semana. No se trabajan horas extras en dos semanas seguidas. Si esto ocurre, probablemente está ocurriendo un problema que debe corregirse. El trabajo extra desmotiva al equipo.

Cliente in-situ. El cliente tiene que estar presente y disponible todo el tiempo para el equipo. Éste es uno de los principales factores de éxito del proyecto XP. El cliente conduce constantemente el trabajo hacia lo que aportará mayor valor de negocio y los programadores pueden resolver de manera inmediata cualquier duda asociada. La comunicación oral es más efectiva que la escrita.

Estándares de programación. XP enfatiza que la comunicación de los programadores es a través del código, con lo cual es indispensable que se sigan ciertos estándares de programación para mantener el código legible.

El mayor beneficio de las prácticas se consigue con su aplicación conjunta y equilibrada puesto que se apoyan unas en otras. Esto se ilustra en la Figura 15, donde una línea entre dos prácticas significa que las dos prácticas se refuerzan entre sí. La mayoría de las prácticas propuestas por XP no son novedosas sino que en alguna forma ya habían sido propuestas en ingeniería del software e incluso demostrado su valor en la práctica. El mérito de XP es integrarlas de una forma efectiva y complementarlas con otras ideas desde la perspectiva del negocio, los valores humanos y el trabajo en equipo.

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Figura 15: Refuerzos entre prácticas en XP

Fuente: CANÓS, José H., LETELIER, Patricio y PENADÉS Mª Carmen. Metodologías Ágiles en el Desarrollo de Software. DSIC -Universidad Politécnica de Valencia. p. 6

2.3.16 Graph Graph28 es un programa diseñado para representar gráficamente funciones matemáticas en un sistema de coordenadas. Es un programa afín a Windows, con menús y cuadros de diálogo, y capaz de dibujar funciones explícitas, paramétricas y polares, e igualmente, tangentes, rellenos, series de puntos, ecuaciones e inecuaciones. Asimismo, permite evaluar una gráfica en un punto dado u obtener una tabla de valores respecto a la función seleccionada, entre otras funcionalidades. Graph es un programa gratuito, y puede ser modificado y/o redistribuirlo bajo los términos de la GNU (General Public License)29; además, que ha sido probado en varios sistemas operativos de Microsoft como Windows 2000, Windows XP, Windows Vista y Windows 7, pero todavía puede contener algunos errores. El software Graph es aplicado a en la ingeniería para graficar funciones estándar, funciones paramétricas y funciones polares, igualmente es utilizado en un gran número de funciones integradas por ejemplo, cos, log, etc., donde se especifica el color, ancho, estilo de línea y los gráficos se pueden limitar a un intervalo.

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GRAPH, Plotting of mathematical functions.19/01/2012.http://www.padowan.dk/ 29

GNU OPERATING SYSTEM. 20/01/2012. http://www.gnu.org/licenses/gpl.html

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También es utilizado para mostrar cualquier ecuación y la desigualdad, marcar un área relacionada con una función, crear una serie de puntos con marcadores de diferentes colores y tamaño, además, que los datos correspondientes a una serie de puntos se pueden importar desde otros programas, como por ejemplo MicrosoftTM Excel. Simbólicamente es utilizado para calcular la primera derivada de una función, trazar la función resultante, la recta tangente y la normal de la función. 2.4. MARCO LEGAL Las disposiciones constitucionales directamente relacionadas con la investigación y el desarrollo de que se lleva a cabo en el presente proyecto, señalan aspectos fundamentales legales que contribuyen a la protección institucional que son aplicados a nivel nacional e internacionalmente. Dentro de estos aspectos fundamentales se encuentra la protección de la Propiedad Intelectual que se describe como la denominación que recibe la protección legal sobre toda creación del talento o del ingenio humano, dentro del ámbito científico, literario, artístico, industrial o comercial. La protección de la propiedad intelectual es de tipo jurídica, sin embargo las leyes que existen no se realiza sobre esta denominación conceptual, sino sobre el Derecho de Autor. La protección que la ley colombiana otorga al Derecho de Autor se realiza sobre todas las formas en que se puede expresar las ideas, no requiere ningún registro y perdura durante toda la vida del autor, más 80 años después de su muerte, después de lo cual pasa a ser de dominio público. El registro de la obra ante la Dirección Nacional del Derecho de Autor sólo tiene como finalidad brindar mayor seguridad a los titulares del derecho. En el caso del desarrollo de software, la legislación colombiana lo asimila a la escritura de una obra literaria, permitiendo que el código fuente de un programa esté cubierto por la ley de Derechos de Autor. Colombia, Congreso de la República. (1982, Enero 28). Ley 23 de 1982, y por las modificaciones posteriores realizadas a esta ley mediante Ley 44 de 1993, y la Ley 719 del 2001. El desarrollo de este programa está destinado a la enseñanza de la operación unitaria de Extracción Líquido - Líquido. Se espera que se convierta en una herramienta de apoyo para profesores y estudiantes de Ingeniería Química, contribuyendo así al mejoramiento de la Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena.

40

2.5. MARCO CONCEPTUAL SOFTWARE: Se conoce como el equipamiento lógico o soporte lógico de una computadora digital; comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que hacen posible la realización de tareas específicas, en contraposición a los componentes físicos, que son llamados hardware. PROCESO DE CREACIÓN DEL SOFTWARE: Se define como al conjunto ordenado de pasos a seguir para llegar a la solución de un problema u obtención de un producto, en este caso particular, para lograr la obtención de un producto software que resuelva un problema. INGENIERÍA DE SOFTWARE: Es el área de la ingeniería que ofrece métodos y técnicas para desarrollar y mantener software LA PROGRAMACIÓN EXTREMA o Extreme Programming (XP) es un enfoque de la ingeniería de software formulado por Kent Beck, autor del primer libro sobre la materia, Extreme Programming Explained: Embrace Change (1999). Es el más destacado de los procesos ágiles de desarrollo de software. PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS o POO (OOP según sus siglas en inglés): Es un paradigma de programación que usa objetos y sus interacciones, para diseñar aplicaciones y programas informáticos. Está basado en varias técnicas, incluyendo herencia, abstracción, polimorfismo y encapsulamiento. JAVA: Es un lenguaje de programación orientado a objetos, desarrollado por Sun Microsystems a principios de los años 90. ENTORNO DE DESARROLLO INTEGRADO (en inglés Integrated Development Environment IDE): Es un programa informático compuesto por un conjunto de herramientas de programación. NETBEANS: Es un entorno de desarrollo integrado libre, hecho principalmente para el lenguaje de programación Java. Existe además un número importante de módulos para extenderlo. GRAPH: Es un programa diseñado para representar gráficamente funciones matemáticas en un sistema de coordenadas. EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO: es un proceso químico empleado para separar una mezcla utilizando la diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos líquidos miscibles.

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DISOLUCIÓN: También llamada solución, es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de dos o más sustancias que no reaccionan entre sí, cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. EXTRACTO: Sustancia que, en forma concentrada, se extrae de otra, de la cual conserva sus propiedades. REFINADO: Proceso por el cual se hace más fina o más pura una sustancia o materia, eliminando impurezas y mezclas. SOLUTO: Sustancia disuelta en un determinado disolvente, cuya proporción en él forma la concentración. ALIMENTACIÓN: Suministro de la materia, la energía o los datos que necesita una máquina, sistema o proceso para su funcionamiento. DISOLVENTE: Es una sustancia que permite la dispersión de otra sustancia en esta a nivel molecular o iónico. CONCENTRACIÓN: Relación que existe entre la cantidad de sustancia disuelta y la del disolvente. BALANCE DE MATERIA: Es un método matemático utilizado principalmente en Ingeniería Química. Se basa en la ley de conservación de la materia, que establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante y la masa que entra en un sistema debe, por lo tanto, salir del sistema o acumularse dentro de él. MASA: Cantidad de materia que posee un cuerpo. PESO: Es la fuerza con la cual un cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, y que está originada por la acción del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo.

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3. DISEÑO METODOLÓGICO 3.1. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN El enfoque adoptado es cuantitativo porque implica representaciones generales de concebir y analizar la realidad a través de los datos obtenidos del comportamiento de las curvas de extracto y refinado de las mezclas a tratar; además, de las gráficas por generar en la aplicación y los cálculos inherentes a cada uno de los método de extracción con disolvente, y a su vez “utiliza la recolección y el análisis de datos para contestar preguntas de investigación y probar hipótesis establecidas previamente y confía en la medición numérica, el conteo y frecuentemente en el uso de la estadística para establecer con exactitud patrones de comportamiento de una población” (Hernández et al, 2003; p.5) 3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN El diseño del presente proyecto es de tipo estadístico porque en el análisis de las variables y los sujetos se obtienen resultados a partir de la observación directa en los datos obtenidos para generar la curva binodal y sus posibles interpolaciones, junto con la experiencia de los investigadores; los cuales arrojan datos importantes para la estructura final de la solución de problemas relacionados a los cálculos del proceso de extracción líquido – líquido. 3.3. TIPO DE INVESTIGACIÓN El presente proyecto es de tipo descriptivo aplicado, ya que orienta a producir nuevos conocimientos a partir del comportamiento de las curvas binodales y resultados mostrados en la aplicación de los diferentes métodos de cálculo de extracción líquido - líquido ; a comprobar aquellos que hacen parte del desarrollo tecnológico y de las actividades del hombre referidos a contextos específicos, a facilitar el proceso pedagógico y al desarrollo de la ciencia y tecnología; además se orienta a dar soluciones a problemas relacionados con la realización de los cálculos inherentes al proceso de extracción líquido-líquido para mezclas binarias dando aportes sustanciales a la comunidad, especialmente a la ciudad de Cartagena, poniendo en práctica los conocimientos adquiridos en asignaturas como Operaciones Unitarias fundamentado en el desarrollo de una serie de leyes, conceptos y teorías.

43

3.4. POBLACIÓN Y MUESTRA La recolección de los datos se realizó a partir de entrevistas realizadas a los docentes de Operaciones Unitarias de la Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena, a través de preguntas concernientes al tema de Extracción Líquido – Líquido; además también se entrevistaron estudiantes que estuvieron cursando y los que cursaron el tema como potenciales usuarios finales. Estos datos sirvieron para el análisis del problema y tomar las respectivas decisiones para el desarrollo del software. 3.5. TÉCNICA DE LA RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN 3.5.1 Fuentes Primarias La información primaria necesaria para el desarrollo de este proyecto fue obtenida a través de entrevistas realizadas a los docentes de Ingeniería Química, quienes actualmente son los encargados de la enseñanza de las Operaciones Unitarias a los estudiantes del Programa Ingeniería Química de la Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena, a los docentes encargados del área de matemáticas avanzadas y encargado del área de metodológica. 3.5.2 Instrumentos Para hacer la recopilación de información requerida para llevar a cabo el presente proyecto, se realizaron entrevistas a través de cuestionarios a un número determinado de personas con conocimientos referentes a los cálculos del proceso de Extracción Líquido – Líquido, y se aplicó observación directa a los estudiantes del programa de Ingeniería Química de la Universidad de San Buenaventura que estuvieron cursando este tema. 3.5.3. Fuentes Secundarias Las fuentes de información secundarias fueron obtenidas a través de libros de Operaciones Unitarias, Métodos Numéricos, Algebra, Calculo, Geometría, Ingeniería de Software, Lenguajes de Programación, entre otros, consultas en internet, revistas y tesis relacionadas con el desarrollo de la investigación en curso.

44

3.6 HIPÓTESIS DE TRABAJO El desarrollo e implementación de un software permitirá la reducción del tiempo empleado en los cálculos independientemente de su grado de dificultad, posibilitando la solución a problemas básicos implicados en el proceso de Extracción Líquido – Líquido y facilitando la comprensión del fenómeno como una herramienta didáctica que describe la obtención de respuestas generadas matemáticamente a través de gráficos interactivos. 3.7 VARIABLES Variable Independiente: Desarrollo de un software Variable Dependiente: Cálculos de operaciones en Extracción Líquido - Líquido 3.8 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES Mediante el Cuadro 1 se muestra la forma operacional de las variables implicadas en el presente trabajo. Cuadro 1. Operacionalización de Variables

VARIABLE DEFINICIÓN DIMENSIÓN INDICADOR

Software

Estructura de datos que permiten a los programas manejar adecuadamente la información. Mide, Analiza, controla sucesos del mundo real conforme ocurran

Análisis

Identificación del problema y los requerimientos

Diseño modelo lógico modelo físico

Implementación codificación instalación y prueba

Cálculos de operaciones en Extracción Líquido - Líquido

Cálculos de la separación extractiva de los componentes de una solución que puede emplearse según la naturaleza del disolvente y la disposición física del aparato empleado

Concentración %m/m, %V/V, %m/V

Caudal V/t

Fracción %

Masa m

Etapas #

45

3.9 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El procesamiento de la información se llevó a cabo por un periodo de aproximadamente de 9 meses, en donde inicialmente se hizo una recolección de fundamentos teóricos acerca del proceso de Extracción Líquido – Líquido, luego se realizó la selección de modelos matemáticos que permitieron la realización de cálculos de las operaciones en la extracción con disolvente, después se procedió a desarrollar el software por la cual está basado el proyecto, utilizando el software Graph para la realización de graficas de funciones y por último se resolvieron problemas expuestos en los capítulos concernientes al tema del libro titulado (Problemas de Ingeniería Química, Tomo II) con el fin de medir el tiempo estimando para que un estudiante resuelva cada uno de los problemas y poderlo comparar con el tiempo que le llevaría al software resolverlo. Dentro de los recursos tecnológicos utilizados para el desarrollo del software se tiene en cuenta lo siguiente: El paradigma de lo Orientado a Objeto: debido al mayor soporte de la programación, permite que los procesos se comuniquen unos con otros, apoyándose con gran facilidad de reutilización y extensibilidad del software. E la programación orientada a objetos se maneja términos como el polimorfismo y la herencia que permiten obtener una característica en la reutilización de código, que facilita el trabajo y el aprovechamiento de recursos y futuros desarrollos. Paradigma de Ingeniería de Software: el enfoque orientado a objetos se adapta fácilmente a la Programación Extrema (XP) como una forma rápida y escalable para el desarrollo del software, ya que nos permite ir desarrollando sobre la marcha, realizar pruebas pilotos durante el proceso de desarrollo y dar soporte de forma inmediata, que asegura la calidad del producto. Herramienta de Construcción: La herramienta computacional para el desarrollo del software es NetBeansTM, teniendo en cuenta su fácil manejo y practicidad, posee la plataforma apropiada y recomendada para la utilización del lenguaje de programación JAVATM, que permite la realización de cálculos matemáticos de forma fiable; además que tiene una interacción eficiente con el programa de graficado Graph. Herramienta de Implementación: Hardware requerido:

Procesador Intel Core T6500 2.0 GHz o Superior

2 GB de memoria RAM o Superior

120 GB de Disco Duro o Superior

SVGA de 1024x768 o Superior

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Software requerido:

Sistema Operativo Windows Xp, Windows Vista o Windows 7 Artefactos XP A continuación se describe los artefactos de XP, entre los que se encuentran: Historias de Usuario, Tareas de Ingeniería y Tarjetas CRC (Clase – Responsabilidad - Colaboración). Iteraciones Todo proyecto que siga la metodología XP se ha de dividir en iteraciones de aproximadamente 3 semanas de duración. Al comienzo de cada iteración los clientes deben seleccionar las historias de usuario definidas en el "Release Planning" que serán implementadas. También se seleccionan las historias de usuario que no pasaron el test de aceptación que se realizó al terminar la iteración anterior. Estas historias de usuario son divididas en tareas de entre 1 y 3 días de duración que se asignarán a los programadores. Historias de Usuario Representan una breve descripción del comportamiento del sistema, emplea terminología del cliente sin lenguaje técnico, se realiza una por cada característica principal del sistema, se emplean para hacer estimaciones de tiempo y para el plan de lanzamientos, reemplazan un gran documento de requisitos y presiden la creación de las pruebas de aceptación.

Estas deben proporcionar sólo el detalle suficiente como para poder hacer razonable la estimación de cuánto tiempo requiere la implementación de la historia, difiere de los casos de uso porque son escritos por el cliente, no por los programadores, empleando terminología del cliente. “Las historias de usuario son más “amigables” que los casos de uso formales”. Las Historias de Usuario tienen tres aspectos:

Tarjeta: en ella se almacena suficiente información para identificar y detallar la historia como la que se representa en el Cuadro 2.

Conversación: cliente y programadores discuten la historia para ampliar los detalles (verbalmente cuando sea posible, pero documentada cuando se requiera confirmación).

Pruebas de Aceptación: permite confirmar que la historia ha sido implementada correctamente representado en el Cuadro 3.

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Cuadro 2. Modelo propuesto para una historia de usuario

Historia de Usuario

Número: Nombre Historia de Usuario:

Modificación (o extensión) de Historia de Usuario (Nro. y Nombre):

Usuario:

Iteración Asignada:

Prioridad en Negocio:

(Alta / Media / Baja)

Puntos Estimados:

Riesgo en Desarrollo:

(Alto / Medio / Bajo)

Puntos Reales:

Descripción:

Observaciones:

Fuente: CANÓS, José H., LETELIER, Patricio y PENADÉS Mª Carmen. Metodologías Ágiles en el

Desarrollo de Software. DSIC -Universidad Politécnica de Valencia.

Cuadro 3. Modelo propuesto para una prueba de aceptación

Caso de Prueba de Aceptación

Código:

Historia de Usuario (Nro. y Nombre):

Nombre:

Descripción:

Condiciones de Ejecución:

Entrada / Pasos de ejecución:

Resultado Esperado:

Evaluación de la Prueba:



Task Card (Tarjetas de Trabajo) Las tareas de ingeniería son presentadas mediante las tarjetas de trabajo que se muestra en el Cuadro 4.

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Cuadro 4. Modelo propuesto para una tarea de ingeniería

Tarea de Ingeniería

Número Tarea: Historia de Usuario (Nro. y Nombre):

Nombre Tarea:

Tipo de Tarea :

Desarrollo / Corrección / Mejora / Otra

(especificar)

Puntos Estimados:

Fecha Inicio:

Fecha Fin:

Programador Responsable:

Descripción:



Tarjetas CRC (Clase - Responsabilidad – Colaborador). Estas tarjetas se dividen en tres secciones que contienen la información del nombre de la clase, sus responsabilidades y sus colaboradores. En la Figura 5 se muestra cómo se distribuye esta información. Cuadro 5. Modelo de tarjeta CRC



Una clase es cualquier persona, cosa, evento, concepto, pantalla o reporte. Las responsabilidades de una clase son las cosas que conoce y las que realizan, sus atributos y métodos. Los colaboradores de una clase son las demás clases con las que trabaja en conjunto para llevar a cabo sus responsabilidades.

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En la práctica conviene tener pequeñas tarjetas de cartón, que se llenarán y que son mostradas al cliente, de manera que se pueda llegar a un acuerdo sobre la validez de las abstracciones propuestas. Los pasos a seguir para llenar las tarjetas son los siguientes:

Encontrar clases

Encontrar responsabilidades

Definir colaboradores

Disponer las tarjetas

Para encontrar las clases debemos pensar qué cosas interactúan con el sistema (en nuestro caso el usuario), y qué cosas son parte del sistema, así como las pantallas útiles a la aplicación (un despliegue de datos, una entrada de parámetros y una pantalla general, entre otros). Una vez que las clases principales han sido encontradas se procede a buscar los atributos y las responsabilidades, para esto se puede formular la pregunta ¿Qué sabe la clase? y ¿Qué hace la clase? Finalmente se buscan los colaboradores dentro de la lista de clases que se tenga.

50

4. RESULTADOS 4.1 PROCESO DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO. Para la realización de los cálculos inherentes a cada uno de los métodos de extracción con disolvente, en primer lugar se define el comportamiento del triángulo equilátero en el plano cartesiano en los ejes (x, y) a través de ecuaciones lineales 1 - 3 en el Cuadro 6, que permitan la generación del triángulo y la ubicación de las concentraciones de los componentes A, B y C dentro del triángulo presentado en la Figura 16. 4.1.1 Funciones y Límites del Triángulo Equilátero. Cuadro 6. Funciones del Triángulo Equilátero

Función Valor x mín. Valor x máx. Ecuación

f(x) √75

5 (1 x 50 100 Ec. (1)

f(x) √75

5 (x 0 50 Ec. (2)

f(x) 0 100 Ec. (3)

Figura 16. Generación del Triángulo Equilátero

51

4.1.2 Funciones y Límites de las Concentraciones. 4.1.2.1 Conocidos los valores de las concentraciones Debido a que el valor de las concentraciones está dado en porcentajes, la sumatoria de A, B y C no debe superar el valor de 100%, cuyas funciones están representadas mediante las ecuaciones 6 - 8, y mostradas en el Cuadro 7 con sus respectivos límites. Límite inferior de las concentraciones en la ecuación 4:

Ec. (4) Límite superior de las concentraciones en la ecuación 5:

Ec. (5) Cuadro 7. Funciones de las concentraciones dado sus valores

Concentración (%) Función Valor x Ecuación

A

f(x) √75

5 (1 x x

C

2 Ec. (6)

B

f(x) √75

5 (x x

C

2 Ec. (7)

C

f(x) √75

5 (C x

C

2 Ec. (8)

4.1.2.2 Conocidos los valores de x y y. El Cuadro 8 muestra las ecuaciones 9 - 11 que representan los valores de las concentraciones en función de x y y. A manera de ejemplo, se muestra en la Figura 17 el gráfico de un punto dentro del triángulo equilátero generado por las ecuaciones 9-11.

52

Cuadro 8. Funciones de las concentraciones conocidos x y y.

Concentración (%) Función Ecuación

A 1 C Ec. (9)

B x C

2 Ec. (10)

C C (y 5

√75 Ec. (11)

Figura 17. Ubicación de punto de concentración en el Triángulo Equilátero.

4.1.3 Curva de Extracto, Refinado e Iteración y Líneas de Reparto. Una vez obtenido los datos correspondientes a las concentraciones de los componentes B y C, los métodos utilizados para la obtención de las funciones de las curvas de interpolación entre los puntos de las concentraciones son:

53

1) Método de Interpolación Lineal: Es el modo más simple de interpolación en la cual consiste en conectar dos puntos mediante una línea recta, que viene representada por la ecuación 12:

( ) ( ) ( ) -

- - Ec. (12)30

2) Método de Interpolación Cúbica: Son curvas de tercer orden empleadas para conectar dos puntos mediante la ecuación 13: Ecuación General:

( ) ( )

( )( )

( )

( )( )

[ ( )

] ( )

[ ( )

] ( )

31

Esta ecuación solo contiene dos incógnitas (Las segundas derivadas de cada intervalo). Esas incógnitas se pueden evaluar mediante la ecuación 14:

( ) ( ) ( )

[ ( ) ]

[ ( ) ]

32

4.1.4 Intercepto entre funciones Debido a que los distintos métodos de extracción con disolvente que exigen un número de datos referentes a las concentraciones en las curvas de extracto y

30

CHAPRA, Steven C., CANALE, Raymond P. Métodos Numéricos para Ingenieros, 5ª Edición. McGraw Hill. p. 501. 31

CHAPRA, Steven C., CANALE, Raymond P. Métodos Numéricos para Ingenieros, 5ª Edición.

McGraw Hill. p. 531. 32


McGraw Hill. p. 531.

54

refinado, se hace necesario implementar un método matemático que garantice los resultados pertinentes a las concentraciones en cada iteración. Partiendo de las curvas obtenidas a través de las interpolaciones, se conoce de antemano que son curvas de tercer orden y el método numérico apropiado para resolver este tipo de problemas es el método de Newton-Raphson, el cual se define a partir de la ecuación 15:

( )

( )

33

4.1.5 Ecuaciones del Método de Contacto Sencillo (Discontinuo) Las ecuaciones 16 - 24, utilizadas para los cálculos inherentes al método de contacto sencillo basadas en los balances de materia y del componente C, son las siguientes: Cantidad de Disolvente (D):

Donde:

F Cantidad másica en la limentación fc orcentaje del componente C en la limentación mc orcentaje del Componente C en la Mezcla Porcentaje del Componente C en la Mezcla (mc):

Donde:

F Cantidad másica en la limentación fc orcentaje del componente C en la limentación D Cantidad másica de Disolvente dc orcentaje del componente C en el Disolvente Cantidad de la Mezcla (M):

33


McGraw Hill. p. 157.

55

Donde:

F Cantidad másica en la limentación D Cantidad másica de Disolvente Cantidad de Extracto (E):

Donde:

M Cantidad másica en la Mezcla

mc orcentaje del componente C en la Mezcla

rc orcentaje del componente C en el Refinado ec orcentaje del componente C en el Extracto Cantidad de Refinado (R)

Donde: F Cantidad másica en la limentación

D Cantidad másica de Disolvente E Cantidad másica de Extracto ant a P o u to t aí o ’ :

Donde:

F Cantidad másica en la limentación

fc orcentaje del componente C en la limentación

r c orcentaje del componente C en el roducto Refinado

e c orcentaje del componente C en el roducto Extraído ant a P o u to na o ’ :

Donde:


E Cantidad másica de roducto Extraído

56

Cantidad de Másica de Componente B en el lado del Extracto (BE):

Donde:

E Cantidad másica en el Extracto


Cantidad de Másica de Componente B en el lado del Refinado (BR):

Donde:

R Cantidad másica en el Refinado

R Cantidad másica de roducto Refinado

4.1.6 Ecuaciones del Método de Contacto Múltiple en Corriente Directa (Continuo - Discontinuo) Las ecuaciones 25 – 36, utilizadas para los cálculos inherentes al método de contacto múltiple en corriente directa basadas en los balances de materia y de componente C, que son análogas al método de contacto sencillo a diferencia que el refinado es tratado nuevamente con disolvente. Las ecuaciones 16 - 20 son aplicables para la primera etapa y a partir de la segunda etapa las ecuaciones serán las siguientes: Cantidad de Disolvente (Dn) en la etapa n:

n n n n

n

Donde:

Rn 1 Cantidad másica de Refinado de la etapa anterior rcn 1 orcentaje del componente C en el Refinado de la etapa anterior mcn orcentaje del Componente C en la Mezcla en la etapa n Porcentaje del Componente C en la Mezcla (mcn) en la etapa n:

n n n n n

n n

Donde:

Rn 1 Cantidad másica de Refinado de la etapa anterior

57

rcn 1 orcentaje del componente C en el Refinado de la etapa anterior Dn Cantidad másica de Disolvente en la etapa n dcn orcentaje del componente C en el Disolvente en la etapa n Cantidad de la Mezcla (Mn):

n n n Donde:

Rn 1 Cantidad másica de Refinado de la etapa anterior Dn Cantidad másica de Disolvente en la etapa n Cantidad de Extracto (E):

∑

n

n

Cantidad de Extracto (En) en cada una de las etapas:

n n n n

n n

Donde:

Mn Cantidad másica en la Mezcla en la etapa n mcn orcentaje del componente C en la Mezcla en la etapa n rcn orcentaje del componente C en el Refinado en la etapa n ecn orcentaje del componente C en el Extracto en la etapa n Composición de A, B y C en el Extracto al final del proceso:

o po n ∑ ant a a o pon nt a a tapa n

ant a a t a to

Cantidad de Refinado (R)

∑

n

Donde:

F Cantidad másica en la limentación D Cantidad másica de Disolvente E Cantidad másica de Extracto

58

Cantidad de Refinado (Rn) en cada una de las etapas:

n n n n Donde:

Rn 1 Cantidad másica de Refinado de la etapa anterior Dn Cantidad másica de Disolvente en la etapa n En Cantidad másica de Extracto en la etapa n ant a P o u to t aí o ’ :

n

n

Donde:

F Cantidad másica en la limentación fc orcentaje del componente C en la limentación

r cn orcentaje del componente C en el roducto Refinado en la última etapa

e c orcentaje del componente C en el roducto Extraído Cantidad de Producto Refinado ’ :

Donde:



Cantidad de Másica de Componente B en el lado del Extracto (BE):

Donde:

E Cantidad másica en el Extracto


Cantidad de Másica de Componente B en el lado del Refinado (BR):

Donde:

R Cantidad másica en el Refinado

R Cantidad másica de roducto Refinado

59

4.1.7 Ecuaciones del Método de Contacto Múltiple en Contracorriente (Continuo) Las ecuaciones utilizadas para los cálculos inherentes al método de contacto sencillo basadas en los balances de materia y de componente C, son las siguientes: Balance de materia aplicado a todo el sistema representado por la ecuación 37:

n Donde:

F Cantidad másica en la limentación D Cantidad másica de Disolvente E1 Cantidad másica de Extracto en la primera etapa

Rn Cantidad másica de Refinado en la última etapa Porcentaje del Componente C en la Mezcla (mc): La cantidad del componente C en la mezcla se calcula a partir de la ecuación 17 Ec. (17). Cantidad de Extracto (E):

n

n

Donde:

M Cantidad másica en la Mezcla mc orcentaje del componente C en la Mezcla

rcn orcentaje del componente C en el Refinado en la última etapa ec1 orcentaje del componente C en el Extracto en la primera etapa Cantidad de Refinado (R)

Donde:


D Cantidad másica de Disolvente E1 Cantidad másica de Extracto en la primera etapa ant a P o u to t aí o ’ y P o u to na o ’ : Las ecuaciones correspondientes para el cálculo de estas cantidades son la ecuación 21 para el Producto Extraído y la ecuación 22 para el Producto Refinado.

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Cantidad de Másica de Componente B en el lado del Extracto (BE) y el Refinado (BR): Las ecuaciones utilizadas para el cálculo de las cantidades de BE y BR son las ecuaciones Ec. (23) y Ec. (24) respectivamente. 4.1.8 Ecuaciones del Método de Contacto Múltiple en Contracorriente con Reflujo (Continuo) En vista que este método necesita adicionalmente de un diagrama distinto al triángulo equilátero para la realización de los cálculos y obtener los resultados inherentes a este método, se ha omitido debido a que este proyecto solo se limita a la realización de cálculos que solo dependan del triángulo equilátero. 4.2 Ciclo de vida del Proyecto de la Aplicación de escritorio DISOLVEXT. A partir de los métodos numéricos, ecuaciones de balance de masa y ecuaciones de balance de componentes utilizados para la realización de cálculos inherentes a los distintos métodos de extracción con disolvente, se procede al desarrollo del software utilizando la metodología ágil adoptada por la programación extrema (XP) aplicando cada una sus fases. 4.2.1 Fase de la Exploración. En esta fase, se plantean a grandes rasgos las historias de usuario que son de interés para la primera entrega del producto. Al mismo tiempo se familiariza con las herramientas, tecnologías y prácticas que se utilizó en el proyecto. A continuación se presentan las historias del usuario y las herramientas utilizadas para el desarrollo del proyecto mediante los Cuadros 9 - 12. Cuadro 9. Historia de Usuario 1 (Introducción a los cálculos)

Historia de Usuario

Número: 1 Usuario: Alexander Baldiris De Arco

Nombre historia: Introducción a los cálculos

Prioridad en negocio: Alta

Riesgo en desarrollo: Alta

Puntos estimados: 3 Iteración asignada: 2

Programador responsable: Alexander Baldiris De Arco

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Descripción: El usuario tendrá la facilidad seleccionar uno de los tres métodos de cálculo para el proceso de extracción líquido – líquido a través de una interfaz gráfica proporcionada por un software de escritorio, que pida los datos básicos referentes al método por un diagrama de flujo representativo del proceso y que a su vez muestre los resultados en el diagrama de flujo y la represente en el triángulo equilátero.

Observaciones: CONFIRMADO con el cliente

Cuadro 10. Historia de Usuario 2 (Cálculos de Métodos de Extracción en Contacto Sencillo)

Historia de Usuario


Nombre historia: Cálculos de Métodos de Extracción en Contacto Sencillo

Prioridad en negocio: Alta Riesgo en desarrollo: Alta



Descripción: El usuario ingresará el número mínimo de datos para realizar los cálculos pertinentes al método de contacto sencillo dentro del diagrama de flujo representativo a este proceso y tendrá la posibilidad de exportar e importar los datos correspondientes a las concentraciones de la curva binodal. Los resultados de los cálculos serán mostrados en el diagrama de flujo y las concentraciones calculadas serán mostradas a través del triángulo equilátero, además que el usuario tenga la opción de imprimir estos resultados en físico.


62

Cuadro 11. Historia de Usuario 3 (Cálculos de Métodos de Extracción en Contacto Múltiple en Corriente Directa)

Historia de Usuario


Nombre historia: Cálculos de Métodos de Extracción en Contacto Múltiple en Corriente Directa





Descripción: El usuario ingresará el número mínimo de datos para realizar los cálculos pertinentes al método de contacto múltiple en corriente directa dentro del diagrama de flujo representativo a este proceso y tendrá la posibilidad de exportar e importar los datos correspondientes a las concentraciones de la curva binodal. Los resultados de los cálculos serán mostrados en el diagrama de flujo y las concentraciones calculadas serán mostradas a través del triángulo equilátero, además que el usuario tenga la opción de imprimir estos resultados en físico.


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Cuadro 12. Historia de Usuario 4 (Cálculos de Métodos de Extracción en Contacto Múltiple en Contracorriente)

Historia de Usuario


Nombre historia: Cálculos de Métodos de Extracción en Múltiple en Contracorriente





Descripción: El usuario ingresará el número mínimo de datos para realizar los cálculos pertinentes al método de contacto múltiple en contracorriente dentro del diagrama de flujo representativo a este proceso y tendrá la posibilidad de exportar e importar los datos correspondientes a las concentraciones de la curva binodal. Los resultados de los cálculos serán mostrados en el diagrama de flujo y las concentraciones calculadas serán mostradas a través del triángulo equilátero, además que el usuario tenga la opción de imprimir estos resultados en físico.


Con las historias del usuario ya culminadas se procedió a dar continuidad a la selección de herramientas y tecnologías utilizadas durante el desarrollo del proyecto.

64

Teniendo en cuenta que es un software de escritorio y de bajo coste para sistemas operativos de Microsoft Windows superiores a la versión XP, se utilizó como lenguaje de programación Java, ya que proporciona una exactitud en sus procesos matemáticos además que está disponible para los desarrolladores con una documentación completa, y para el despliegue del triángulo se utilizó como herramienta el software Graph, en detalle para el desarrollo del proceso se utilizó lo siguiente: Sistema Operativo:

Microsoft Windows 7 Ultimate x86 Lenguaje de programación:

JDK 1.6.0_31 Herramientas:

NetBeans IDE 7.1.1 (Build 201203091344) - Entorno de Desarrollo Integrado

Graph Versión 4.4 (Build 532) - Generador de Gráficos en el Plano Cartesiano.

GIMP 2.8.2 - Editor de imágenes.

JUG Release 1.6 - Generador de UML para Java

Launch4j 3.0.2 – Cross Platform Java Application Wrapper 4.2.2 Fase de Planeamiento. Las historias del usuario se ha priorizado según el número de historia, y el tiempo estimado para cada iteración es de 3 semanas. En el Anexo A se muestra el cronograma de actividades establecidas durante la ejecución del proyecto, y en los cuadros 13, 14, 16, 18 y 20 muestran cada una de las tareas de ingeniería establecidas en las historias de usuario, el cuadro 15 representa la prueba de aceptación de las iteraciones 1, 2 y los cuadros 17,19 y 21 exponen las pruebas de aceptación equivalente a las iteraciones 3, 4 y 5. Las figuras 18, 19 y las figuras 25 – 27 revelan gráficamente las equivalencias de las clases desarrolladas en cada tarea de ingeniería, y las figuras 20 – 24 muestran los resultados obtenidos de la prueba de aceptación 001. Finalmente se culmina la fase planeamiento con la exhibición de las tareas de ingeniería, las figuras representativas a diagrama de clases y resultados de las pruebas de aceptación de la siguiente forma ordenada:

65

Cuadro 13. Iteración 1


Número Tarea: 1 Historia de Usuario (Nro. y Nombre): 1

Nombre Tarea: Iteración 1

Tipo de Tarea : Desarrollo

Puntos Estimados: 3

Fecha Inicio: 01 de Marzo de 2012 Fecha Fin: 25 de Marzo de 2012

Programador Responsable: Alexander Baldiris De Arco

Descripción: En esta tarea se procederá a realizar el diseño del entorno gráfico del software y validaciones de datos requeridos para la realización de cálculos inherentes a los de extracción con disolvente.

Figura 18. Clases desarrolladas en la Iteración 1.





Tipo de Tarea : Desarrollo Puntos Estimados: 3

Fecha Inicio: 26 de Marzo de 2012 Fecha Fin: 22 de Abril de 2012


Descripción: Se desarrollarán las clases comunes que cada método, donde se incluyen la generación de documento para el software Graph, guardar archivos, abrir archivos, conversor de plano cartesiano a diagrama de concentración y formatos de impresión.

66


.

Cuadro 15. Prueba de Aceptación 001


Código: 001 Historia de Usuario (Nro. y Nombre): 1

Nombre: Aceptación de Iteración 1 y 2

Descripción: Se procede a verificar si las interfaces gráficas del usuario mostrados por el programa cumplen con lo requerido por el cliente.

Condiciones de Ejecución: Ninguna

Entrada / Pasos de ejecución: Manipulación del entorno grafico del software por usuarios que desconocen el tema.

Resultado Esperado: Que el usuario tenga una buena apreciación del entorno gráfico del programa a pesar de no tener conocimientos previos del tema, además que tenga la facilidad de manejarlo sin ningún tipo duda que no tenga que ver con el método de extracción utilizado.

Evaluación de la Prueba: Bueno, el entorno es intuitivo y agradable. Solo se necesita de un conocimiento básico del método a utilizar.

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4.2.2.1 Resultados de la prueba de aceptación 001 Figura 20. Pantalla de Inicio

Figura 21. Pantalla del Método de Contacto Sencillo.

Los íconos de los botones Home, Ayuda, Abrir, Imprimir, Guardar, Borrar y Calcular mostradas en las figuras 21 – 23 de cada uno de los métodos, fueron obtenidos a través de la página web Devianart en la url

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http://tpdkcasimir.deviantart.com/gallery/#/df7y8h el día 28 de Marzo de 2012, y cuyo autor de los íconos es TPDKCasimir. Figura 22. Pantalla del Método de Contacto Múltiple en Corriente Directa

Figura 23. Pantalla del Método de Contacto Múltiple en Contracorriente.

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Figura 24. Pantalla de Resultados en el Diagrama del Triángulo Equilátero.





Tipo de Tarea : Desarrollo Puntos Estimados: 3

Fecha Inicio: 23 de Abril de 2012 Fecha Fin: 14 de Mayo de 2012


Descripción: Se desarrollará la clase pertinente al método de contacto sencillo, que contenga las formulas y métodos para la obtención de resultados del método de extracción.

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Nombre: Aceptación de Iteración 3

Descripción: Se procede a verificar y comparar los resultados obtenidos al aplicar los problemas planteados 7.5 y 7.6 del método de contacto múltiple en corriente directa presentada en el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. Extracción Líquido-Líquido, a sus páginas correspondientes a 129 y 131, sin exceder una diferencia porcentual del 5%.


Entrada / Pasos de ejecución: Se introducen los valores correspondientes a los datos de la curva de equilibrio para cada enunciado, al igual que los datos conocidos del problema dentro que concerniente al método de extracción por contacto múltiple en corriente directa.

Resultado Esperado: Los valores y diagramas presentados por el software no tengan mucha diferencia con los valores y diagramas mostrados en cada uno de los problemas presentados por la bibliografía consultada.

Evaluación de la Prueba: Los valores de los resultados y graficas generadas por el software presentan una diferencia máxima del 0,9% con respecto a los valores y las gráficas presentadas por cada uno de los problemas planteados por la bibliografía consultadas. Siendo este porcentaje de error tolerable para el programa, además que no se tiene certeza si los valores y diagramas de mostrados en la bibliografía consultada son de gran exactitud, ya que solo se toman como referencia. Se concluye que el programa si cumple con la demanda del cliente.

71

4.2.2.2 Resultados de la prueba de aceptación 002 4.2.2.2.1 Planteamiento del Problema 7,5 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 129. “1 kg de una mezcla de Ácido Acético – Cloroformo de 30% en peso de Ácido Acético se tratan, en contacto sencillo, con agua a 18°C, al objeto de extraer Ácido cético. Calcúlese las cantidades mínima y máxima de agua a emplear.” Resultados del problema 7.5 mostrados en la literatura: La composición de Ácido Acético leída en el diagrama triangular es de 28,3%, el valor del flujo másico en la alimentación es de 100 kg y con una composición del 30% de Ácido Acético, se procede a realizar un balance de materia aplicado al componente C, se calculó la cantidad mínima de agua a emplear.

Cantidad mínima de Agua a emplear = 6 kg.

La composición de Ácido Acético leída en el diagrama triangular es de 0,5%, el valor del flujo másico en la alimentación es de 100 kg y con una composición del 30% de Ácido Acético, se procede a realizar un balance de materia aplicado al componente C, se calculó la cantidad máxima de agua a emplear.

Cantidad máxima de Agua a emplear = 5900 kg

Resultados del problema 7.5 a partir de la gráfica generada y formulas planteadas en el software DISOLVEXT. La composición de Ácido Acético calculada en el diagrama triangular es de 28,31%, el valor del flujo másico en la alimentación es de 100 kg y con una composición del 30% de Ácido Acético, se procede a realizar el cálculo de la cantidad mínima de agua a partir de la ecuación Ec. (16).

Cantidad mínima de Agua a emplear = 5,94 Kg.

La composición de Ácido Acético calculada en el diagrama triangular es de 0,35%, el valor del flujo másico en la alimentación es de 100 kg y con una composición del 30% de Ácido Acético, se procede a realizar el cálculo de la cantidad mínima de agua a partir de la ecuación Ec. (16).

Cantidad máxima de Agua a emplear = 8304,15 kg En el Anexo B se muestran los datos de las curvas y los diagramas de los resultados mostrados en la literatura comparados con los diagramas generados por DISOLVEXT.

72

4.2.2.2.2 Planteamiento del Problema 7.6 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 131. “100 kg de una mezcla de Ácido Acético – Cloroformo de 30% en peso de Ácido Acético se tratan, en contacto sencillo, con agua a 18°C, al objeto de extraer Ácido Acético y la mezcla es tratada con 120 kg de agua. Calcúlese:

a) Las composiciones de extracto y refinado. b) Los pesos del extracto y refinado. c) Las composiciones del producto extraído y refinado. d) Los pesos del producto extraído y refinado”.

Resultados del problema 7.6 mostrados en la literatura:

a) La composición de Ácido Acético en la mezcla calculada es de 13,6%, se situó el punto de mezcla sobre el diagrama del triángulo equilátero, la cual fue trazada la recta de reparto que intercepta las curvas de extracto y refinado con el fin de observar la composición de Ácido Acético del extracto y refinado. Dando como resultado las siguientes composiciones:

Composición de Ácido Acético en el Extracto = 17,8% Composición de Ácido Acético en el Refinado = 4,8%

b) Los pesos de extracto y refinado calculados teniendo en cuenta las

composiciones de Ácido Acético de cada flujo y la cantidad de la mezcla y aplicando las ecuaciones Ec. (19) y Ec. (20), la literatura muestra los siguientes resultados:

Cantidad de Extracto = 135,3 kg Cantidad de Refinado = 84,7 kg

c) Las composiciones del producto extraído y refinado se leen a partir del

diagrama triangular en las intercepciones BE1 y BR1, mostrando los siguientes resultados:

Composición de Ácido Acético en el Producto Extraído = 93% Composición de Ácido Acético en el Producto Refinado = 4,6%

d) Los pesos de extracto y refinado calculados teniendo en cuenta las


73

Cantidad de Producto Extraído = 28,6 kg Cantidad de Producto Refinado = 71,4 kg

Resultados del problema 7.6 a partir de la gráfica generada y formulas planteadas en el software DISOLVEXT.

a) La composición de Ácido Acético en la mezcla calculada es de 13,63%, se situó el punto de mezcla sobre el diagrama del triángulo equilátero, la cual fue trazada la recta de reparto que intercepta las curvas de extracto y refinado con el fin de calcular la composición de Ácido Acético del extracto y refinado. Dando como resultado las siguientes composiciones:

Composición de Ácido Acético en el Extracto = 18,16% Composición de Ácido Acético en el Refinado = 4,52%

b) Los pesos de extracto y refinado calculados teniendo en cuenta las



c) Las composiciones del producto extraído y refinado se leen a partir del

diagrama triangular en las intercepciones BE1 y BR1, mostrando los siguientes resultados:

Composición de Ácido Acético en el Producto Extraído = 95,9% Composición de Ácido Acético en el Producto Refinado = 4,57%

d) Los pesos de extracto y refinado calculados teniendo en cuenta las



En el Anexo B se muestran los datos de las curvas de equilibrio y los diagramas de los resultados mostrados en la literatura comparados con los diagramas generados por DISOLVEXT.

74






Puntos Estimados: 3

Fecha Inicio: 15 de Marzo de 2012

Fecha Fin: 3 de Junio de 2012


Descripción: Se desarrollará la clase pertinente al método de contacto múltiple en corriente directa, que contenga las formulas y métodos para la obtención de resultados del método de extracción


75





Descripción: Se procede a verificar y comparar los resultados obtenidos al aplicar los problemas planteados 7.9 y 7.11 del método de contacto múltiple en corriente directa, presentados en el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. Extracción Líquido-Líquido, a sus páginas correspondientes a 143 y 150, teniendo en cuenta una diferencia porcentual alrededor del 5% comparado a los resultados gráficos mostrados entre la bibliografía y DISOLVEXT.


Entrada / Pasos de ejecución: Se introducen los valores correspondientes a los datos de la curva de equilibrio para cada enunciado, al igual que los datos conocidos del problema dentro que concerniente al método de extracción por contacto múltiple en corriente directa.

Resultado Esperado: Los valores y diagramas presentados por el software no tengan mucha diferencia con los valores y diagramas mostrados en cada uno de los problemas presentados por la bibliografía consultada.

Evaluación de la Prueba: Los valores de los resultados y graficas generadas por el software presentan una diferencia máxima del 5,2% con respecto a los valores y las gráficas presentadas por cada uno de los problemas planteados por la bibliografía consultadas. Siendo este porcentaje de error tolerable para el programa, además que no se tiene certeza si los valores y diagramas de mostrados en la bibliografía consultada son de gran exactitud, ya que solo se toman como referencia. Se concluye que el programa si cumple con la demanda del cliente.

4.2.2.3 Resultados de la prueba de aceptación 003 4.2.2.3.1 Planteamiento del Problema 7.9 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 143. “1 kg de una disolución de A y C, de composición 30% en peso de C, se somete a un proceso de extracción de corriente directa empleando como disolvente el

76

componente B. la operación se efectúa en 3 etapas utilizando 50 kg de B en cada etapa. Calcúlese:

a) La cantidad y composición del extracto y refinado en cada una de las etapas.

b) La cantidad y composición del producto extraído y del producto refinado”. Resultados del problema 7.9 mostrados en la literatura:

a) Las composiciones del componente C en el extracto y refinado leídos en cada una de las etapas a partir del diagrama triangular mostrado en la literatura, y el cálculo de las cantidades de materia correspondientes a extracto y refinado de cada una de las etapas, muestra los siguientes resultados:

Etapa 1:

(%C) Extracto = 28% (%C) Refinado = 11,3%


Etapa 2: (%C) Extracto = 10%

(%C) Refinado = 3,1%


Etapa 3: (%C) Extracto = 2,3% (%C) Refinado = 0,8%


b) La cantidad y composición del producto extraído y del producto refinado

muestra los siguientes resultados:

(%C) Producto Extraído = 54% (%C) Producto Refinado = 0,9%


Resultados del problema 7.9 a partir de la gráfica generada y formulas planteadas en el software DISOLVEXT.

77

a) Las composiciones del componente C en el extracto y refinado leídos en cada una de las etapas a partir del diagrama triangular mostrado en la literatura, y el cálculo de las cantidades de materia correspondientes a extracto y refinado de cada una de las etapas, muestra los siguientes resultados:

Etapa 1:

(%C) Extracto = 28,07% (%C) Refinado = 11,07%


Etapa 2:



Etapa 3:


Cantidad de Extracto = 57,55 kg Cantidad de Refinado = 50 kg

b) La cantidad y composición del producto extraído y del producto refinado

muestra los siguientes resultados:

(%C) Producto Extraído = 56,46% (%C) Producto Refinado = 0,81%


En el Anexo B se muestran los datos de las curvas del extracto y refinado, y los diagramas de los resultados mostrados en la literatura comparados con los diagramas generados por DISOLVEXT. 4.2.2.3.2 Planteamiento del Problema 7.11 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 150. “1 Kg de una mezcla de ácido acético-cloroformo de composición 35% en peso de ácido acético, se extraen con agua operando en contacto múltiple a 18°C, para obtener un producto refinado que contenga menos del 3% en peso de ácido

78

acético. Calcúlese el número de etapas si la cantidad de agua a emplear es de 100Kg y se emplea la misma cantidad en cada una de las etapas”. Solución planteada del problema 7.11 en la literatura: Este problema se resuelve por tanteo. Tanteo 1:

(%C) Producto Refinado = 6,2%

Tanteo 2:


Resultados del problema 7.11 a partir de la gráfica generada y formulas planteadas en el software DISOLVEXT. Tanteo 1:


Tanteo 2: (%C) Producto Refinado = 0,82%

En el Anexo B se muestran los datos de las curvas del extracto y refinado, y los diagramas de los resultados mostrados en la literatura comparados con los diagramas generados por DISOLVEXT. Cuadro 20. Iteración 5





Puntos Estimados: 3

Fecha Inicio: 4 de Marzo de 2012 Fecha Fin: 24 de Junio de 2012


Descripción: Se desarrollará la clase pertinente al método de contacto múltiple en corriente directa, que contenga las formulas y métodos para la obtención de resultados del método de extracción

79


80





Descripción: Se procede a verificar y comparar los resultados obtenidos al aplicar los problemas planteados 7.17 y 7.18 del método de contacto múltiple en contracorriente, presentados en el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. Extracción Líquido-Líquido, a sus páginas correspondientes a 165 y 168, teniendo en cuenta una diferencia porcentual alrededor del 5% comparado a los resultados gráficos mostrados entre la bibliografía y DISOLVEXT.


Entrada / Pasos de ejecución: Se introducen los valores correspondientes a los datos de la curva de equilibrio para cada enunciado, al igual que los datos conocidos del problema dentro que concerniente al método de extracción por contacto múltiple en contracorriente.

Resultado Esperado: Los valores y diagramas presentados por el software, no tengan mucha diferencia con los valores y diagramas mostrados en cada uno de los problemas presentados por la bibliografía consultada.

Evaluación de la Prueba: Los valores de los resultados y graficas generadas por el software presentan una diferencia máxima del 0,5% con respecto a los valores y las gráficas presentadas por cada uno de los problemas planteados por la bibliografía consultadas. Siendo este porcentaje de error tolerable para el programa, además que no se tiene certeza si los valores y diagramas mostrados en la bibliografía consultada son de gran exactitud, ya que solo se toman como referencia. Se concluye que el programa si cumple con la demanda del cliente.

81

4.2.2.4 Resultados de la prueba de aceptación 004 4.2.2.4.1 Planteamiento del Problema 7.17 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 165. “Una mezcla Difenilhexano - Docosano de composición 50% en peso, se extrae a 45°C con Furfurol, para reducir la concentración de Difenilhexano en el producto refinado a menos del 10%. Si se emplea 800 kg de Furfurol por cada 500Kg de mezcla inicial, calcúlese el número de etapas teóricas necesarias para efectuar la separación indicada.” Solución planteada del problema 7.17 en la literatura: En el diagrama triangular se lee la composición de Difenilhexano máxima en el lado del refinado, a partir de la intercepción de la recta R’ y la curva binodal del lado del refinado, dando como resultado una composición máxima de 9,3%. El resultado del número de etapas teóricas leídas a través del diagrama del triángulo equilátero es de 2 etapas. Con una composición final de Difenilhexano en el refinado de 5,2% Resultados del problema 7.17 a partir de la gráfica generada y formulas planteadas en el software DISOLVEXT. En el diagrama triangular se calcula la composición de Difenilhexano máximo en el lado del refinado, a partir de la intercepción de la recta R’ y la curva binodal del lado del refinado, dando como resultado una composición máxima de 9,52%. El resultado del número de etapas teóricas leídas a través del diagrama del triángulo equilátero es de 2 etapas. Con una composición final de Difenilhexano en el refinado de 5,65% En el Anexo B se muestran los datos de las curvas del extracto y refinado, y los diagramas de los resultados mostrados en la literatura comparados con los diagramas generados por DISOLVEXT. 4.2.2.4.2 Planteamiento del Problema 7.18 el libro de OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II. p 168. “Disponemos de 1500 kg de una mezcla acuosa de piridina, de 50% de composición en peso. Se pretende reducir su concentración por debajo del 3% en un proceso de extracción en contra corriente empleando Clorobenceno como agente extractor. Calcúlese:

a) Cantidad mínima de Clorobenceno a emplear. b) Numero de etapas teóricas si se emplean 1500 kg de Clorobenceno. c) La cantidad de extracto y refinado que salen del sistema”

82

Resultados mostrados del problema 7.18 en la literatura:

a) Cantidad mínima de Clorobenceno a emplear es de 1150 kg. b) El número de etapas teóricas si se emplean 1500 kg de Clorobenceno es

de 3 etapas. c) La cantidad de extracto que sale del sistema es de 2300 kg, y la cantidad

de refinado que sale del sistema es de 700 kg. Resultados del problema 7.18 a partir de la gráfica generada y formulas planteadas en el software DISOLVEXT.

a) Cantidad mínima de Clorobenceno a emplear es de 1147,81 kg. b) El número de etapas teóricas si se emplean 1500Kg de Clorobenceno es de

3 etapas. c) La cantidad de extracto que sale del sistema es de 2300,63 kg, y la

cantidad de refinado que sale del sistema es de 699,36 kg. En el Anexo B se muestran los datos de las curvas del extracto y refinado, y los diagramas de los resultados mostrados en la literatura comparados con los diagramas generados por DISOLVEXT. 4.2.3 Fase de Producción. En esta fase se procedió a realizar pruebas en los diferentes métodos de extracción con disolvente, introduciendo valores fuera de los rangos establecidos por la teoría, además de introducir valores no representativos de las concentraciones para la generación de curvas binodales con el fin de registrar ciertos comportamientos y cálculos anormales que puedan afectar el buen funcionamiento del software. 4.2.4 Fase de Mantenimiento. Teniendo en cuenta las anomalías presentadas en la fase de producción, se procedió a corregir ciertos errores que pueden presentarse durante el uso de la aplicación, además que se realizó una revisión exhaustiva al código fuente con el fin de aumentar el buen desempeño y rendimiento del producto a entregar. 4.2.5 Fase de Muerte. Una vez comprobado todo el código y el buen rendimiento, confiabilidad del software y se ha comprobado el cumplimiento de las historias del usuario, se puede afirmar que el proyecto esta culminado y no necesita más cambios en su estructura, se procedió a compilarlo en una presentación más amigable para el usuario final.

83

4.3 Análisis General de los Resultados A partir de las pruebas de aceptación realizadas en cada una de las iteraciones para el desarrollo del software DISOLVEXT, se realizaron los cuadros 22 - 24 donde se comparan de los resultados numéricos obtenidos en la bibliografía y los resultados calculados por el programa para cada uno de los métodos de extracción, con el fin de tener una medida cuantitativa de la diferencia porcentual entre los resultados, el cual se calcula a partir de la ecuación 18.

Po nta n a ( )

VT = Valor teórico proporcionado por la bibliografía VD = Valor generado por el programa DISOLVEXT Debido a que se está comparando valores obtenidos en la bibliografía a través del método de observación contra los valores obtenidos a través de métodos matemáticos para cada uno de los métodos de extracción con disolvente, se puede estimar un promedio de la diferencia porcentual máxima del 10% en los resultados de cada método para lograr la aceptación final del programa, dónde el promedio de la diferencia es calculado mediante la ecuación 39.

P o o ∑ n

n

Cuadro 22. Resultados para el Método de Contacto Sencillo

Problema Calcular Resultados

% Dif. Bibliografía DISOLVEXT

7.5 Las cantidades

mínima y máxima de agua a emplear

Composición Refinado: 28,3%

Composición Refinado: 28,31% 0,04

Cantidad mínima de Agua a emplear = 6 kg

Cantidad mínima de Agua a emplear = 5,94 kg

1,00

Composición Extracto: 0,5%

Composición Extracto: 0,35% 30,00

Cantidad máxima de Agua a emplear = 5900 kg

Cantidad máxima de Agua a emplear = 8304,15 kg

40,75

7.6 a) Las composiciones de extracto y refinado.

Composición de Ácido Acético en el Extracto = 17,8%

Composición de Ácido Acético en el Extracto = 18,16%

2,02

84

Composición de Ácido Acético en el Refinado = 4,8%

Composición de Ácido Acético en el Refinado = 4,52%

5,83

b) Los pesos del extracto y refinado.

Cantidad de Extracto = 135,3 kg

Cantidad de Extracto = 146,92Kg

7,91

Cantidad de Refinado = 84,7 kg

Cantidad de Refinado = 73,07Kg 13,73

c) Las composiciones del producto extraído

y refinado.

Composición de Ácido Acético en el Producto Extraído = 93%

Composición de Ácido Acético en el Producto Extraído = 95,9%

3,12

Composición de Ácido Acético en el Producto Refinado = 4,6%

Composición de Ácido Acético en el Producto Refinado = 4,57%

0,65

d) Los pesos del producto extraído y

refinado

Cantidad de Producto Extraído = 28,6 kg


2,69

Cantidad de Producto Refinado = 71,4 kg


1,06

Cuadro 23. Resultados para el Método de Contacto Múltiple en Corriente Directa



7.9

a) La cantidad y

composición del extracto y refinado en

cada una de las etapas.


Etapa 1: (%C) Extracto = 28,07%

0,25

Etapa 1: (%C) Refinado = 11,3%


2,04

Etapa 1: Cantidad de Extracto = 78,1 kg


0,83

Etapa 1: Cantidad de Refinado = 71,9 kg


0,90

85



4,00


Etapa 2: (%C) Refinado = 3,08% 0,65



1,35



0,37



4,78



3,75



4,40


Etapa 3: Cantidad de Refinado = 50 kg

5,93

b) La cantidad y composición del

producto extraído y del producto refinado

(%C) Producto Extraído = 54%

(%C) Producto Extraído = 56,46% 4,54


(%C) Producto Refinado = 0,81% 10,00



5,19



6,16

7.11

El número de etapas si la cantidad de agua

a emplear es de 100Kg y se emplea la

misma cantidad en


Tanteo 1: (%C) Producto Refinado = 6,26% 0,97

86

cada una de las etapas



59,41

Cuadro 24. Resultados para el Método de Contacto Múltiple en Contracorriente



7.17

El número de etapas teóricas necesarias

para efectuar la separación indicada

2 etapas 2 etapas

0

7.18

a) Cantidad mínima de Clorobenceno a

emplear.

1150 kg 1147,81 kg

0,19

b) Numero de etapas teóricas si se emplean 1500 kg de

Clorobenceno.

3 etapas 3 etapas.

0

c) La cantidad de extracto y refinado

que salen del sistema

La cantidad de extracto es de 2300 kg

La cantidad de extracto es de 2300,63 kg

0,03

La cantidad de refinado es de 700 kg.

La cantidad de refinado es de 699,36 kg.

0,1

romedio Dif Contacto Sencillo 1 ,

12

romedio Dif Contacto Múltiple Corriente Directa 115,51

1

romedio Dif Contacto Múltiple en Contracorriente ,31

5

E

87

5. CONCLUSIÓN La elaboración de un software para los cálculos inherentes en los métodos de extracción con disolvente, es un proceso que conjuga la utilización de herramientas computacionales y conocimientos en matemáticas avanzadas, geometría, métodos numéricos y balance de materia. Herramientas y conocimientos muy importantes para un ingeniero químico como lo son los conceptos ingenieriles en el ámbito de la operación unitaria sobre extracción líquido – líquido y la utilización de programas de ordenadores. Por ello, en el desarrollo de este trabajo cabe resaltar la forma sistemática en que se emplearon estas herramientas y conocimientos para así lograr obtener un producto que se obtuvo como resultado del esmero y dedicación así como el deseo de proporcionar a la comunidad educativa Bonaventuriana nuevas herramientas para la proyección y el mejoramiento para el desarrollo de diversas cátedras que emplean a la operación unitaria de extracción con disolvente. Del desarrollo de este trabajo de grado se puede concluir lo siguiente:

El programa para los cálculos inherentes en los procesos de extracción con disolvente hace uso de Java como leguaje de programación del software, el cual tiene un lenguaje de programación practico, robusto, soportado y bien documentado que permite el cumplimiento del propósito primordial de este proyecto que es brindar una herramienta computacional que permita los estudiantes de Ingeniería Química y áreas a fines al tema dar continuidad a la operación unitaria de extracción con disolvente, sin preocuparse por el tiempo demandado para dar solución a problemas referentes a los distintos métodos de extracción con disolvente.

El programa Graph como complemento para la generación y manipulación de los resultados presentados en el diagrama triangular equilátero es de gran ayuda por su diseño al momento de representar gráficamente las funciones matemáticas en un sistema de coordenadas, y por tener la capacidad de dibujar las funciones necesarias para mostrar los resultados de cada uno de los métodos de extracción con disolvente.

La selección de las ecuaciones para los cálculos inherentes en los distintos métodos de extracción con disolvente, se realizó a partir de un análisis minucioso de la congruencia que tenían los resultados de estas ecuaciones con los datos experimentales mostrados, a través de diferentes problemas propuestos en las referencias consultadas.

88

Los datos de los resultados obtenidos por el software a través de los diferentes problemas propuestos en las referencias consultadas, tienen un promedio de la diferencia porcentual aproximada del 5,2% dependiendo del caso y método a resolver, lo cual lo hace fiable y aceptable dentro de los parámetros de diferencia establecidos. Teniendo en cuenta que los problemas propuestos en las referencias solo se tomaron como un comparativo ya que se desconoce el margen de error que estos presentan y el método de observación que se utilizó para dar con las respuestas a comparar.

El tiempo necesario para la generación de gráficos y mostrar los resultados a los diferentes problemas planteados de los distintos métodos para el cálculo de extracción con disolvente realizados con el software, no se pudieron comparar con el tiempo mínimo requerido para que un estudiante resolviera el problema más sencillo del método de extracción con disolvente, ya que al software solo le toma menos de 5 segundos después de haberle ingresado los datos para resolver el problema, y a un estudiante que tenga destreza en el manejo del diagrama del triángulo equilátero le llevaría un promedio de 5 segundos para ubicar un punto dentro del diagrama del triángulo equilátero.

Por último, cabe resaltar que el software es muy intuitivo y puede ser usado en versiones de sistemas operativos superiores a Microsoft Windows XP, de fácil instalación y consumo mínimo de recursos del sistema operativo.

89

6. RECOMENDACIONES

Luego de concluido este trabajo de desarrollo de una herramienta computacional, se pueden establecer las siguientes recomendaciones:

Extender el trabajo realizado aumentando el número de problemas a resolver de tal forma que se puedan habilitar otros datos requeridos en el diagrama de flujo de cada uno de los métodos con el fin de darle una posibilidad mayor de resolver un sin número de casos.

Diseñar nuevas clases y métodos que ayuden a resolver nuevos planteamientos de problemas a resolver.

Incluir el método de extracción con disolvente de contacto múltiple en contracorriente con reflujo.

Fomentar líneas de investigación que desarrollen nuevas herramientas computacionales que sean de ayuda didáctica para las cátedras relacionadas con los procesos industriales, que permita proyectar a los estudiantes del programa de Ingeniería Química de la Universidad de San Buenaventura seccional Cartagena nuevas tecnologías en el campo laboral.

Utilizar la aplicación con fines educativos.

Motivar a los estudiantes al buen uso y desarrollo del programa.

El programa va destinado para aquellas personas que tengan conocimientos previos acerca del tema de extracción con disolvente, teniendo en cuenta que solo es para resolver problemas a temperatura constante.

.

REFERENCIAS A PROPÓSITO DE PROGRAMACIÓN EXTREMA XP (Extreme Programming). 05/01/2012. http://www.monografias.com/trabajos51/programacion-extrema/programacion-extrema2.shtml AGILE ALLIANCE. 03/02/2012. http://www.agilealliance.org/ ASPEN HYSYS, Simulation Basis. 15/09/2011. http://www.ualberta.ca/CMENG/che312/F06ChE416/HysysDocs/AspenHYSYSSimulationBasis.pdf AZPROCEDE. 16/09/2011. http://www.azprocede.fr/index_spa.html CEBALLOS, Francisco Javier. Java2: Interfaces Gráficas y Aplicaciones para Internet, 2a Edición. México D.F: Alfaomega Ra-Ma, 2006. 569p. ISBN 970-15-1180-8 CHAPRA, Steven C., CANALE, Raymond P. Métodos Numéricos para Ingenieros, 5ª Edición. McGraw Hill, 958p. ISBN 970-10-6114-4

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GROSSMAN S., Stanley I. Algebra Lineal, Sexta Edición. Mexico D.F.: McGraw Hill. 2008 762p. ISBN 970-10-6517-4

LETELIER, Patricio y PENADÉS, Mª Carmen, Metodologías ágiles para el desarrollo de software: Extreme Programming (XP), Universidad Politécnica de Valencia. 13/04/12. http://www.willydev.net/descargas/masyxp.pdf MANIFESTO FOR AGILE SOFTWARE DEVELOPMENT.14/11/2011. http://www.agilemanifesto.org/ MC CABE, Warren L. Operaciones Unitarias En Ingeniería Química, Cuarta edición. Madrid, ESPAÑA: McGraw Hill, 1191 1112p. ISBN 84-481-1918-5

OCON GARCIA, Joaquín. Problemas de Ingeniería Química, Tomo II.

PRESSMAN, Roger S. Ingeniería del Software: Un enfoque práctico, 5ª Edición. McGraw Hill, 958p. ISBN 970-10-5473-3 PROYECTO EDUCATIVO BONAVENTURIANO. Universidad de San Buenaventura, Primera Edición, Bogotá, D. C., Colombia: Editorial Bonaventuriana 2007 110p. ISBN 958-00000-00. SEVILLA, Miguel J. Teoría de Errores de Observación, Instituto de Astronomía y Geodesia. Universidad Complutense - Facultad de Ciencias Matemáticas. Madrid, España.

SOMMERVILLE, Ian. Ingeniería del Software, Séptima Edición. Madrid, España: Pearson Education. 2005 687p. ISBN 84-7829-074-5 TREYBAL, Robert E. Extracción en Fase Líquida. México D.F.: Unión Tipográfica Editorial Hispanoamericana. 1968 729p.

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE MADRID. Extracción Líquido – Líquido. 27/09/2011. http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/ExtraccLiqLiq2006.pdf ZUNINO, Miguel. Ingeniería Química Notas Sobre su Origen y Evolución. 25/09/2011. http://www.aiqu.org.uy/historia/Evolucion.htm

ANEXO A. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

ACTIVIDAD FECHA INICIAL FECHA FINAL

Elaboración y Presentación de la Propuesta

07/06/2011 09/06/2011

Aprobación de la Propuesta 12/07/2011 12/07/2011

Realización del Anteproyecto. Capítulos 1, 2 y 3

18/07/2011 25/11/2011

Sustentación del Anteproyecto. Capítulos 1, 2 y 3

02/12/2011 02/12/2011

Entrega de carta formal para dar continuidad al proyecto

23/01/2012 23/01/2012

Asignación de tutores para el desarrollo del trabajo de grado

21/02/2012 21/02/2012

Inicio del Diseño y Desarrollo del Software DISOLVEXT (Fase de Exploración)

23/02/2012 29/02/2012

Fase de Planeamiento (Iteración 1) 01/03/2012 25/03/2012





Tutoría #1 15/06/2012 15/06/2012

Fase de Producción y Mantenimiento 01/03/2012 27/06/2012

Fase de Muerte del software DISOLVEXT 28/06/2012 29/06/2012

Redacción y Documentación de Resultados

30/06/2012 02/07/2012

Envío de documento a tutores para corrección

03/07/2012 03/07/2012

Recibo respuestas por parte de tutores para la aplicación de correcciones

09/07/2012 09/07/2012

Aplicación de corrección del documento a presentar a decanatura

09/07/2012 12/07/2012

Entrega del Trabajo de Grado a la decanatura para su evaluación

12/07/2012 12/07/2012

ANEXO B. GRÁFICAS DE LOS RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ACEPTACIÓN

Resultados de la prueba de aceptación 002. Problema 7.5

Datos de Equilibrio para el sistema Cloroformo – Agua – Ácido Acético


Líquido.

Diagrama Triangular mostrado por la literatura. Problema 7.5.


Líquido.

Datos cargados al programa DISOLVEXT para hallar la cantidad Bmín. Problema 7.5.

Resultados del programa DISOLVEXT para hallar la cantidad de Bmín. Problema 7.5.

Diagrama Triangular Generado por DISOLVEXT para hallar la cantidad de Bmín. Problema 7.5

Datos cargados al programa DISOLVEXT para hallar la cantidad de Bmáx. Problema 7.5.

Resultados del programa DISOLVEXT para hallar la cantidad de Bmáx. Problema 7.5.

Diagrama triangular generado por DISOLVEXT para hallar la cantidad de Bmáx. Problema 7.5




Líquido.

Diagrama Triangular mostrado por la literatura. Problema 7.6


Líquido.

Datos cargados al programa DISOLVEXT para hallar resultados. Problema 7.6.

Resultados del programa DISOLVEXT. Problema 7.6.

Diagrama Triangular Generado por DISOLVEXT. Problema 7.6.


Datos de Equilibrio para el sistema A – B – C


Líquido.



Líquido.

Datos cargados al programa DISOLVEXT. Problema 7.9.

Resultados del programa DISOLVEXT. Problema 7.9





Líquido.



Líquido.



Datos de Equilibrio para el sistema Furfurol – Difenilhexano – Docosano


Líquido.



Líquido.


Resultados de la prueba de aceptación 004. Problema 7.18.

Datos de Equilibrio para el sistema Agua - Clorobenceno - Piridina


Líquido.

Diagrama Triangular mostrado por la literatura. Problema 7.18.


Líquido.

Datos cargados al programa DISOLVEXT para cálculo de cantidad mínima de B. Problema 7.18.

Resultados del programa DISOLVEXT para cálculo de cantidad mínima de B. Problema 7.18.

Diagrama Triangular Generado por DISOLVEXT para cálculo de cantidad mínima de B. Problema 7.18.


ANEXO C. PRESUPUESTO Analizando los gastos requeridos desde el inicio hasta la culminación de este proyecto, en equipo de cómputo, material didáctico, internet, pagos de transporte, refrigerios, imprevistos, se estima el siguiente presupuesto: Equipo de cómputo $1.480.000 Material Didáctico $ 326.000 Internet $ 100.000 Pagos de Transporte $ 300.000 Refrigerios $ 100.000 Imprevistos $ 100.000 Total $ 2.406.000

EQUIPO DE CÓMPUTO

Equipo Cantidad Valor Unitario Valor Total

Computador con CPU Intel Core 2 Duo T6500 2.10 GHz, Disco Duro 320 GB, RAM 2.0 GB

1 $ 1.350.000 $ 1.350.000

Impresora HP Deskjet 2050 J510 series

1 $ 130.000,00 $ 130.000,00

Total $

1.480.000,00

MATERIAL DIDÁCTICO

Material Cantidad Valor Unitario

Valor Total

Resma de papel 3 $ 10.000 $ 30.000

Cd 5 $ 1.200 $ 6.000

Tinta negra de impresión 3 $ 40.000 $ 120.000

Tinta color de impresión 2 $ 45.000 $ 90.000

Fotocopia 400 $ 50 $ 20.000

Carpeta 10 $ 1.000 $ 10.000

Anillado 10 $ 5.000 $ 50.000

Total $ 326.000

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