matematica simbolica

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MATEMATICA SIMBOLICA Las matemáticas es la forma como un ingeniero expresa el arte de sus conocimientos, es decir, en ella se ve reflejado la creatividad de realizar las cosas. Muchas de las ecuaciones como las ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento, energía y masa son descritas a través de un análisis riguroso de las matemáticas gracias a ellas podemos definir el fenómeno de una manera aproximada a la vida real. Muchas de las grandes teorías son basadas en modelos matemáticos por tanto las matemáticas es el pan de cada día de los ingenieros modernos, por lo general como algunas ingenierías no manejan más matemáticas sino hasta ciertos cursos es casi imposible para los ingenieros conseguir soluciones complejas por lo cual lo lleva a realizar modelos extremadamente simplificados dando un enfoque a lo que plantea muy ideal entonces el ingeniero actual recurre a las computadoras para encontrar soluciones adecuadas y correctas en varias dimensiones. MATLAB 1 dispone del módulo Symbolic Math Toolbox, que permite manejar perfectamente el cálculo matemático simbólico, manipular con facilidad y rapidez las fórmulas y expresiones algebraicas y realizar la mayoría de operaciones con las mismas. Es posible expandir, factorizar y simplificar polinomios y expresiones racionales y trigonométricas; encontrar soluciones algebraicas de ecuaciones polinómicas y sistemas de ecuaciones; evaluar derivadas e integrales simbólicamente y encontrar funciones solución de ecuaciones diferenciales; manipular series de potencias, límites y muchas otras facetas de la matemática algebraica. Para realizar esta tarea, MATLAB requiere que todas las variables (o expresiones 1 MATLAB y sus aplicaciones en las ciencias y la ingeniería; César Pérez López; Universidad Complutense de Madrid; Instituto de Estudios Fiscales; editorial Prentice hall; pagina 395.

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Page 1: MATEMATICA SIMBOLICA

MATEMATICA SIMBOLICA

Las matemáticas es la forma como un ingeniero expresa el arte de sus

conocimientos, es decir, en ella se ve reflejado la creatividad de realizar las cosas.

Muchas de las ecuaciones como las ecuaciones de continuidad, cantidad de

movimiento, energía y masa son descritas a través de un análisis riguroso de las

matemáticas gracias a ellas podemos definir el fenómeno de una manera

aproximada a la vida real.

Muchas de las grandes teorías son basadas en modelos matemáticos por tanto las

matemáticas es el pan de cada día de los ingenieros modernos, por lo general

como algunas ingenierías no manejan más matemáticas sino hasta ciertos cursos

es casi imposible para los ingenieros conseguir soluciones complejas por lo cual lo

lleva a realizar modelos extremadamente simplificados dando un enfoque a lo que

plantea muy ideal entonces el ingeniero actual recurre a las computadoras para

encontrar soluciones adecuadas y correctas en varias dimensiones.

MATLAB1 dispone del módulo Symbolic Math Toolbox, que permite manejar

perfectamente el cálculo matemático simbólico, manipular con facilidad y rapidez

las fórmulas y expresiones algebraicas y realizar la mayoría de operaciones con

las mismas.

Es posible expandir, factorizar y simplificar polinomios y expresiones racionales y

trigonométricas; encontrar soluciones algebraicas de ecuaciones polinómicas y

sistemas de ecuaciones; evaluar derivadas e integrales simbólicamente y

encontrar funciones solución de ecuaciones diferenciales; manipular series de

potencias, límites y muchas otras facetas de la matemática algebraica. Para

realizar esta tarea, MATLAB requiere que todas las variables (o expresiones

1 MATLAB y sus aplicaciones en las ciencias y la ingeniería; César Pérez López; Universidad Complutense de Madrid; Instituto de Estudios Fiscales; editorial Prentice hall; pagina 395.

Page 2: MATEMATICA SIMBOLICA

algebraicas) sean declaradas como simbólicas previamente con el comando syms

(o con sym).

Por ejemplo si queremos tratar simbólicamente la expresion de los gases ideales

Y se quiere:

( )

( )

Se realiza de la siguiente manera:

Page 3: MATEMATICA SIMBOLICA

Figura 1: Fuente Autor2.

Figura 2: Fuente Autor.

Como se alcanza a observar en la figura 2 al final la respuesta se expresa de la

forma que se quiere pero utilizando el comando pretty quedaría a un mejor:

2 Curso de Matlab para Ingeniería Química UIS_ Centro de Estudios_2014_Bucaramanga Santander, Tutores:

Juan Carlos Montes Cala, German Córdoba.

Page 4: MATEMATICA SIMBOLICA

Figura 3: Fuente Autor.

Se deja de Ejercicio para el estudiante en realizar:

( )

Ahora nos dedicamos a realizar operaciones con modelos matemáticos:

Ejemplo1: La ecuación de Ergun3 para la caída de presión en los lechos porosos

está dada por

(

)

Con:

( ( )

)

( ( )

)

Se desea expresar de manera simbólica la caída de presión en el lecho, es decir

despejar

Los comandos a utilizar son:

3 Mathematical modeling in chemical engineering; Anders Rasmuson; Bengt

Andersson; Louise Olsson; Ronnie Andersson; published in the united states of america by cambridge university press, new york; pag. 52

Page 5: MATEMATICA SIMBOLICA

Figura 4: Fuente Autor.

Figura 5: Fuente Autor

Page 6: MATEMATICA SIMBOLICA

Figura 6: Fuente Autor

Ahora definimos A, B y finalizamos con la caída de presión de la siguiente manera

ver figura 7.

Figura 7: Fuente Autor.

Page 7: MATEMATICA SIMBOLICA

Definimos B figura 8:

Figura 8: Fuente Autor.

Ahora reemplazamos ao=150 y bo=1.75 de la siguiente manera:

Page 8: MATEMATICA SIMBOLICA

Figura 9: Fuente Autor

Ahora defino la caída de presión:

Page 9: MATEMATICA SIMBOLICA

Figura 10: Fuente autor.

Figura 11: Fuente Autor

Page 10: MATEMATICA SIMBOLICA

Ejemplo 24: Fenómenos de transporte del plasma (4 estado de la materia):

Obtener de la ecuación de momento cero (Ecuación de continuidad) en matlab

con matemática simbólica. Si es necesario límites de integración definirlos por

ustedes mismos con su respectiva justificación del porque el limite no es necesario

un análisis físico solamente matemático pero si desea se acepta.

Es posible que se encuentre con integración triple debido a la función definida

vectorialmente es necesario realizar operaciones vectoriales como el producto

cruz y punto de vectores.

( ) ( )

4 Principles of plasma physics for engineers and scientists; Umran Inan; Marek

Gołkowski; published in the United States of America by Cambridge university press, New York, pag 86.

Page 11: MATEMATICA SIMBOLICA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

SEDE PRINCIPAL BUCARAMANGA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

CENTRO DE ESTUDIO EN INGENIERÍA QUÍMICA UIS

TUTORES: JUAN C. MONTES

GERMAN CÓRDOBA

FECHA: 23 DE MAYO DEL 2014