El método de Runge-Kutta es una técnica numérica utilizada para resolver ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO). Su ventaja frente al método de Euler es que mejora la precisión sin requerir derivadas de orden superior. El método más común es el de cuarto orden (RK4).
El método de Runge-Kutta surge como una mejora a los primeros métodos numéricos usados para resolver ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO). Fue precedido por el método de Euler, propuesto en el siglo XVIII, el cual era simple pero impreciso. A finales del siglo XIX, Carl Runge propuso técnicas más precisas usando evaluaciones intermedias.
Posteriormente, en 1901, Wilhelm Kutta desarrolló una versión de cuarto orden (RK4), que se convirtió en la más utilizada por su buen equilibrio entre exactitud y facilidad de implementación. Estos métodos se basan en el concepto de la serie de Taylor, pero sin requerir derivadas de orden superior. Actualmente, existen muchas variantes modernas del método adaptadas a distintos tipos de problemas.
Se utiliza para resolver:
El siguiente valor yn+1 se calcula como:
Definir la EDO: dy/dx=f(x,y)
Establecer valores iniciales: x0,y0,h
Calcular:
k1=f(xn,yn)
k2=f(xn+h/2,yn+h/2⋅k1)
k3=f(xn+h/2,yn+h/2⋅k2)
k4=f(xn+h,yn+h⋅k3)
Actualizar:
yn+1=yn+6h(k1+2k2+2k3+k4)
Repetir hasta alcanzar el valor deseado de x
Cálculo de perfiles de concentración en reactores (CSTR, PFR).
Simulación de procesos de transferencia de calor y masa.
Cálculo de balances de materia y energía cuando no se puede resolver analíticamente.
Modelado cinético de reacciones químicas.
Diseño y simulación de procesos de separación, como destilación y absorción.
Simulación de sistemas de control de procesos, como respuesta dinámica de controladores PID.
Predicción de comportamiento de bioprocesos (fermentación, crecimiento celular, etc.).