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Síntesis de RIC aplicando Técnicas MINLP

CAPÍTULO 2

Síntesis de RIC aplicando Técnicas MINLP

2.1 Introducción
Durante las pasadas tres décadas, los esfuerzos en las investigaciones han hecho una considerable contribución para el problema de integración de calor. A pesar de la abundancia del trabajo en el área, muchos de los métodos tienen un gran número de limitaciones. La mayoría delos métodos de síntesis para RIC dependen de algún procedimiento secuencial o por etapas (Gundersen y Naess, 1988). En general, el problema de diseño se descompone de una forma ordenada para progresivamente determinar los objetivos de síntesis de una red. Por ejemplo, la metodología TPP por Linnhoff y Hindmarsh (1983) primero usa un objetivo de costo para establecer el consumo mínimo de energía.Después, fija el requerimiento de servicios para la red y la localización del punto de pliegue. Posteriormente, el problema se divide en subredes en las cuales no es permitido ningún intercambio con el otro lado del punto de pliegue. Finalmente, en cada subred se usan heurísticas para sintetizar la red con el número mínimo de unidades.

Caídas de Presión y sus Efectos en la Síntesis MINLP deRedes de Intercambio de Calor

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Dentro de las técnicas de programación matemática, un ejemplo es el programa interactivo MAGNETS (Floudas y col., 1986). El problema de diseño se descompone en tres etapas. Las dos primeras, buscan una solución para los modelos transitorios de Programación Lineal (LP) y el de Programación Mixta Entera Lineal (MILP) dePapoulias y Grossmann (1983). Para un valor particular de la Aproximación de Temperatura para la Recuperación de Calor (HRAT), el modelo LP determina el requerimiento de servicios mínimo para la red. La solución del LP fija el consumo de servicios para que el modelo MILP se resuelva determinando el número mínimo de acoplamientos y las cargas de calor. Finalmente, en la tercera etapa, las cargasde calor y los acoplamientos permanecen fijos para que los costos de área se minimicen por la solución de un modelo de Programación No Lineal (NLP) (Floudas y col., 1986), determinándose de esta manera la configuración óptima de la red.

servicios

número de unidades

Área

Figura 2.1.

Interacción entre los diferentes costos del diseño.

La limitación de cualquier método de síntesissecuencial es que diferentes costos asociados con el diseño no se pueden optimizar simultáneamente. En otras palabras, las interrelaciones entre los diferentes costos no se pueden calcular con exactitud (Figura 2.1). En general, valores muy cercanos al HRAT y la división de corrientes en la subred pueden tener efectos negativos en el

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número de unidades y en el requerimiento del área por la configuración de la red. Los métodos de diseño secuencial, a menudo producen redes subóptimas.

Fluodas y Ciric (1989) desarrollaron un modelo MINLP para optimizar simultáneamente la selección de los acoplamientos de la corrientes y la configuración de la redpara un valor fijo de HRAT.

Dolan y col. (1987, 1989) y Yee y Grossmann (1988) propusieron métodos para calcular todos los tipos de costos simultáneamente. En ambas aproximaciones los costos de operación y de capital se consideran simultánemente para buscar el costo menor de la red. Además, de tomar en cuenta la división de corrientes, no es necesario que permanezca fija la Aproximación Mínimade Temperatura (EMAT). La dificultad de estos métodos, sin embargo, consiste en que no es trivial establecer esquemas computacionales eficientes cuando se están calculando todas las interrelaciones entre los diferentes costos.

Concentrándose en esta dificultad, una gran diversidad de métodos han propuesto establecer límites para algunos de los problemas citados antes. Pero estos métodos no...