Modelo de programación no lineal entera-mixta para la síntesis de redes de intercambio de calor con mezclado no isotérmico Público Deposited
En el presente trabajo se desarrolla un modelo matemático, el cual puede ser usado para la síntesis de redes de intercambio de calor, dicho modelo parte del modelo Synheat de Yee y Grossmann (1990), que se basa en una superestructura por etapas la cual captura diferentes configuraciones de red. Dentro de las suposiciones realizadas para derivar el modelo Synheat, se encuentra la consideración del mezclado isotérmico, que permite evitar la incorporación de balances de energía no lineales alrededor de los equipos. El modelo desarrollado en este trabajo, permite contemplar el mezclado no isotérmico a nivel de la síntesis de la red, por lo que se denomina modelo Ni-Synheat (Ni: No isotérmico). Para lograr este objetivo se introducen las variables y restricciones necesarias para capturar el mezclado no isotérmico y se presenta una metodología de solución del modelo. Con la resolución de cinco casos de estudio, presentados previamente en la literatura, se obtienen resultados que permiten comparar los diseños obtenidos con el modelo Ni-Synheat respecto de los publicados previamente en la literatura y los que se pueden obtener con el modelo Synheat, bajo las suposiciones de: coeficientes de película para la transferencia de calor, capacidades caloríficas y flujos másicos constantes. A manera de introducción en el Capítulo 1 se presenta brevemente el estado del arte de la síntesis de redes de intercambio de calor y posteriormente se describe la evolución de algunos de los métodos propuestos previamente para realizar dicha tarea. En el Capítulo 2 se describe el concepto de superestructura utilizado en el trabajo de Yee y Grossmann (1990). Se presenta una revisión del modelo matemático Synheat, y finalmente se describe la metodología propuesta por dichos autores para la obtención de redes de intercambio de calor con mezclado no isotérmico. En el Capítulo 3 se presenta el modelo Ni-Synheat, haciendo énfasis en la formulación de las restricciones que modelan el mezclado no isotérmico desde el nivel de la programación no lineal entera mixta, desde la síntesis de la red de intercambio de calor. En el Capítulo 4 se describe la metodología de multi-arranque propuesta para llevar a cabo los experimentos computacionales y generar soluciones para cinco casos de estudio, los cuales van desde problemas de dos corrientes calientes y dos corrientes frías, hasta problemas de seis corrientes calientes y cinco corrientes frías. La metodología propuesta se utiliza para generar soluciones con mezclado no isotérmico y sin división de corrientes de proceso mediante el uso de una implementación no comercial del modelo Synheat desarrollada previamente por el Dr. Juan Manuel Zamora Mata. Finalmente en el Capítulo 5 se presentan las contribuciones y conclusiones a las cuales se llega en este trabajo y algunas propuestas para trabajo futuro.
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