Optimización y síntesis de redes de agua asociadas a plantas de proceso - Hernández Suárez, Rogelio (Universidad Autónoma Metropolitana, 2004)
El objetivo de esta disertación consistió en investigar el problema de optimización y síntesis de sistemas distribuidos de tratamiento de efluentes. La motivación surge del hecho que a pesar de que los procesos de tratamiento de efluentes se utilizan ampliamente en la industria, la estructura y sus propiedades no se han estudiado de manera metodológica para producir un diseño eficiente y robusto. En esta disertación se desarrolla una metodología sistemática para la optimización y síntesis de sistemas distribuidos de tratamiento de efluentes. El desarrollo de procedimientos sistemáticos de síntesis de tales sistemas permite diseñar la estructura y el cálculo de sus propiedades al menor costo total, e investigar sobre la robustez del diseño para explorar la posibilidad de mejorar su construcción y funcionamiento por conceptos de análisis de sensibilidad en las variables de diseño. La naturaleza no convexa de los modelos matemáticos que describen este tipo de problemas, y la capacidad de manejar múltiples contaminantes, corrientes y unidades de tratamiento, introducen en el sistema complejidades y un crecimiento exponencial del número de posibilidades de configuraciones topológicas. Estas son algunas de las dificultades que han derivado en investigaciones con diferentes metodologías, principalmente conceptuales del tipo punto de pliegue, y de programación matemática. El método propuesto se ha desarrollado con base en conceptos de partición del espacio de búsqueda de diseño no convexo, formulación de modelos matemáticos estructurados del proceso de tratamiento de programación no lineal (PNL) y programación lineal (PL) en estado estacionario, y propuestas de estrategias de solución.; Bajo hipótesis razonables de ausencia de corrientes de reciclo y recirculaciones en el método de síntesis se propone la partición del espacio de búsqueda de diseño, que implica la descomposición de una superestructura compleja en un conjunto de superestructuras básicas de red. El mejor diseño en cada superestructura básica de red es determinado resolviendo un conjunto de problemas de programación lineal (PL), expresados a partir de la reformulación de un modelo matemático no convexo estructurado. La exploración sistemática del espacio paramétrico definido por las variables fraccionales del problema, produce del espacio solución contenido por las superestructuras básicas de red, un diseño alternativo óptimo global de red. Se propone una estrategia de solución robusta, en dos fases, donde es posible controlar la complejidad que exhiben los modelos matemáticos por la presencia de los términos bilineales, sobre las regiones del espacio de búsqueda de diseño. A diferencia de otras metodologías de diseño de sistemas de tratamiento de efluentes basados en estrategias de descomposición de modelos matemáticos que pueden presentar problemas durante la solución, principalmente por la suposición de buenos puntos de arranque y que pueden exhibir soluciones subóptimas. En esta disertación, el método propuesto supera estas desventajas al conducir un procedimiento heurístico-paramétrico de optimización global, con alternativas atractivas de proyecto y útiles para la toma de decisiones durante el diseño. El método se ha probado para el diseño de sistemas de tratamiento de efluentes para un número de ejemplos de la literatura, obteniéndose mejores resultados, en particular para ejemplos complicados.