Predicción del consumo de potencia para el diseño óptimo de redes de intercambio de calor

Abstract

Currently, the efficient use of energy is one of the great challenges of the process industry due to their high costs and the environment caused by emissions produced by power generation systems effects. This situation has led to energy savings it will be considered as a priority in plant design and adjustments to already installed plants. For this purpose different methodologies have been proposed for the development of networks of heat exchangers, among which the point Fold Technology and based on mathematical programming techniques. The heat exchanger networks are subsystems of industrial processes, where warm currents which transfer their surplus thermal energy cold streams through heat exchangers in order to reduce consumption of external services both heating and cooling thus, reduce energy bills and emissions. Most previous studies reported in the literature focus on minimizing the costs of heat exchange networks without considering the costs and effects that cause pressure drops currents. To do represent constant coefficients of heat transfer, which prevents the task of thermohydraulic design of heat exchangers of the heat exchange networks. With this assumption the mathematical solution of the problems of synthesis of these networks is simplified. However, this approach does not match the industrial practice the heat exchanger design, which is based on pressure losses of current instead of constant coefficients of heat transfer. Therefore, the problem is commonly solved the problem not representative of industrial interest.

Actualmente, el uso eficiente de la energía es uno de los grandes retos de la industria de procesos, debido a sus altos costos y a los efectos nocivos ocasionados al ambiente por las emisiones contaminantes producidas por los sistemas de generación de energía. Esta situación ha originado que el ahorro de energía sea considerado como una prioridad en el diseño plantas y en reajustes a plantas ya instaladas. Para tal efecto se han propuesto diferentes metodologías para el desarrollo de redes de intercambiadores de calor, entre las que sobresalen la Tecnología del Punto de Pliegue y las basadas en técnicas de programación matemática. Las redes de intercambiadores de calor son subsistemas de los procesos industriales, en los cuales corrientes calientes ceden sus excedentes de energía térmica a corrientes frías a través de intercambiadores de calor con el propósito de reducir el consumo de servicios externos tanto de calentamiento como de enfriamiento y, de esta manera, reducir la factura energética y las emisiones contaminantes. La mayoría de los trabajos previos reportados en la literatura se centran en minimizar los costos de las redes de intercambio de calor sin considerar los costos ni los efectos que originan las caídas de presión de las corrientes. Para ello suponen coeficientes de transferencia de calor constantes, lo que evita la tarea del diseño termohidráulico de los intercambiadores de calor de las redes de intercambio de calor. Con esta suposición se simplifica la solución matemática de los problemas de síntesis de estas redes. Sin embargo, esta aproximación no coincide con la práctica industrial del diseño de intercambiadores de calor, la cual se basa en las caídas de presión de las corrientes en vez de en coeficientes de transferencia de calor constantes. Por lo tanto, el problema comúnmente resuelto no es representativo del problema de interés industrial.