Aplicación de un método recursivo para el diseño riguroso de redes de intercambio de calor

Abstract

This paper presents a hybrid approach, based on a combination of mathematical programming techniques and heuristic rules, for optimal synthesis of Heat Exchange Network (RIC) including the rigorous design of heat transfer equipment that shape presents . To this end a strategy of decomposition tree and a new model of coupling current selection is used. The proposed recursive procedure, first links are chosen by an integer programming model (IP, for its acronym in English) and then fold design method where the remaining part is treated as a new issue is implemented. The detailed design of optimal shell and tube exchangers is performed using a Delaware based method Bell algorithm, which is the pressure drops of the currents as optimization variables. The capital and operating costs of pumping equipment are considered in this synthesis problem along with the associated costs to the area of ??heat transfer and consumption of services. Therefore, the main contribution of this method is that it takes appropriate account of the effects of pressure drops on the total annual cost of the heat exchanger network. Besides the recursive method avoids implemented troubleshooting nonlinear mixed integer programming (MINLP, for its acronym in English) complex and, therefore, can be applied to large problems.

En este trabajo se presenta una aproximación híbrida, basada en una combinación de técnicas de programación matemática y reglas heurísticas, para realizar la síntesis óptima de Redes de Intercambio de Calor (RIC) incluyendo el diseño riguroso de los equipos de transferencia de calor que las conforman. Para ello se usa una estrategia de árbol de descomposición y un nuevo modelo de selección de acoplamiento de corrientes. En el procedimiento recursivo propuesto, primero los acoplamientos se eligen mediante un modelo de programación entera (IP, por sus siglas en inglés) y después se implementa el método de diseño de pliegue donde la parte remanente se trata como un nuevo problema. El diseño óptimo detallado de los intercambiadores de coraza y tubos se realiza usando un algoritmo basado en el método Bell- Delaware, que trata las caídas de presión de las corrientes como variables de optimización. Los costos de capital y operación de los equipos de bombeo son considerados en este problema de síntesis junto con los costos asociados al área de transferencia de calor y el consumo de servicios. Por lo tanto, la principal contribución de este método es que toma en cuenta apropiadamente los efectos de las caídas de presión sobre el costo total anual de la red de intercambio de calor. Además el método recursivo implementado evita la solución de problemas de programación mixta entera no lineal (MINLP, por sus siglas en inglés) complejos y, consecuentemente, puede ser aplicado a problemas de gran tamaño.