Reutilización óptima de agua de purgas de procesos térmico industriales mediante algoritmos evolutivos

Abstract

En este proyecto se presenta un nuevo enfoque para la reutilización óptima de agua de purgas procedente de equipos térmicos industriales, mediante el aprovechamiento energético de las mismas. Esta estrategia de integración energética es introducida a través de la implementación de una estructura que representa la red de intercambio de calor en un proceso de producción de embutidos. La mayoría de estudios han considerado trabajar la integración térmica mediante una superestructura de los flujos y posibles intercambios y optimizan posteriormente el modelo resultante mediante herramientas de Programación Matemática. Al contrario, en este proyecto, el proceso de interés es formulado como un modelo de simulación asistido por el paquete computacional Aspen Plus. Este modelo incluye el equipo necesario para la reutilización de la energía térmica del agua de purgas del proceso térmico considerando sus respectivos parámetros de operación, así como las reacciones químicas correspondientes. En base a este modelo, se define un problema de optimización que toma en cuenta una función objetivo relacionada con la minimización de los costos totales anuales, que toman en cuenta el costo de inversión del equipo de intercambio de calor nuevo, así como los costos de operación de los calentadores formando parte del proceso. Las variables de decisión las constituyen las condiciones operativas del intercambiador de calor incluido en el modelo creado. Debido a sus características, el problema de optimización correspondiente es resuelto mediante técnicas metaheurísticas, fáciles de adaptar cuando sólo se dispone de una simulación como evaluación de la función objetivo. En este caso, dos Algoritmos Evolutivos, Estrategias Evolutivas y Evolución Diferencial, fueron elegidos e implementados en Matlab. La relación entre el simulador y el optimizador se efectúa mediante una interfaz en Excel-VBA, que permite tratar e interpretar los flujos de información de cada módulo. Los experimentos computacionales realizados sobre este ejemplo demuestran la relevancia de la propuesta, ya que confirman la justificación económica de colocar un intercambiador nuevo, con un área lejos de ser despreciable y provocando una disminución de los costos totales anuales del proceso considerado.