Scene 1

Scene 2

ANÁLISIS Separación de un todo en sus partes constitutivas

Scene 3

Condiciones de contorno. Marco referencial

QUE SIGNIFCA EL TÉRMINO SÍNTESIS DE PROCESOS?

Scene 4

Para lograr la síntesis de esquemas de procesos existen en general dos instancias (búsquedas):

-Naturaleza de los componentes del proceso. -Interrelaciones entre ellos.

-Determinar dimensiones físicas y condiciones operativas para cada uno de los componentes del esquema de proceso

Scene 5

EXPLORACION  DENTRO DEL UNIVERSO  DE CONFIGURACIONES POSIBLES EN COLUMNAS DE DESTILACIÓN

Scene 6

EXPLORACION  DENTRO DEL UNIVERSO  DE CONFIGURACIONES POSIBLES EN SISTEMAS DE REDES DE INTERCAMBIO TERMICO

Scene 7

Se tienen :           -  n c   corrientes calientes   ( F ci ,  Cp ci   ,  Te ci  ,  Ts ci  )         -  n f   corrientes frías         ( F fi ,  Cp fi   ,  Te fi  ,  Ts fi  )         - medios auxiliares de calefacción y enfriamiento         - equipos de tubo y camisa, simple paso, 	contracorriente

Scene 8

Se desea : 	Estructurar un sistema capaz de cumplimentar las exigencias planteadas, con un  mínimo costo total.

Costo total = Amortización de los equipos + 		Costo de Servicios Auxiliares

Scene 9

Combinación de equipos involucrando servicios auxiliares y corrientes. Viabilidad termodinámica.

ESPACIO DE ESPECIFICACIONES DE LA CONFIGURACION Definir:   	Caudales que ingresan a los equipos. 	Dimensiones de los equipos. 	Temperaturas de las corrientes. 	Caudales de los medios auxiliares.

Scene 10

Esta  doble búsqueda  requiere aplicar herramientas metodológicas idóneas y que sean  eficientes . Estas herramientas son:

En general es muy poco frecuente encontrar métodos que utilicen exclusivamente una de ellas.

Scene 11

RESUMIDO EN LA MÁXIMA LATINA UTILIZADA POR JULIO CESAR:

DIVIDE ET IMPERA (se pronuncia  dívide  et  ímpera )

Scene 12

Todo este proceso de reducción conduce siempre a sub problemas que poseen una solución tecnológica inmediata

Scene 13

Cada intento de descomposición conduce a la síntesis del esquema de proceso A pero con diferente valoración técnico - económica

Scene 14

En este ejemplo los círculos representan sub problemas que carecen de solución tecnológica inmediata y con un cuadrado donde si la hay. También se asume que cada instancia genera problemas parciales con menor grado de complejidad que el nivel anterior.

Aquí hemos definido la estructura del esquema de proceso (PRIMERA INSTANCIA). Quedaría la segunda instancia que es seleccionar las condiciones operativas.

Como  Se Podría Lograr Una Mayor Eficiencia En El Proceso De Búsqueda?

Se podría lograr, estimando durante el proceso de reducción, el valor de la función objetivo planteada.  El problema es que se deberá poder estimar el valor de la función objetivo para un problema con una estructura tecnológica definida solo en forma parcial.

Scene 15

Propusieron un método que exigía que  en cada paso de descomposición   al menos uno  de los sub problemas generados tuviese  solución tecnológica inmediata

Para el ejemplo que vimos, según estos autores, la secuencia sería: A = D + E A = (L+M) + E A = (L+(N+O))+E

En el caso de síntesis de redes de intercambio térmico, SRIT, esto se consigue eligiendo una corriente de proceso y planteando un intercambio con otra de distinto tipo o con una fuente auxiliar.

La decisión ahora es:  Qué corrientes elegir? ..y cuánto calor intercambiar?

LOS AUTORES PROPONEN UN  CONJUNTO DE REGLAS  ESTRUCTURADAS EN UNA  BUSQUEDA HEURÍSTICA

Búsqueda Heurística ( Masso  y  Rudd , 1969) 2

Scene 16

En qué consisten las técnicas heurísticas???

Las técnicas heurísticas son herramientas que trabajan sobre  NUCLEOS DE CONOCIMIENTO ,  y son capaces de encontrar la solución a un problema (de diseño por ejemplo) por medio de  acciones recomendables o admisibles , aunque puedan tener errores.  Estas técnicas llevan a cabo la búsqueda de la solución, no basada en algoritmos numéricos, sino en base a un  conjunto de experiencias previas en cuestiones similares.

PROCEDIMIENTO BÁSICO DE LAS BUSQUEDAS HEURISTICAS

Scene 17

No existe aun una estructura definida para el sistema

Existe una posible estructura definida para el sistema

Aplicación, de acuerdo a un cierto esquema jerárquico (orden), de reglas que dirigen el proceso de decisión

Scene 18

Todas las reglas tienen igual valor a lo largo del proceso de búsqueda.

Pueden haber cambios en el orden primitivo de acuerdo a los resultados que se vayan produciendo durante la síntesis.

La existencia de un mecanismo jerárquico  ADAPTATIVO  implica la adopción de un determinado procedimiento de  APRENDIZAJE  que actúa realimentando el esquema original de jerarquías.

Esquema jerárquico Explícito No explicito

Scene 19

Técnicas de búsqueda heurística asociadas a Estrategia por descomposición + criterio de MR

R1:  En todo intercambio debe tratarse de transferir la mayor cantidad de calor posible respetando  Los límites impuestos para las temperaturas de salida de cada una de las corrientes  Un valor mínimo (aproximación mínima) para la diferencia entre las temperaturas de las corrientes en un mismo punto del intercambiador.

Con esta regla se pretende:  -por un lado que en cada intercambio el equipo resulte del mayor tamaño posible aprovechando la economía de escala y reduciendo el numero de equipos  -por otro lado la aproximación minina establece un limite máximo sobre el tamaño del equipo evitando que los mismos resulten de dimensiones irrazonables.

Scene 20

Esta regla hace referencia a la amortización del equipo y esto es  solo una parte  del costo total, que es lo que normalmente se utiliza para definir el esquema de proceso.   La otra parte del costo total y que no esta explicitado en la R1 es el consumo de servicios auxiliares que exige la red sintetizada. De hecho el gasto asociado al consumo de servicios auxiliares es en general mas importante que la amortización del equipamiento.

Se deberá plantear una estrategia de síntesis donde se privilegie el consumo de servicios auxiliares por sobre el numero de equipos de intercambio, lo que implica una  BUSQUEDA JERARQUICAMENTE ORDENADA

Linnhoff  y  Hindmarsh  (1983) proponen la metodología del Método PINCH para abordar la estructuración de redes de intercambio teniendo en cuenta estas consideraciones.

Scene 21

Para ello se agrega a la R1 este punto fundamental: R2:  en la síntesis de la red no se admitirán intercambios entre corrientes que impliquen un incremento, por sobre los valores mínimos, en el consumo de servicios auxiliares.

Se plantean acá dos cuestiones básicas:

Cuáles son para un determinado problema los consumos mínimos de servicios externos ? Como deben definirse los intercambios para no superar esas cantidades?

Scene 22

Esta metodología de búsqueda consiste en: generar sucesivos esquemas de proceso cada uno con pequeñas modificaciones respecto del previo. Pequeñas modificaciones Pequeñas modificaciones

Cuando estas diferencias son pequeñas, entonces se dice que los esquemas son vecinos.

Estas pequeñas alteraciones permitidas en la generación de los sucesivos esquemas  son explicitadas por medio de  reglas evolutivas.

Scene 23

Supongamos un  proceso compuesto de dos etapas en serie y que se han planteado tres reglas evolutivas:

Regla 1: Para la primera etapa usar la tecnología A o D

Regla 2: Para la segunda etapa etapa usar la tecnología B o C

Regla 3: la salida de la segunda etapa ingresa a la entrada de la primera o eliminar el reciclo.

Scene 24

La aplicación de estas reglas de manera sucesiva,  generando esquemas vecinos, evolucionando , es lo que ocurre normalmente con cualquier tecnología:  mejora como consecuencia de introducir pequeñas modificaciones Si durante todo el proceso de evolución se retienen solo los pasos que significan una mejora real, entonces el proceso conduce al  óptimo

Scene 25

La estructura de las técnicas evolutivas requiere: UN ESQUEMA INICIAL 2) UN CONJUNTO DE REGLAS   3) UNA ESTRATEGIA DE EVOLUCION 4) UN METODO DE EVALUACION

La generación de un esquema inicial puede efectuarse por cualquier metodología. Por ejemplo la aplicación de una regla heurística.

El método de evaluación no requiere de mayor especificidad que el de ser adecuado PARA EL TIPO DE PROBLEMA QUE SE TRATE.

Scene 26

Al conjunto de reglas evolutivas se les exige que sean:

1) EFICIENTES:   solo deben generar aquellos esquemas posibles o deseables.

2) COMPLETAS:   cualquier esquema de la red puede ser generado por la aplicación de una determinada secuencia de reglas  tomando a otro cualquiera como esquema inicial.

3) REVERSIBLES:   una regla no solo debe considerar la modificación que introduce sino la anulación de la misma

4) RAZONABLES:   los cambios que se proponen en cada regla debes ser significativos pero de tal magnitud que produzcan solo una variación mínima entre un esquema y otro (vecindad).

Scene 27

En relación a la estrategia de evolución  hay varios enfoques:

1) Generar todos los vecinos del esquema en curso y evaluarlos uno a uno. Luego elegir de los generados el mejor, si éste supera al original se reitera el procedimiento. Sino, la búsqueda termina.

2) Generar todos los vecinos pero evaluar solo aquel que alguna regla heurística por ejemplo indique como mejor de los generados. S es mejor que el original, se toma como nuevo punto de partida. Sino, se elige el segundo mejor, el tercero, etc…hasta que: o se supera al original o bien es el esquema buscado.

3) Aplicar selectivamente una sola regla evolutiva, generando solo el vecino correspondiente y reteniéndolo si es mejor que el del origen.  Sino, se comienza con la aplicación de la segunda regla y así sucesivamente. Si se agotan las reglas se da por terminado el proceso.

4) Evaluar la totalidad del árbol de esquemas posibles. Solo aplicable  a problemas de pequeña magnitud.

EVALUAR EL ESQUEMA GENERADO = DETERMINAR LAS CONDICIONES OPTIMAS DE DISEÑO Y OPERACIÓN.

Scene 28

Esta técnica de SINTESIS DE PROCESOS abarca las metodologías donde se plantean simultáneamente: La estructura del sistema Sus dimensiones físicas Las condiciones de operación

Para lograr esto se trabaja sobre lo que se llama:  SUPERESQUEMAS

SUPERESQUEMAS ESTRUCTURAS QUE CONTIENEN EN SI TODAS LAS ALTERNATIVAS POSIBLES

La búsqueda de la mejor estructura se realiza introduciendo o eliminando una determinada parte o subestructura . Se utilizan para ello variables discretas, 0 o 1, ausentes o presentes, respectivamente.

Scene 29

Ejemplo: el  superesquema  mostrado corresponde al problema de intercambiar una corriente fría con dos corrientes calientes y los respectivos servicios auxiliares.

r =  fracción de la corriente que pasa por el equipo X = variable que indica la existencia (x = 1) o no (x = 0) del bypass

Scene 30

Este tipo de enfoque requiere tratamiento de alta complejidad, tanto en la formulación del problema como en el tratamiento matemático del mismo ya que se requiere manejar variables  continuas y discretas , y disponer de técnicas de búsqueda  de óptimos en problemas no lineales.

Presentación de PowerPoint

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