Ciencias Exactas y Ciencias de la Salud

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Modelación y Simulación de un Horno de Sinterización de óxido de Magnesio
(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 01/12/2001) Loredo Medrano, José A.; Romero Ogawa, Miguel Angel; Acevedo Mascarúa, Joaquín; Gómez-Maqueo Aréchiga, Eduardo; ITESM; Viramontes Brown, Federico
En el presente trabajo se presenta la modelación y simulación de un horno vertical de lecho móvil, el cual es utilizado para la sinterización de óxido de magnesio. En este proceso, perteneciente a una empresa de la localidad, la sinterización se efectÚa por combustión de gas natural en dos etapas por lo que es un proceso conocido como doble calcinado. La motivación para realizar el presente trabajo surgió de la necesidad de conocer el comportamiento detallado del horno dadas algunas problemáticas en variables de operación como el uso de combustible y los efectos meteorológicos, por lo que un modelo predictivo fue visto como una oportunidad para conocer los efectos en la manipulación o cambios de dichas variables. El principal fenómeno modelado en este sistema fue la transferencia de calor, ya que la temperatura es una variable con una marcada influencia sobre las transformaciones físicas y químicas de los materiales, y un perfil de la misma para ambas fases puede ser una descripción de la eficiencia del proceso. La transferencia de calor en lechos empacados es un fenómeno complejo por tratarse de un sistema de dos fases y por involucrar mÚltiples mecanismos, sin embargo se dispone de amplia información, que aunque obtenida de otros sistemas, pudo ser utilizada exitosamente para el estudio del sistema descrito. Dicho uso de la información no estuvo exento de una selección cuidadosa y de modificaciones en los casos indicados. Asimismo en el presente trabajo se ha propuesto un modelo que predice el comportamiento tanto del fluido como del sólido, este Último un lecho móvil, y se ha agregado una cinética de sinterización, que aunque sólo considera los efectos del tiempo de residencia y de la temperatura permite un conocimiento aproximado de la evolución de la sinterización. Resumen El modelo matemático resultó en un sistema de ecuaciones diferenciales parciales para representar el transporte de calor en cada una de las fases, las cuales se relacionan a través de un coeficiente interfásico. Para estimar los parámetros característicos de estas ecuaciones diferenciales parciales y de sus condiciones de frontera se utilizaron correlaciones sobre las que ya se ha discutido brevemente. Este modelo matemático permite obtener perfiles axiales y radiales de temperatura debido a fenómenos de dispersión radial y movimiento axial de ambas fases. La combustión ha sido representada de una manera simplificada que permite obtener resultados confiables como ya se verá en los respectivos capítulos, es en esta área en la que se encuentran los mayores retos para estudios futuros debido a las características del proceso. Los principales resultados muestran una magnífica aproximación a los datos de planta, esta comparativa está basada en temperatura interna de pared, el cual es el Único dato disponible de operación con utilidad para una comparación del modelo. Del presente avance han surgido resultados que muestran deficiencias de transferencia de calor hacia el interior del horno, lo que trae como consecuencia bajo o nulo nivel de sinterización en parte de la carga de material. A través del programa elaborado para la simulación del horno, será posible conocer las tendencias del comportamiento del horno a través de información que le proporcione el usuario como lo es el flujo de combustible, la carga de sólidos, el exceso de aire y de temperatura del producto.
Eficientización de un Algoritmo Genético para la Optimización de Secuencias de Destilación Utilizando un Simulador
(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2001-01-12) Leboreiro Hernández, José; Dr. Joaquín Acevedo MascarÚa; Dr. Miguel Angel Romero Ogawa; Dr. Eduardo Gómez-Maqueo Aréchiga; ITESM
La obtención de soluciones a problemas de optimización que representen avances reales de procesos tan estudiados como la destilación requiere del empleo de modelos matemáticos rigurosos tanto para la operación misma como para el cálculo de propiedades termodinámicas de los compuestos involucrados. Una opción para atacar este problema es la utilización de simuladores comerciales, ya que éstos cuentan con modelos rigurosos termodinámicos y de operación sumamente eficientes, además de que permiten al ingeniero de procesos evaluar fácilmente diferentes alternativas de modelación para un problema específico. En el presente trabajo, se emplea un algoritmo genético (AG) para el diseño óptimo de columnas de destilación. Se presenta una guía para la selección de valores adecuados de los parámetros del AG y se proponen diversas estrategias para mejorar el desempeño del AG que incluyen desde la codificación, evaluación, el uso de un algoritmo híbrido (algoritmo genético con resolvedor matemático) y un nuevo procedimiento para la definición de la convergencia del algoritmo. Las estrategias propuestas tienen el fin de limitar el espacio de bÚsqueda, reducir la evaluación de puntos no factibles y evitar evaluaciones innecesarias una vez que se encontró el óptimo. La implementación computacional de éstas propuestas ha permitido reducir el tiempo de ejecución en más del 50% en algunos problemas numéricos, manteniendo la robustez del algoritmo para encontrar la solución óptima. El criterio de convergencia se desempeñó satisfactoriamente, es decir, se logró encontrar la solución óptima de los problemas y detener el AG una vez que el óptimo ha sido encontrado. Se resolvieron dos problemas de optimización de diseño de columnas de destilación, el primero consiste en la destilación de una mezcla ternaria mientras que el segundo es una destilación extractiva de una mezcla altamente no ideal. Además, se resolvió un problema de síntesis de columnas de destilación para la separación de hidrocarburos de cuatro carbonos considerando columnas convencionales y complejas. Con los resultados obtenidos se demostraron las ventajas de utilizar AGs acoplados a simuladores comerciales para facilitar la modelación de sistemas de destilación convencionales integrados energéticamente y algunas variaciones como las columnas Petlyuk. La implementación propuesta representa una herramienta robusta para la solución de problemas de síntesis de procesos a través de la cual se resolvieron problemas complejos de optimización de secuencias no ideales de destilación.

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