Integración de procesos: una formulación matemática para resolver el problema de síntesis, diseño y operación óptima de un complejo multiplanta

GABRIELA CORSANO,; MARCELO MONTAGNA,; OSCAR IRIBARREN,; AGUIRRE, PIO

La integración de procesos en la producción de biocombustibles

Programa CYTED

Lugar: Buenos Aires; Año: 2006; p. 67 - 94

Un complejo multiplanta, consiste en un conjunto de plantas conectadas entre ellas por medio de corrientes materiales y/o energéticas. Los modelos de integración de procesos dentro de un complejo multiplanta, consisten en formulaciones matemáticas que consideran los balances de masa y energía entre las plantas del complejo, restricciones de demandas las cuales pueden ser fijas o variables, restricciones de planeamiento de las producciones, condiciones de abastecimiento de los insumos, etc. Si además se considera el problema de síntesis y diseño, los modelos contienen balances de masa en cada unidad de procesamiento (pueden estar expresadas como ecuaciones diferenciales), ecuaciones de diseño de equipos, restricciones de interconexión entre equipos de un mismo proceso de producción, restricciones de secuenciamiento de las tareas, etc. Los modelos con estas características generalmente son modelados como problemas de programación Mixta Entera No Lineal (MINLP, por su sigla en inglés), los cuales requieren un esfuerzo computacional enorme para ser resueltos y en muchos casos, no se logra una solución óptima ?razonable?. El problema de diseño y operación óptima de un complejo multiplanta ha sido abordado por pocos autores. En la literatura se encuentran trabajos relacionados con el planeamiento y la programación de tareas, problemas de cadena de suministros para complejos multiplanta, casos de estudios particulares de integración energética de tres plantas de la compañía Mitsubishi, pero en todos los casos anteriores se trabaja sobre plantas dadas (diseñadas) y son datos del problema los tiempos de operación de cada producto en cada unidad de procesamiento. Iyer y Grossmann describieron modelos para la síntesis y planeamiento multiperíodo de un sistema energético multiplanta y Oliveira et. al. presentaron una extensión del trabajo de Iyer y Grossmann incluyendo en el modelo aspectos de impacto ambiental.   En este Capítulo se presentan modelos para obtener el diseño y operación óptima de la integración material de tres plantas dentro de un Complejo Azucarero: Azúcar, Levadura Torula y Etanol. Se incorporarán además balances energéticos y restricciones de cronogramación de tareas en el modelo global. Los modelos presentan un alto nivel de detalle en la descripción de sus operaciones y se analizarán diferentes escenarios de integración. Todos los modelos presentados son problemas de Programación No Lineal (NLP) con formulaciones no convexas. Las soluciones que se presentarán fueron encontradas en tiempos computacionales ?razonables? teniendo en cuenta el número de variables y restricciones y la naturaleza de estos modelos.