Formulación MILP para Planeamiento de Corto Plazo de Una Planta Cristalizadora de Azúcar Utilizando Resource Task Network

GUILLERMO A. DURAND; J. ALBERTO BANDONI; STEN BAY JØRGENSEN

Puerto Vallarta

Congreso; XXV Reunión Nacional de la AMIDIQ; 2004

Asociación Mejicana de Investigación y Docencia en Ingeniería Química

1. Introducción   La sugarhouse es la unidad de proceso encargada de la concentración final, cristalización y secado del azúcar en la fabricación de la misma. Recibe de la unidad de evaporadores multi-efecto una solución concentrada de azúcar en agua (aprox. 70% p/p) con impurezas. Este flujo es tratado en dos estaciones de cristalización y secado, A y B. Cada una de estas estaciones consta de baterías de cristalizadores batch. Como la alimentación proveniente de los evaporadores es continua los cristalizadores trabajan en forma paralela y en defasaje, con un tanque como almacenamiento intermedio para el pasaje de continuo a batch. Los cristalizadores son evaporadores de gran tamaño (60 tons.) calentados por vapor vivo y trabajan a bajas presiones. Concentran la solución eliminando agua hasta que el azúcar se cristaliza casi totalmente. Este azúcar es lavado (para eliminar impurezas) y secado en baterías centrífugas batch. El producto final es azúcar listo para ser empacado. La operación de esta unidad no es sencilla, ya que además de controlar que cada etapa cumpla con los set-points especificados, existe la complicación de la transición de proceso continuo a batch y viceversa. Se suma a eso la presencia de grandes reciclos presentes que obligan a que se deba planear el funcionamiento de la unidad hasta 48 horas en avance. Por último, también se debe considerar la presencia de fuertes restricciones en los recursos.   2. Metodología   Para encarar el problema de planeamiento de corto plazo de una planta de este tipo se suele modelar la operación dividiendo el horizonte de tiempo en períodos uniformes y utilizando variables discretas para asignar equipos a cada período, lo que resulta en un formulación tipo MILP. Este concepto fue introducido por Kondili et al. (1993) y desarrollado por varios autores en la década pasada (Shah et al., 1993; Pantelides, 1994). Pantelides (1994) desarrolló la formulación alternativa Resource Task Network (RTN), que luego Schilling y Pantelides (1996) utilizaron para modelar el tiempo en forma continua. Ierapetritou y Floudas (1998) propusieron una nueva formulación RTN-MILP, basada en eventos, para el planeamiento de corto plazo de plantas continuas/batch. Este último enfoque genera modelos matemáticos más simples y de menor tamaño, con menor cantidad de variables binarias y continuas, requiere menos restricciones y relajaciones lineares, lo que posibilita una resolución en un tiempo computacional significativamente menor. El objetivo del presente trabajo es aplicar la formulación RTN-MILP basada en eventos al caso de la sugarhouse y analizar el rendimiento del modelo para resolver diferentes escenarios de operación: puesta en marcha y parada, maximización de la producción, maximización de ganancias, rotura y reparación de equipos, y fuertes restricciones en los recursos. Para simplificación del análisis sólo se incluirá en el modelo la estación A. Asimismo, se incluirán dos solvers de gran utilización para problemas tipo MILP: OSL y CPLEX (bajo entorno GAMS). Trabajos a futuro incluyen ampliar el modelo para incluir toda la sugarhouse, e incorporar la presencia de incertidumbres en el problema de planeamiento de corto plazo, como así también estudiar otros problemas similares (ej.: producción, procesado y distribución de frutas del Valle de Río Negro, Argentina).