Resolución eficiente de problemas en ingeniería de procesos : aprovechamiento de la estructura de la matriz de incidencia

El objetivo de esta Tesis ha sido desarrollar métodos para análisis estructural de modelos matemáticos y resolución de problemas en ingeniería de procesos. Estos métodos pueden ser aplicados a los campos de diseño de instrumentación, simulación y optimización de procesos químicos. Se utilizó como he...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Domancich, Alejandro Omar
Otros Autores: Hoch, Patricia Mónica
Formato: tesis doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2009
Materias:
diseño de instrumentación
simulación
optimización
Acceso en línea:http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/2044
Aporte de:
Repositorio Institucional Universidad Nacional del Sur (UNS) de Universidad Nacional del Sur
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description El objetivo de esta Tesis ha sido desarrollar métodos para análisis estructural de modelos matemáticos y resolución de problemas en ingeniería de procesos. Estos métodos pueden ser aplicados a los campos de diseño de instrumentación, simulación y optimización de procesos químicos. Se utilizó como herramienta el Método Directo (MD), que es una técnica novedosa de análisis estructural. El MD es un nuevo algoritmo de particionamiento que efectúa un reordenamiento estructural de la matriz de incidencia correspondiente al modelo de estado estacionario de un proceso, para llevarla a una forma triangular inferior en bloques y establecer una descomposición en subsistemas y un orden de precedencia. La Tesis puede dividirse en dos partes: un análisis cualitativo de procesos químicos (estudio de modelos desde un punto de vista estructural) y un análisis cuantitativo (resolución de modelos matemáticos). El primer tipo de análisis resulta aplicable al campo de diseño de instrumentación, mientras que el segundo es aplicable a los campos de simulación y optimización de procesos. La contribución original realizada en el campo de diseño de instrumentación está dada por el desarrollo de una versión modificada del MD, denominada Método Directo Extendido (MDE). Este nuevo algoritmo consiste en la implementación de un módulo que cuantifica la no linealidad inherente a un sistema de ecuaciones. Este módulo guía al MD tradicional hacia la descomposición del modelo matemático en subsistemas con el menor grado de no linealidad posible, es decir potencialmente más fáciles de resolver. Mediante la aplicación del MDE, se obtiene una reducción en la no linealidad de los subsistemas obtenidos a través del análisis de observabilidad. Al mismo tiempo, el algoritmo es capaz de incrementar la cantidad de bloques generados de mínimo tamaño. La aplicación del MDE favorece el proceso global de diseño de instrumentación en tres aspectos principales: incremento en la velocidad de procesamiento de datos, provisión de conocimiento adicional acerca del nivel de redundancia del modelo y simplificación en la tarea de reconciliación de datos de una planta. Con respecto a los campos de simulación y optimización de procesos, la contribución realizada consistió en desarrollar un paquete completo que permite generar, particionar y resolver modelos matemáticos pertenecientes a plantas químicas; no sólo tratando los casos cuadrados, sino también los modelos que dan lugar a estructuras rectangulares. La resolución se realiza luego de efectuadas dos etapas. En la primera, el usuario obtiene de manera automática el sistema de ecuaciones que representa el funcionamiento de una planta de procesos a partir del ingreso al programa de la topología de la misma. En una segunda etapa, el programa particiona el modelo obtenido (utilizando de manera interna el MDE) y brinda una estrategia de resolución en bloques. Luego, se lleva a cabo la simulación u optimización del modelo dependiendo de las características del mismo. El paquete desarrollado es sencillo de utilizar y flexible para cualquier proceso químico con el que se desee trabajar, combinando además las ventajas que naturalmente posee el enfoque de simulación secuencial modular con las del enfoque orientado a ecuaciones.
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