{"id":8120,"date":"2022-02-24T18:51:49","date_gmt":"2022-02-24T18:51:49","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/?p=8120"},"modified":"2022-03-10T20:03:44","modified_gmt":"2022-03-10T20:03:44","slug":"clase-digital-9-diseno-para-un-%ce%b4tmin-optimo-uso-de-software-educacional","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/clase-digital-9-diseno-para-un-%ce%b4tmin-optimo-uso-de-software-educacional\/","title":{"rendered":"Clase digital 9. Dise\u00f1o para un \u0394Tmin \u00f3ptimo. Uso de software educacional"},"content":{"rendered":"\n<div class=\"wp-block-cover\" style=\"min-height:284px;aspect-ratio:unset;\"><span aria-hidden=\"true\" class=\"has-background-dim-40 wp-block-cover__gradient-background has-background-dim\"><\/span><img decoding=\"async\" class=\"wp-block-cover__image-background wp-image-8121\" alt=\"monitor showing Java programming\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/oqtafyt5ktw.jpg\" style=\"object-position:63% 100%\" data-object-fit=\"cover\" data-object-position=\"63% 100%\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1600\" height=\"1068\" class=\"wp-block-cover__image-background wp-image-8121\" alt=\"monitor showing Java programming\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/oqtafyt5ktw.jpg\" style=\"object-position:63% 100%\" data-object-fit=\"cover\" data-object-position=\"63% 100%\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/oqtafyt5ktw.jpg 1600w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/oqtafyt5ktw-300x200.jpg 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/oqtafyt5ktw-1024x684.jpg 1024w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/oqtafyt5ktw-768x513.jpg 768w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/oqtafyt5ktw-1536x1025.jpg 1536w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/oqtafyt5ktw-272x182.jpg 272w\" sizes=\"auto, (max-width: 1600px) 100vw, 1600px\" \/><\/noscript><div class=\"wp-block-cover__inner-container is-layout-flow wp-block-cover-is-layout-flow\">\n<p class=\"has-text-align-center has-base-3-color has-text-color has-large-font-size wp-block-paragraph\">Dise\u00f1o para un \u0394T<sub>min<\/sub> \u00f3ptimo. Uso de software educacional<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"introduccion\">Introducci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">\u00a1Hola!&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Es un honor tenerte en esta nueva sesi\u00f3n donde seguramente aprender\u00e1s todo aquello que tu desees. Por lo tanto, te doy la bienvenida a la novena clase del curso Integraci\u00f3n de Procesos.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En esta clase continuaremos con el tema de optimizaci\u00f3n, pero ahora veremos c\u00f3mo usar software para efectos de encontrar el \u0394T<sub>min<\/sub> \u00f3ptimo y a partir de este dato dise\u00f1ar la red de recuperaci\u00f3n de calor. El software que usaremos en esta clase es un software educacional libre de nombre HINT creado en la universidad de Valladolid, Espa\u00f1a (Mart\u00edn and Mato, 2008).&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El programa se basa en los principios de optimizaci\u00f3n que hemos revisado en este curso, por lo tanto, se emplear\u00e1 para llevar a cabo de manera r\u00e1pida los c\u00e1lculos para determinar el punto \u00f3ptimo de recuperaci\u00f3n de calor para dar inicio al dise\u00f1o de la red. Antes de entrar de lleno a la descripci\u00f3n del software, se har\u00e1n algunos comentarios en torno a las caracter\u00edsticas de las curvas de optimizaci\u00f3n t\u00edpicas para redes de recuperaci\u00f3n de calor y c\u00f3mo este comportamiento puede utilizarse para proponer estrategias de dise\u00f1o operables. Tambi\u00e9n se comentar\u00e1 de una manera general sobre las t\u00e9cnicas matem\u00e1ticas de optimizaci\u00f3n para el dise\u00f1o de redes de recuperaci\u00f3n de calor, las diferencias principales, ventajas y \u00e1reas de oportunidad.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El objetivo de esta clase es que sepas aplicar correctamente el software para la determinaci\u00f3n del nivel \u00f3ptimo de recuperaci\u00f3n de calor de un proceso y que desarrolles la sensibilidad para entender c\u00f3mo las diferentes variables afectan la determinaci\u00f3n de este par\u00e1metro y que uses los resultados para dise\u00f1ar redes de recuperaci\u00f3n de calor con un \u0394T<sub>min<\/sub> \u00f3ptimo.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Con estos antecedentes, damos inicio a la sesi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"desarrollo-del-tema\">Desarrollo del tema<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Una caracter\u00edstica importante de las curvas de optimizaci\u00f3n que se generan para redes de recuperaci\u00f3n de calor es que, como se ilustra en la Figura 1, presentan una zona plana de valores de costos m\u00ednimos. Este comportamiento tiene algunas implicaciones. Por ejemplo, existe un rango de \u0394T<sub>min<\/sub> en el cual no hay una diferencia sustancial en el costo de las diferentes redes que se pueden dise\u00f1ar. Esto permite seleccionar la mejor red en t\u00e9rminos de otro elemento importante que es la operabilidad. Para explicar la operabilidad, es importante explorar m\u00e1s la Figura 1. Como se puede apreciar, la poblaci\u00f3n de corrientes arriba y abajo del Pinch var\u00eda con el \u0394T<sub>min<\/sub>. Como la estructura de la red de recuperaci\u00f3n de calor depende de la poblaci\u00f3n de corrientes, entonces en los diferentes puntos en el rango de costo total m\u00ednimo, la estructura de una red ser\u00e1 diferente para cada \u0394T<sub>min<\/sub>.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En cuanto a las metodolog\u00edas que se han desarrollado para el dise\u00f1o y la optimizaci\u00f3n de redes de recuperaci\u00f3n de calor, al poco tiempo de haberse publicado el M\u00e9todo Pinch a principios de los a\u00f1os 80\u2019s, la investigaci\u00f3n empez\u00f3 a desarrollarse en la direcci\u00f3n de la optimizaci\u00f3n matem\u00e1tica. A la fecha, la literatura sobre el tema es muy abundante. B\u00e1sicamente este tipo de metodolog\u00eda se basa en la creaci\u00f3n de una s\u00faper estructura que representa las diferentes opciones de enlaces entre corrientes, de flujos m\u00e1sicos -en el caso de ramificaciones- y temperaturas, sujetos a ciertas restricciones como enlaces no permitidos por situaciones de reactividad, distancia, etc. Como el n\u00famero total de posibles combinaciones puede llegar a ser muy alto dependiendo del tama\u00f1o del problema, se utilizan m\u00e9todos matem\u00e1ticos o estad\u00edsticos para reducir el n\u00famero de combinaciones y lograr aproximarse al \u00f3ptimo general m\u00e1s r\u00e1pidamente. El resultado es la estructura de la red de menor costo. En este tipo de optimizaci\u00f3n, por lo general s\u00f3lo existe un intercambiador de calor en toda la red que presente el menor de todos los \u0394T<sub>min<\/sub>. A ese valor se le conoce como Network Pinch. La Figura 2 muestra dos ejemplos de s\u00faper estructura.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.01.59.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-8998\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"853\" height=\"468\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.01.59.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-8998\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.01.59.png 853w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.01.59-300x165.png 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.01.59-768x421.png 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 853px) 100vw, 853px\" \/><\/noscript><figcaption>Figura 1. <em>Curva de optimizaci\u00f3n t\u00edpica para problemas de recuperaci\u00f3n de calor.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.02.50.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-8999\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1013\" height=\"458\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.02.50.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-8999\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.02.50.png 1013w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.02.50-300x136.png 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-03-10-a-las-14.02.50-768x347.png 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 1013px) 100vw, 1013px\" \/><\/noscript><figcaption><strong>Figura 2. <\/strong><em>Ejemplos de dos de las m\u00faltiples s\u00faper estructuras que se han planteado para el dise\u00f1o y optimizaci\u00f3n de redes de recuperaci\u00f3n de calor: a) Yee et al. (1990), b) Pavao et al. (2018).<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Un aspecto de gran importancia en el proceso de optimizaci\u00f3n son los datos econ\u00f3micos para resolver el problema y particularmente, la ecuaci\u00f3n de costos. Una ecuaci\u00f3n t\u00edpica de costos para intercambiadores de tubo y coraza de acero al carb\u00f3n es:<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-02-24-a-las-12.49.57.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-8128\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"296\" height=\"40\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/02\/Captura-de-Pantalla-2022-02-24-a-las-12.49.57.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-8128\" \/><\/noscript><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En la ecuaci\u00f3n (1), el costo est\u00e1 en d\u00f3lares y el \u00e1rea est\u00e1 dada en m<sup>2<\/sup>. Los costos de operaci\u00f3n deber\u00e1n consultarse y actualizarse, pues dependen del lugar en donde se vaya a implementar el dise\u00f1o. S\u00f3lo como referencia, se pueden considerar los siguientes valores:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Costo de vapor<\/strong>: 120,000 USD\/MW a\u00f1o<br><strong>Agua de enfriamiento:<\/strong> 15,000 USD\/MW a\u00f1o<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Los c\u00e1lculos que se deben realizar para implementar la metodolog\u00eda de optimizaci\u00f3n que se estudia en este curso, involucra una cantidad importante de c\u00e1lculos. Por lo tanto, resulta conveniente ya sea el uso de software especializado o el desarrollo de software propio. En este curso utilizaremos el software educacional libre de nombre HINT creado en la universidad de Valladolid, Espa\u00f1a, y desarrollado por \u00c1ngel Mart\u00edn y Fidel A. Mato (2008). El software se puede bajar de las siguientes p\u00e1ginas: www.iq.uva.es\/integ\/Integracion.zip (Espa\u00f1ol); www.iq.uva.es\/integ\/Hint.zip (Ingl\u00e9s).<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para familiarizarte con el software y conocer sus prestaciones, deber\u00e1s revisar el siguiente material:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Art\u00edculo: Hint: An educational software (9 p\u00e1ginas)&nbsp;<\/li><li>Video: Use of software Hint (62 min)<\/li><\/ul>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-block-embed-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"Mod-07 Lec-01 Problem solving using HINT Software- Part 01\" width=\"1200\" height=\"675\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/IHGLuL3otjc?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"conclusion\">Conclusi\u00f3n <\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Hemos llegado al final de esta sesi\u00f3n. Tal y como se vio, el proceso de optimizaci\u00f3n de una red de recuperaci\u00f3n de calor requiere un n\u00famero importante de c\u00e1lculos. Por ello, el desarrollo de software para reducir el tiempo de ejecuci\u00f3n es de vital importancia. Si bien existe software comercial, algunas instituciones de educaci\u00f3n superior han desarrollado software educacional de acceso libre como la Universidad de Valladolid, Espa\u00f1a.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En esta clase hemos optado por utilizar el software HINT desarrollado por esta universidad. Este software contiene una gran cantidad de funciones que resultan \u00fatiles para el dise\u00f1o y an\u00e1lisis de sistemas de recuperaci\u00f3n de calor. Este software tambi\u00e9n proporciona la herramienta gr\u00e1fica para dise\u00f1ar manualmente una red de recuperaci\u00f3n de calor. Es necesario hacer \u00e9nfasis en que este software utilizan una nomenclatura diferente a la que usaremos en este curso. En particular, en el diagrama de rejilla, las calientes se presentan como l\u00edneas horizontales que van de izquierda a derecha y las corrientes fr\u00edas como l\u00edneas horizontales que van de izquierda a derecha. Es importante tener en cuenta esta diferencia pues en este curso usamos una convenci\u00f3n que est\u00e1 m\u00e1s acorde con el sentido de las Curvas Compuestas. Esto es, corriente caliente como l\u00edneas horizontales que corren de derecha a izquierda en la parte superior y corrientes fr\u00edas que corren de izquierda a derecha en la parte inferior.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Las ideas principales de esta clase son:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Las curvas t\u00edpicas de optimizaci\u00f3n que se generan por el m\u00e9todo de evaluaci\u00f3n de las funciones de costos para cada valor de la variable independiente o \u0394T<sub>min<\/sub>, tienden a tener un comportamiento plano que abarca un rango amplio de \u0394T<sub>min<\/sub>.<\/li><li>La poblaci\u00f3n de corrientes arriba y abajo del Pinch en la mayor\u00eda de los casos, cambia con respecto al \u0394T<sub>min<\/sub>. Esto significa que es posible tener diferentes estructuras cuyos costos totales de operaci\u00f3n son muy similares. Esta caracter\u00edstica permite incorporar el concepto de operabilidad en el dise\u00f1o de redes de recuperaci\u00f3n de calor como se ver\u00e1 en otra clase.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Has llegado al final de esta clase \u00a1Mis felicitaciones por tu gran logro! Para concluir la sesi\u00f3n te invito a realizar la actividad de aprendizaje que consiste en el uso de HINT para optimizar el \u0394T<sub>min<\/sub> \u00f3ptimo y posteriormente dise\u00f1ar la red de recuperaci\u00f3n de calor. Te encuentro en tu pr\u00f3xima clase, hasta entonces.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"fuentes-de-informacion\">Fuentes de informaci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Art\u00edculo: Hint: An educational software (9 p\u00e1ginas)<\/li><li>Video: Use of software Hint (62 min)\u00a0<a href=\"https:\/\/youtu.be\/IHGLuL3otjc\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener nofollow\">https:\/\/youtu.be\/IHGLuL3otjc<\/a><\/li><li>Art\u00edculo: Global optimization of heat exchanger networks (17 p\u00e1ginas)<\/li><li>Art\u00edculo: A new stage-wise super structure (17 p\u00e1ginas)<\/li><\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Introducci\u00f3n \u00a1Hola!&nbsp; Es un honor tenerte en esta nueva sesi\u00f3n donde seguramente aprender\u00e1s todo aquello que tu desees. 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