Desarrollo de la optimización multiobjetivo al diseño y variables operacionales de las calderas recuperadoras de calor de un solo paso

Abstract

En la presente investigación se desarrolla un modelo matemático que describe el funcionamiento operacional de la caldera recuperadora de calor, según las condiciones de diseño existentes. La modelación matemática es fenomenológica con un nivel de descripción gradiente máximo y permite obtener el perfil de temperaturas en el equipo. Este modelo se validó a partir de la variación que existe entre los valores reales y predichos de las variables dependientes, ya que en todos los casos resultó ser inferior al 10 % en términos de error relativo. Del área total de trasferencia de calor un 41 % se emplea para la economización, un 37 % para la evaporación y un 21 % para el sobrecalentamiento, distribución que es típica en estos equipos. En la caldera recuperadora, la mínima diferencia de temperaturas entre los fluidos es de 134 oC, valor que no se ajusta al que recomienda la literatura especializada para un buen aprovechamiento de calor. Por ello se realiza la optimización multiobjetivo por el algoritmo genético NSGA-II a partir de dos polinomios que relacionan el calor recuperado y la longitud total de tubos con el punto pinch de temperaturas, según la realidad simulada. Se comprueba que el valor de punto pinch real difiere del intervalo de valores óptimos (de 30 0C a 70 0C) y que para maximizar el calor recuperado se necesita incrementar en un 10 % el área de trasferencia de calor. Mediante esta modificación se puede incrementar el aprovechamiento de calor en 2,1 kW / m2.