Global Optimization of the Design of Shell-and-Tube Heat Exchangers Considering Fouling Modelling

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Lemos, Julia Coelho
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Palavras-chave em Português: Heat Exchanger; Optimization; Fouling; Permutadores térmicos; Simulação e otimização; Deposição; Trocador de calor; Otimização; ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18896

Trocadores de calor são equipamentos responsáveis pela alteração da temperatura e/ou estado físico de correntes materiais. Durante a sua operação, estes equipamentos estão sujeitos ao fenômeno da deposição, o que causa a diminuição na transferência de calor, levando a um aumento nos custos operacionais e de manutenção. A abordagem usualmente adotada para lidar com este problema durante o projeto dos trocadores de calor é inserir resistências térmicas adicionais no cálculo do coeficiente global de transferência de calor. Entretanto, estas resistências adicionais, representadas na forma de resistências de depósito, ignoram o fato que a taxa de deposição é afetada pelas condições termofluidodinâmicas presentes no interior do equipamento. Por esta razão, cada alternativa de solução para o problema de projeto está associada a uma taxa de deposição diferente. Desta forma, a presente tese apresenta uma investigação de como os modelos de deposição podem ser inseridos no projeto de trocadores de calor na forma de um problema de otimização. Através da aplicação de técnicas de programação matemática, são propostas formulações do problema levando em conta dois tipos de modelos de deposição: (i) um modelo onde a resistência de depósito depende da velocidade de escoamento, tipicamente aplicável a sistemas envolvendo correntes de água de resfriamento e (ii) um modelo de taxa de deposição dependente da velocidade e da temperatura, característico de correntes de óleo cru em baterias de pré-aquecimento em unidades de destilação atmosférica em refinarias. A primeira formulação resulta em um problema de programação linear inteira (ILP) e a segunda formulação corresponde a um problema de programação linear inteira mista (MILP). O caráter linear de ambas as formulações permite a identificação do ótimo global, mesmo utilizando algoritmos de otimização convencionais. As formulações propostas obtiveram resultados compatíveis com o esperado, gerando soluções melhores que as obtidas através da formulação convencional, que considera resistências de depósito constantes.