Otimização do projeto de trocadores de calor tipo air cooler via programação matemática

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Souza, Priscila Alexandre de
• Tipo de documento: Dissertação
• 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; BR; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Palavras-chave em Português: Air-cooler; optimization; modeling; simulation; mathematical programming; otimização; modelagem; simulação; programação matemática; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/12076

A presente dissertação apresenta uma abordagem de programação matemática linear para o projeto de air coolers. Devido à sua linearidade, é possível afirmar que a solução do problema é o ótimo global. A função objetivo corresponde à minimização do custo total anualizado, abrangendo os custos de investimento, manutenção e operacionais. As restrições incluem a modelagem termofluidodinâmica do escoamento da corrente de processo dentro do feixe de tubos e do escoamento externo do ar através da superfície aletada. O modelo inicial considera nove grupos de variáveis discretas, todos relacionados à estrutura mecânica do trocador de calor: as dimensões do tubo aletado (diâmetro dos tubos, altura e espessura das aletas e número de aletas por comprimento), o comprimento dos tubos, a razão de passo nos tubos, o número de baias, o número de feixes por baia, o número de tubos por fila, a configuração do trocador de calor (número de passes nos tubos e o número de filas), o número de ventiladores por baia e o diâmetro dos ventiladores. As variáveis discretas são representadas utilizando-se variáveis binárias, tornando o modelo inicialmente um problema de programação não-linear inteira mista (MINLP). As vazões e temperaturas de entrada e saída da corrente de processo e do ar são consideradas parâmetros do problema. O desenvolvimento da formulação é baseado na transformação do modelo não-linear inicial em um problema de programação linear inteira mista (MILP), aproveitando a natureza discreta das diferentes partes do equipamento. É realizada uma análise de diferentes alternativas para descrição das variáveis discretas originais em relação a conjuntos de variáveis binárias através de uma avaliação da dimensão do problema e do desempenho computacional para cada alternativa. Uma redução exponencial do tempo computacional é observada quando se utiliza a alternativa de máxima agregação de variáveis discretas. O desempenho da abordagem proposta é ilustrado através da sua comparação com um air cooler descrito na literatura projetado via um método convencional (tentativa e erro). Os resultados indicam uma redução significativa no custo total anualizado quando se é utilizada a ferramenta de otimização