Modelagem, simulação e otimização termo-hidráulica de redes de trocadores de calor - Tavares, Viviane Barbosa Guimarães (2010)
Os trocadores de calor são equipamentos largamente utilizados em diversos processos, com a função de alterar a temperatura e/ou estado físico de correntes materiais. A maioria dos estudos envolvendo a simulação de redes de trocadores de calor aborda a modelagem da rede pelos cálculos de balanços de massa e de energia, sem levar em conta questões fluidodinâmicas, o que pode implicar em erros de previsão nesses cálculos, se houver alguma restrição hidráulica no sistema. Assim, visando à realização de um cálculo mais rigoroso da rede, propõe-se a modelagem da rede de trocadores envolvendo também os aspectos hidráulicos. Essa modelagem é formulada matricialmente com a geração de dois sistemas de equações, um não-linear e outro linear. Adicionalmente, é desenvolvida uma rotina de estimação de parâmetros para a espessura da camada de depósito nos trocadores a partir de dados medidos pela instrumentação ao longo do tempo. A seguir, é apresentado o desenvolvimento de uma ferramenta de otimização termo-hidráulica de manipulação de abertura das válvulas de controle para a busca do melhor resultado de temperatura ao final da rede, visando uma redução no consumo de energia, abordagem esta com aplicação direta no processo de destilação do petróleo. O resultado da simulação termo-hidráulica de uma rede de água de resfriamento foi fundamental para a análise do comportamento da rede antes do início da operação e também quando fosse necessária a ampliação de uma rede existente. Além disso, o ajuste hidráulico da espessura de depósito permitiu a avaliação de quanto a queda de pressão em um determinado trocador ou ramal pode ter sido alterada ao longo do tempo pelo efeito da deposição. Por fim, o resultado da otimização das válvulas para uma bateria de pré-aquecimento mostrou-se eficaz para a maximização da eficiência térmica da rede. Esse procedimento pode ser importante para o conhecimento de outras condições operacionais satisfatórias para o processo