Otimização do projeto de trocadores de calor casco-e-tubo empregando programação matemática - Gonçalves, Caroline de Oliveira (2019)
Trocadores de calor são equipamentos largamente empregados na indústria de processos, sendo responsáveis pelo aquecimento, resfriamento, vaporização ou condensação de correntes materiais. A abordagem clássica de projeto de um trocador de calor consiste em um procedimento de tentativa e erro, onde o projetista, baseado na sua experiência, avalia de forma sequencial as diferentes alternativas de equipamentos, buscando identificar uma solução que atenda às especificações do serviço térmico da melhor forma possível. Entretanto, tal abordagem é fortemente dependente da experiência do engenheiro responsável. Por esta razão, mais modernamente, um grande número de trabalhos de pesquisa foi publicado propondo procedimentos de projeto baseados em algoritmos de otimização capazes de identificar a melhor solução dentro do espaço de busca disponível automaticamente, sem a intervenção direta do projetista. Diante deste quadro, esta tese apresenta uma contribuição inédita à literatura na aplicação de técnicas de otimização via programação matemática para a determinação do ótimo global no projeto de trocadores de calor. Do ponto de vista do escopo, esta proposta de tese será focada em serviços sem mudança de fase. Através da aplicação de técnicas de programação matemática, são propostas formulações do problema levando em conta os métodos de cálculo de Kern e de Bell-Delaware. 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 são capazes de identificar soluções viáveis para o projeto de trocadores de calor com menor custo que aquelas obtidas através da formulação convencional do projeto.