Otimização termohidráulica da operação de redes de trocadores de calor

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Silva, Rachel Luiza da
• 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: Heat Exchange network; fouling; optimization; model; Redes de Trocadores de calor; deposição; otimização; modelo; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/12056

Redes de trocadores de calor são estruturas compostas por um conjunto de equipamentos com o objetivo de permitir a transferência de calor entre correntes de processo, reduzindo assim o consumo de utilidades. Entretanto, estes sistemas são afetados pela deposição. A deposição é o acúmulo indesejado de material sobre a superfície dos trocadores de calor. A redução na efetividade térmica e aumento da queda de pressão nos equipamentos são consequências deste fenômeno. Diante deste cenário, propõe-se a utilização de uma ferramenta de programação matemática para minimização do custo, ao longo do tempo de operação em redes com trocadores em paralelo através da manipulação das vazões. A formulação consiste em um problema de programação não linear (NLP) e, devido a problemas de não-convergência, foi desenvolvido um procedimento automático de geração de estimativas iniciais. Os exemplos foram implementados no software GAMS 23.7, utilizando o solver CONOPT. A rotina computacional desenvolvida contém as equações matemáticas referentes ao comportamento térmico e hidráulico de trocadores de calor casco-e-tubo, assim como as equações do balanço de energia mecânica da rede, as equações dos modelos de espessura da camada de depósito e de taxa de deposição, além da função objetivo, que é representada pela integral do custo com o consumo de energia durante a operação e com a perda de produção devido às limitações hidráulicas. Duas versões da formulação do problema de otimização foram desenvolvidas, uma com as equações integradas e outra com equações diferenciais discretizadas, neste caso é possível analisar o desenvolvimento da deposição ao longo do trocador. O desempenho da rotina computacional é analisado através de um conjunto de exemplos, sendo possível perceber os ganhos obtidos com a solução ótima, quando comparada com outras propostas de controle de vazão. A principal contribuição deste trabalho é a inserção dos aspectos fluidodinâmicos de forma explícita no modelo