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Otimização do projeto de trocadores de calor do tipo air-cooler
| Summary: | Air-coolers são trocadores de calor baseados em uma corrente de ar que escoa externamente a um feixe de tubos aletados por meio de ventiladores. São muito empregados em unidades industriais localizadas onde a disponibilidade de água é limitada. Apesar da sua importância e da sensibilidade do projeto no desempenho econômico do equipamento, um número relativamente pequeno de trabalhos abordou técnicas automáticas para o projeto deste tipo de equipamento. Neste contexto, o presente estudo tem como objetivo a otimização do projeto destes equipamentos, visando reduzir seus custos. O problema de otimização tem como função objetivo a ser minimizada o custo total do projeto, contemplando o investimento e manutenção no resfriador, na bomba da corrente de processo, nas tubulações e válvulas juntamente com os custos operacionais relativos à energia requerida para o funcionamento da bomba e do sistema de ventilação. Na abordagem proposta, cada ponto do espaço de busca corresponde a uma alternativa de projeto, sendo representado por um vetor das diferentes variáveis construtivas a serem otimizadas. Na formulação do procedimento de otimização, as variáveis investigadas foram diâmetro externo dos tubos, número de aletas por metro de tubo, altura das aletas, razão de passo dos tubos, número de passes nos tubos, comprimento dos tubos, número de filas de tubos, número de tubos por feixe, número de feixes por baia, número de baias, percentual de cobertura dos ventiladores e temperatura de saída do ar. As restrições são representadas fundamentalmente por um limite mínimo de excesso de área que determina a viabilidade técnica do equipamento. Cada avaliação das restrições e da função objetivo implica no acionamento de uma rotina de simulação termofluidodinâmica da configuração investigada. Os métodos desenvolvidos para a otimização deste problema são um método estocástico do tipo simulated annealing e um método heurístico determinístico. Ambos os métodos foram capazes de alcançar uma trajetória de redução de custos, contudo o simulated annealing apresentou melhores resultados já que se trata de um método de otimização global |
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| Main Authors: | Passos, Luciana Vasconcelos |
| Subject: | Air-cooler design optimization cost simulated annealing Air-cooler projeto otimização custo simulated annealing CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA |
| Year: | 2021 |
| Country: | Brazil |
| Document type: | master thesis |
| Access type: | open access |
| Associated institution: | IBICT |
| Language: | Portuguese |
| Origin: | Oasisbr |
| Summary: | Air-coolers são trocadores de calor baseados em uma corrente de ar que escoa externamente a um feixe de tubos aletados por meio de ventiladores. São muito empregados em unidades industriais localizadas onde a disponibilidade de água é limitada. Apesar da sua importância e da sensibilidade do projeto no desempenho econômico do equipamento, um número relativamente pequeno de trabalhos abordou técnicas automáticas para o projeto deste tipo de equipamento. Neste contexto, o presente estudo tem como objetivo a otimização do projeto destes equipamentos, visando reduzir seus custos. O problema de otimização tem como função objetivo a ser minimizada o custo total do projeto, contemplando o investimento e manutenção no resfriador, na bomba da corrente de processo, nas tubulações e válvulas juntamente com os custos operacionais relativos à energia requerida para o funcionamento da bomba e do sistema de ventilação. Na abordagem proposta, cada ponto do espaço de busca corresponde a uma alternativa de projeto, sendo representado por um vetor das diferentes variáveis construtivas a serem otimizadas. Na formulação do procedimento de otimização, as variáveis investigadas foram diâmetro externo dos tubos, número de aletas por metro de tubo, altura das aletas, razão de passo dos tubos, número de passes nos tubos, comprimento dos tubos, número de filas de tubos, número de tubos por feixe, número de feixes por baia, número de baias, percentual de cobertura dos ventiladores e temperatura de saída do ar. As restrições são representadas fundamentalmente por um limite mínimo de excesso de área que determina a viabilidade técnica do equipamento. Cada avaliação das restrições e da função objetivo implica no acionamento de uma rotina de simulação termofluidodinâmica da configuração investigada. Os métodos desenvolvidos para a otimização deste problema são um método estocástico do tipo simulated annealing e um método heurístico determinístico. Ambos os métodos foram capazes de alcançar uma trajetória de redução de custos, contudo o simulated annealing apresentou melhores resultados já que se trata de um método de otimização global |
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