Modelagem, simulação e otimização termo-hidráulica de redes de trocadores de calor

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Tipo do documento:	Dissertação
Título:	Modelagem, simulação e otimização termo-hidráulica de redes de trocadores de calor
Título(s) alternativo(s):	Modeling, simulation and optimizatios of thermal-hydeaulic heat exchanger networks
Autor:	Tavares, Viviane Barbosa Guimarães
Primeiro orientador:	Costa, André Luiz Hemerly
Primeiro coorientador:	Queiroz, Eduardo Mach
Primeiro membro da banca:	Reis, Rodrigo Azevedo dos
Segundo membro da banca:	Tôrres, Alexandre Rodrigues
Terceiro membro da banca:	Oliveira, Sergio Gregorio de
Resumo:	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
Abstract:	Heat exchangers are widely used in many processes with the goal of changing the temperature and/or the physical state of the streams. Several studies about simulation of heat exchangers networks present the modeling of the network by calculating mass and energy balances, without consider fluidodynamics affects, which may imply in these calculations if there are constraints in the hydraulic system. Aiming to have a more accurate calculation, it is proposed a heat exchanger network model including the hydraulic aspects. This model is formulated in a matrix structure with two systems of equations, a non-linear one and linear one. In addition, another routine is developed to estimate the thickness of the deposits present in the heat exchangers, using some data measured by the instrumentation during the time. After that, it is present the development of thermo-hydraulic optimization tool that manipulate the valve opening in order to find the best result of the final temperature of the network, approach with an application in crude oil distillation process. The result of the thermo-hydraulic simulation showed that it is fundamental to analyze the behavior of the cooling water network before the start-up or to predict the behavior before a revamp in an existent network. Thus, the tool of adjusting the fouling thickness in the network allowed knowing how much pressure drop is affected, in the heat exchanger or in a branch, during the time by the fouling effect. Finally, the optimization result by manipulation the control valves in the preheat train was effective to maximize the thermal efficiency on the network. This tool can be important for the knowledge about others operational conditions that are satisfactory for the process
Palavras-chave:	Heat exchanger network thermo-hydraulic simulation optimization fouling Redes de trocadores de calor simulação termo-hidráulica otimização Deposição
Área(s) do CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma:	por
País:	BR
Instituição:	Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição:	UERJ
Departamento:	Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação:	TAVARES, Viviane Barbosa Guimarães. Modelagem, simulação e otimização termo-hidráulica de redes de trocadores de calor. 2010. 157 f. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Meio Ambiente) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
URI:	http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/12058
Data de defesa:	28-Set-2010
Aparece nas coleções:	Mestrado em Engenharia Química

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