Orientador: Roger Josef Zemp / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T10:03:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salviano_FlaviaRichterFernandez_M.pdf: 1544610 bytes, checksum: faf01181a27b65fd972f0e2414e7112b (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Originalmente a Análise Pinch foi aplicada em projetos de novas redes de trocadores de calor em plantas industriais. No entanto, com a ampliação de plantas ou modificação das condições de processos, surgiu a necessidade de se adaptar o conceito de integração de processos para modificar redes existentes. Diante da limitação de ferramentas para auxílio em círculos e a dificuldade de se desenvolver projetos de retrofit, foi desenvolvida uma planilha eletrônica de cálculo baseada nos programas Microsoft Excel e Visual Basic for Applications (VBA). Os dados da rede existente e/ou proposta são inseridos pelo usuário e a planilha utiliza os conceitos de balanço energético e Network Pinch para calcular temperaturas de saída dos fluidos nos trocadores e temperaturas finais das correntes de processo. A ferramenta também permite ao usuário a identificação dos limites de recuperação de calor da rede existente e a minimização do consumo de utilidades sem mudanças topológicas / Abstract: Pinch analysis techniques were originally developed for projects of new heat exchangers networks in industrial plants. However the increasing capacity of plants or modifications in process parameters generated the necessity of adaptation of the original concept of process integration to retrofit of existing networks. Due to the limitation of tools to support calculations and the difficulty in developing retrofit projects, an electronic worksheet based on softwares Microsoft Excel and Visual Basic for Application (VBA) was created. The information of the existing and/or proposed network is inserted in the worksheet by the user and the program uses the concepts of energy balance and Network Pinch to calculate the outlet temperature of fluids in each heat exchanger and the outlet temperature of each process stream in the network. This tool also allows the identification of limits of heat recovery and the minimization of utilities consumption with no topological changes / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Roger J. Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T02:36:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_LucianaCristinados_M.pdf: 3430679 bytes, checksum: 28d163db7620c9a4ecc0df34b7ae538b (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Um novo procedimento de estimativa de área e custos de capital para sistemas sob integração energética é proposto. Este método permite que restrições de troca térmica e trocadores com mais de uma passagem nos tubos sejam utilizados. O método desenvolvido resulta em um modelo não linear onde, balanços de energia, restrições de troca térmica e o fator de correção para trocadores do tipo casco e tubo 1-2 (com 1 passagem no casco e duas ou mais passagens pares nos tubos) são incluídos. As dificuldades de convergência decorrentes da adição de restrições não lineares, devido a utilização de trocadores com múltiplas passagens nos tubos, levaram ao uso de uma estratégia nova. Esta estratégia é constituída pela resolução de dois problemas não lineares. O primeiro estima a área para trocadores contracorrente constituindo a primeira aproximação para obtenção dos fatores de correção para trocadores com múltiplas passagens nos tubos, e outro onde é estimado o capital para trocadores 1-2. Os fatores de correção dos trocadores com múltiplas passagens nos tubos são calculados externamente ao modelo e entram como parâmetro conhecido. Este procedimento é repetido até que uma diferença tolerável entre as estimativas de capital seja atingida. Para completar o projeto de recuperação de energia, uma metodologia que fornece o projeto da rede de trocadores de calor considerando restrições de troca térmica é proposto. O modelo de síntese resulta na formulação de um MIP (Mixed Integer Programming), onde o problema é dividido em estágios e submetido a balanços de energia para minimizar o número de trocadores.Uma comparação dos custos de capital entre os métodos da estimativa de área e o de síntese de rede mostrou bons resultados, já que a diferença de capital entre os métodos foi inferior a 10% / Abstract: A new procedure for estimating area and capital cost targets of constrained heat exchanger networks is presented. The method allows for match constrained networks and exchangers with more than one tube passo The procedure is based on modelling the problem as a non-linear formulation where the forbidden exchanger matches are included as constraints and the temperature difference correction due to multipass exchangers is included in the modeI. The difficulty of converging to a solution due to the additional non-linear constraints imposed by the multipass exchangers required the use of a two-Ievel approach: at the inner leveI, the area targets for simple pass exchangers are obtained, and at the outer leveI the temperature difference required for multipass exchangers are computed and fed back to the inner leveI. The procedure is repeated until an appropriate tolerance between two iterations was achieved. A procedure for the authomatic synthesis of contrained heat exchanger network was developed, using a mixed integer programming approach and minimising the overall number of heat exchangers. A comparison between the estimated exchanger areas and costs estimated by the new procedure and the area and costs obtained from the final heat exchanger design shows a very good agreement / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marcelo Moreira Ganzarolli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T03:38:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mioralli_PauloCesar_D.pdf: 2225639 bytes, checksum: 7101b8107246b73d4bcc4dbe19dc9eea (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O processo de transferência de calor em um regenerador rotativo foi analisado a partir de valores estabelecidos para a perda de carga nos canais da matriz. A troca térmica no equipamento foi maximizada através da obtenção de um valor ótimo de porosidade para esta perda de carga fixada. Os dutos da matriz foram admitidos triangulares eqüiláteros. Um programa computacional foi confeccionado para a simulação do regenerador, no qual a velocidade dos fluidos e o coeficiente de transferência de calor foram obtidos através de correlações levando em consideração a região de entrada dos dutos. Estes resultados foram utilizados para a obtenção do calor transferido no regenerador através de uma resolução numérica. A influência do bloqueio parcial do escoamento nos canais da matriz, causado por parte da estrutura do equipamento, e os efeitos dos vazamentos sobre o calor transferido, devido às folgas de trabalho do regenerador, também foram investigados. Uma análise de escala foi efetuada e expressões para a estimativa da porosidade ótima e do calor máximo transferido no equipamento foram obtidas. Baseado nesta análise, parâmetros adimensionais foram introduzidos e foi verificado que a análise de escala é capaz de prever a ordem de grandeza da porosidade ótima e o correspondente calor máximo transferido. Por fim, uma formulação adimensional para o problema foi apresentada e a influência da rotação da matriz sobre o calor transferido no regenerador foi analisada / Abstract: Heat transfer from a rotary regenerator subject to constant pressure drop constraints was examined. The optimal porosity and the corresponding maximum heat transfer were obtained considering smooth and equilateral triangular matrix ducts. The fluid flow and the heat transfer coefficient were obtained from correlations taking into account the matrix ducts entrance region. These results were used as inputs to a numerical solution employed to evaluate the regenerator thermal performance. The influence of flow partial blockage, caused by part of the equipment structure, and the effects of seal leakage on the heat transfer were also investigated. A scale analysis was conducted and equations to assess the optimal porosity and the maximum heat transfer were obtained. Based on this analysis, dimensionless parameters were introduced and it was verified that the scale analysis properly predicts the order of magnitude of the optimal porosity and the maximum heat transfer. Finally, a dimensionless formulation was suggested and the influence of matrix rotational speed was analyzed / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Roger Josef Zem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T08:08:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Novazzi_LuisFernando_D.pdf: 882915 bytes, checksum: b56c7f8ed1c61f78280d0e06dbdf2df6 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A integração energética entre correntes num processo químico pode dar origem a redes de trocadores de calor bastante complexas, de dificil controle. Nesse trabalho foram discutidos aspectos dinâmicos e estacionários dessa rede, a fim de se propor uma estratégia de controle que minimizasse o consumo de utilidade e satisfizesse especificações impostas. Fez-se a modelagem em regime permanente da rede, através do método da efetividade, levando-se em conta condições operacionais como a temperatura de entrada das correntes, vazão e posição dos bypasses nos trocadores, e considerando a topologia da mesma, com a presença de trocadores, aquecedores ou resfriadores, divisores e misturadores nas correntes. Através da solução de um sistema linear de equações escrito a partir dessas condições, foram calculadas as temperaturas de saída das correntes. O modelo dinâmico de trocadores casco e tubo é descrito por equações diferenciais parcIaIs, que foram discretizadas e resolvidas pelo método das diferenças finitas, em Matlab. Foi verificado que nos trocadores 1-1 as respostas dinâmicas diante de perturbações nas temperaturas de entrada das correntes podem ser aproximadas por funções de transferência de primeira ordem associadas a tempo morto. No caso de distúrbios na vazão, as respostas são mais intensas nas correntes que foram diretamente perturbadas. Quando existe variação nos bypasses, as respostas são aproximadamente dadas por funções de transferência com atraso e avanço de fase. Mostrou-se que em trocadores 1-2 a dinâmica depende da configuração de escoamento, paralelo / contracorrente ou contracorrente / paralelo, e que quando ocorre uma perturbação na vazão, pode haver inversão temporária na resposta. O modelo dinâmico desses trocadores foi usado para descrever o comportamento dinâmico da rede e se concluiu que as perturbações são atenuadas ao longo da mesma. Promoveu-se a linearização do ,modelo dinâmico de trocadores aqui proposto, chegando-se à conclusão que a não linearidade do sistema não é muito acentuada. A partir de algumas considerações e equações de projeto de trocadores, provou-se que existem faixas típicas para a relação entre área de troca e volume do casco e entre área de troca e volume dos tubos. Isso é um resultado importante pois a relação entre área e voll).me surge naturalmente na modelagem dinâmica dos trocadores. Com as ferramentas desenvolvidas, foi proposta uma estratégia de controle ótimo de caráter antecipatório, que consistiu na minimização de uma função objetivo em regime permanente, ligada ao consumo de utilidade e tendo como restrição as especificações de temperatura de saída das correntes. O resultado desse problema de minimização dava a posição ótima dos bypasses nos trocadores, que foi dinamicamente implementada em rampa e depois em degrau. Verificou-se que a implementação em rampa foi mais adequada, com violações dinâmicas mais toleráveis. A fim de melhorar as respostas do sistema de controle, sugeriu-se também uma estratégia de controle ótimo antecipatório e com retroação, promovendo-se a otimização do consumo de energia. Ao se fazer o emparelhamento entre as variáveis, foram distinguidos objetivos de controle rígidos, ligados a controladores com ganho integral, e objetivos flexíveis, associados a controladores com ganho proporcionaL Através desse enfoque, conseguiu-se minimizar o consumo de utilidades, satisfazer as especificações de temperatura e ao mesmo tempo obter-se uma resposta dinâmica rápida. Palavras chave: 1. Redes de trocadores de calor 2. Modelagem 3. Controle ótimo 4. Dinâmica / Abstract: Energy integration among chemical process streams can lead to quite complex heat exchanger networks (HEN) with difficulties in terms of controI. In this work HEN dynamics and steady state aspects were addressed with the aim of proposing a control strategy that minimizes utility consumption and satisfies imposed specifications. A steady state model of the HEN was suggested using the effectiveness method and by taking into account some operational conditions like inlet stream temperatures and flow, bypasses position in the heat exchangers and by considering HEN topology, with the presence of heat exchangers, heaters 01' coolers, splitters and mixers. Based on these considerations a linear set of equations was written, solved and outlet stream temperatures were calculated. Shell and tube heat exchanger dynamic model is described by differential partial equations, which were discretized and solved by the finite difference method, in Matlab. When an inlet temperature disturbance occurs, it was verified that the dynamic response of a 1-1 heat exchanger can be represented by a first order transfer function associated with dead time. In the case of flow disturbances, the responses are more intense on the streams directly disturbed. When bypasses positions change, the responses can be approximated by . a lead Ilag system. It was shown that the dynamics of a 1-2 heat exchanger depends on flow configuration, i.e., paralle1 flow I counterflow or counterflow I parallel flow. When a flow disturbance happens in 1-2 exchangers, a temporary inversion on respons~ can take place. The dynamic models of isolated 1-1 and 1-2 heat exchangers were used to, describe the dynamic behavior of HEN and one could conclude that disturbances were damped along the network. The heat exchangers dynamic models were linearized and it was shown that system non linearity is not very accentuated. By, taking into account some heat exchanger design equations and assumptions, it was proved that there are typica1 intervals for the relation between heat exchange area and shell volume and heat exchange area and tubes volume. This is an important result since these relations appear naturally on heat exchangers dynamic models. With the tools developed in this work it was proposed a feedforward optimal control strategy which consisted in lhe minimization of a steady slate °7ve function connected to utility consumption and subjected to constraints in outlet stream temperatures. The solution of the minimization problem resulted in optimal bypasses positions in the HEN, which were dynamic~lly implemented using a ramp function and a step function. It was verified that ramp implementation was better, with tolerable dynamic violations. With the objective of getting better responses of the control system, it was also suggested a feedback / feedforward strategy, promoting energy consumption optimization. In this strategy, input and output variables were paired and rigid control objectives, connected to integral gain controllers, and flexible control objectives, associated with proportional gain controllers, were distinguished. Through this approach utility consumption was optimized, temperatures specifications were satisfied and at the same time a fast dynamic response was got. Key words: 1. Heat Exchanger Networks 2. Modeling 3. Optimal Contro14. Dynamics / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T12:32:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Herkenhoff_RogerioGeaquinto_D.pdf: 1183174 bytes, checksum: f7777dadb80f82afeeb6190f4bb190e9 (MD5) Previous issue date: 2008 / Nesta tese é proposta uma nova estratégia para o projeto de reestruturação de redes de trocadores de calor, qualquer que seja seu objetivo: ampliação de carga ou modificações das condições operacionais, otimização da recuperação de energia, melhor atendimento das demandas do processo industrial, etc. Esta proposta é baseada num método consagrado, conhecido como "Pinch Design Method" e originalmente restrito ao projeto de redes novas ("grass-root design"), e inclui toda a formulação e demais requisitos necessários para sua extensão à reestruturação de redes existentes. Tanto o método original quanto a adaptação agora proposta têm origem termo dinâmica e montagem "manual" da rede, em oposição à (síntese) automatizada. A base conceitual da chamada "Pinch Technology" é extensivamente apresentada e discutida na tese, que a!nda inclui vários estudos de caso para demonstrar sua atualidade, através da confrontação com os resultados típicos da síntese automatizada de redes novas. o método proposto é basicamente dedicado ao pré-estabelecimento dos objetivos de projeto, com a posterior utilização das regras de síntese e demais ferramentas do método original. Em comparação com o procedimento tradicional sugerido no contexto da "Pinch Technology", o método proposto propõe objetivos mais ambiciosos, e ainda assim, realistas (na remontagem da rede, os objetivos previamente estabelecidos podem ser alcançados). O processo de remontagem da rede, embora mais difícil que a síntese de redes novas, também é facilitado em relação ao método tradicional que, além disto, tem aplicação mais restrita. A reestruturação automatizada de redes não é contemplada neste estudo, mesmo porque ela ainda não dispõe de produtos largamente aprovados, para uso geral. Na parte final da tese, três exemplos complexos demonstram as mais relevantes vantagens do método proposto sobre o método tradicional manual (nos casos em que ele se aplica), e sua maior (ou irrestrita) aplicabilidade / Abstract: In this thesis, it is proposed a new design strategy for restructuring existing heat exchanger networks, regardless of its objective: heat recovery optimization, better or full achievement of the industrial process demands, reutilization under different operational conditions, plant capacity expansion, etc. The proposed strategy is based on the widely approved Pinch Design Method, originally restricted to the design of new networks (grass-root design), and inc1udes all formulatioIÍ and additional requirements for its extension to existing networks (retrofits, revamps, etc.). Both the original and the proposed method are thermodynamically based, with manual construction of the network structure, in opposition to the automated synthesis. The conceptual basis of the Pinch Technology is extensively presented and discussed in the.thesis, which also inc1udes several case studies to demonstrate its realism, when confronted to the typical results of the automated synthesis of new networks. The proposed method is basically devoted to the pre-establishment of design objectives (targeting), and takes laler advantage of the synthesis rules and accessory tools of the original methodology. In comparison with the most traditional non-automated Pinch method, the new strategy suggests more ambitious design targets, but quite still realistic (for all case studies, it was found a modified structure to meet the targets). Because of the similarity with a new design, finding a modified structure to achieve 'the targets is alsG easier than in the traditional method, whose application is also more restricted. Automated restructuring of existing networks is not inc1uded in our case studies. as no corresponding reliable product is commercially available for general use. Finally, three complex examples demonstrate the most relevant advantages ane realism ofthe proposed method, compared to the traditional one (when applicable), as wel as its wider (or unrestricted) applicability / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zemp / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T18:17:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valente_BrunoSelimAvian_M.pdf: 588713 bytes, checksum: 01c679f3515305f57994ddc3e8057bb5 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A abordagem tradicional da estimativa da área no procedimento de síntese de redes de trocadores de calor exige a escolha de um conjunto típico de coeficientes de transferência de calor. Uma vez obtida a topologia da rede de trocadores de calor, o projeto detalhado dos trocadores pode exigir a consideração de restrições nas quedas da pressão disponíveis, alterando os valores dos coeficientes de transferência de calor utilizados inicialmente na avaliação da rede e invalidando a otimização econômica da mesma. Com isso tem-se um aumento nos custos de projeto tanto na parte construtiva como na forma de bombas e/ou compressores do processo. Esta dissertação tem como finalidade elaborar uma nova abordagem que possibilite estimar a área de troca térmica a partir de uma relação entre quedas de pressão e coeficientes de transferência de calor no lado do casco e dos tubos. Assim, partindo das quedas de pressão permitidas das correntes pode-se estimar a área e os coeficientes de transferência de calor de um trocador de calor, munido de dados de processo como carga térmica, temperaturas, propriedades físicas e quedas de pressão no lado do casco e dos tubos, e possibilitando uma análise econômica mais correta da rede de trocadores de calor. Os métodos já disponíveis para esta finalidade possuem limitações uma vez que são baseados no método de Kern, que inclui severas simplificações no seu modelo, e o de Bell, que utiliza equações empíricas dependentes de aspectos geométricos. O procedimento de análise de trocadores de calor tipo casco e tubos de Wills & Johnston, utilizado neste trabalho, é uma alternativa bastante viável para este tipo de problema por ser considerado teoricamente mais preciso, baseando-se em equações hidráulicas para o cálculo da queda de pressão no lado do casco considerando os diversos caminhos do fluido no interior do casco / Abstract: In the traditional approach of heat exchanger network synthesis the procedure for area targeting requires de choice of a set of typical heat transfer coefficients. After the heat exchanger network structure has been defined the individual exchangers are design. However, due to pressure drop restrictions the final heat exchanger design might require heat transfer coefficients that are very different from the one originally chosen, leading to increased exchanger area and increased capital cost. This work aims to develop a new that allows the estimate of a correct set of heat transfer coefficients and exchanger area based on available pressure drops. The propose procedure allows for the estimate of heat transfer coefficients and area based on the available pressure drops. Methods already available for this purpose show limitations: the method of Kern includes severe simplifications while the method of Bell uses empirical equations dependent on geometric aspects. The method of Wills & Johnston, used in the present work, is a very feasible alternative for this type of problem as it is based on the pressure drop of the different fluid paths inside the shell side of the exchanger / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zemp / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T09:52:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santana_MarianaFraga_M.pdf: 1967335 bytes, checksum: 90f67a6bf06f7540d4dea0d84fc080bc (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Desde a crise energética dos anos 70, a otimização do consumo de energia se tornou uma importante tarefa para os engenheiros de processo. Duas diferentes metodologias têm sido aplicadas para minimizar o uso de energia em processos químicos. A primeira é a metodologia Pinch, que envolve a aplicação de análise termodinâmica do processo e baseia-se em metas de energia e custo para obter uma rede de trocadores de calor que opera com o mínimo consumo de energia. A segunda é a programação matemática, que consiste na elaboração de modelos matemáticos complexos resolvidos através de métodos numéricos. Neste trabalho, uma nova metodologia para a síntese de redes de trocadores de calor é apresentada. O procedimento proposto combina a abordagem sistemática da tecnologia Pinch com métodos de programação matemática (linear inteira mista) e procedimentos evolutivos. A nova metodologia é baseada na otimização de uma superestrutura cuja complexidade varia ao longo do procedimento de síntese da rede de trocadores, e que permite ao engenheiro de projeto a consideração das restrições do processo sem necessidade de formulação matemática das mesmas. Uma vantagem da metodologia é a possibilidade de considerar aspectos práticos como operabilidade e controlabilidade. O método proposto é ilustrado com a integração energética de três problemas típicos: um caso-teste com quatro correntes, o caso padrão em estudos de integração energética da planta simplificada de aromáticos e o caso recente do sistema de célula combustível a membrana trocadora de prótons. Foram obtidas redes alternativas para os casos estudados, que são energeticamente eficientes, mais baratas e simples / Abstract: Since the energy crisis of the 70s, the optimization of energy consumption has become an important task for process engineers. Two different methodologies have been applied to minimize energy use in chemical processes. The first methodology is the pinch method, which involves applying process thermodynamic analysis and it is based on energy and cost targets for a network of heat exchangers operating at the minimum power consumption. The second one is the mathematical programming, which is the development of complex mathematical models solved through numerical methods. In this work, a new methodology for the synthesis of heat exchanger networks is presented. The proposed procedure combines the systematic approach of Pinch technology with mathematical programming methods (mixed integer linear) and evolutionary procedures. The new methodology is based on the optimization of a superstructure whose complexity varies throughout the synthesis procedure of the network of exchangers, which allows the design engineer to consider the constraints of the process without having to include them into the mathematical formulation. One advantage of this methodology is the possibility of considering practical aspects such as controllability and operability. The proposed method is illustrated by the energy integration of three typical problems: a test case with four streams, the standard case in studies of energy integration simplified aromatics plant and the recent case of fuel processor system coupled to proton exchange membrane fuel cell. Alternative networks were obtained for the cases studied, which are energy efficient, cost-effective and simpler / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-31T16:26:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Novazzi_LuisFernando_M.pdf: 3154679 bytes, checksum: 424d3875800c9fe8c8a32eacdaa1e5d1 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A Tecnologia Pinch é uma ferramenta bastante utilizada na integração de processos químicos. Ela se baseia na determinação, somente em função de algumas propriedades físicas das correntes de um processo, de metas de consumo de energia, de área e de custos de uma rede de trocadores de calor. Também determina regras para a síntese de redes cujos custos, área e consumo energético se aproximam muito daqueles estipulados pelas metas. Entretanto, a aplicação irrestrita da Tecnologia Pinch, integrando todas as correntes de um processo num único conjunto, pode levar a redes de trocadores demasiadamente complexas. Foi sugeri da nesse trabalho uma metodologia de decomposição das correntes em que as mesmas são integradas em subgrupos independentes entre si, a fim de se obter redes de trocadores mais simples. Através do Simulated Annealing, um método de otimização aleatório e aplicável a funções discretas, buscaram-se as diferentes configurações de correntes nos subgrupos que levavam a um mínimo ou nas metas de custo, ou área ou consumo energético. Na síntese de uma rede de trocadores, é importante levar em conta aspectos operacionais tais como layout, questões de segurança, controlabilidade, etc. Esses aspectos foram incluídos na metodologia proposta através do conceito de matriz de restrições. Para exemplificar a técnica de decomposição em subgrupos, foram sintetizadas algumas redes de trocadores de calor, cujos custos totais desviaram-se em menos do que 2% em relação às metas estipuladas / Abstract: Pinch Technology is a very useful tool for integration in chemical processes. By only taking some of process streams physical properties into account, it sets energy targets, area targets and cost targets for a heat exchanger network. It also determines rules for the design of a heat exchanger network whose costs, area and energy consumption remain quite c1ose to the targets set. However, blind obedience to Pinch Technology rules, integrating all streams in just one group, can lead to very complex heat exchanger networks. It was suggested in this work a decomposition technique where the streams were integrated in independent subgroups, aiming for simpler networks. Through Simulated Annealing, a randomic optimization method applicable to discrete functions, different configurations of streams in the subgroups, which led to a minimum in energy targets, or in area targets or in cost targets, were sought. In heat exchanger network synthesis, it is important to consider aspects of plant operability, such as layout, security, controllability, etc. These aspects were inc1uded in the proposed methodology through the concept of a constraint matrix. To give some examples of the decomposition technique, some heat exchanger networks were synthesized, whose costs presented less than 2% of deviation in relation to the targets set / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Dirceu Noriler. / Coorientador: Henry França Meier. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-04-04T12:48:44Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1303287 bytes, checksum: e8a9a2b7173b6a57ce759f1ce8476c33 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T12:48:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1303287 bytes, checksum: e8a9a2b7173b6a57ce759f1ce8476c33 (MD5) Previous issue date: 2003-12-19 / Um sistema de aquecimento de ar, com opção para aquecimento direto e indireto, foi projetado, construído e avaliado para uso em secadores de grãos, na desidratação de produtos que queiram ar “puro” ou até no aquecimento de ambientes. Para avaliar a fornalha no aquecimento direto do ar, na vazão de 82,81 m 3 min -1 , foram testados dois combustíveis: lenha e uma combinação desta com moinha de carvão; a avaliação foi feita em função da temperatura do ar aquecido e do efeito das oscilações ambientais sobre o consumo e o desempenho da fornalha. No teste em que se utilizou somente lenha, o consumo médio de lenha para uma temperatura média do ar de secagem de 61 °C , comum na maioria dos secadores utilizados no meio rural, foi de 12 kg h -1 . O consumo médio utilizando lenha com moinha de carvão para uma temperatura média do ar de secagem de 62 °C variou de 7 a 10 kg h -1 de moinha de carvão, e o consumo médio de lenha foi de 3 kg h -1 . A eficiência do sistema utilizando somente lenha foi de 86,5%. Ao se utilizar lenha juntamente com a moinha de carvão, a eficiência do sistema variou de 70 a 78%. A fornalha apresentou as seguintes características: manutenção da temperatura do ar aquecido e facilidade na manutenção, alimentação e controle da combustão. No aquecimento indireto do ar, utilizou-se somente lenha e uma combinação desta com palha de café. Utilizando lenha, para uma temperatura média do ar aquecido de 53 °C, o consumo médio foi de 14 kg h -1 ; no segundo teste, para uma temperatura média do ar aquecido de 61 °C, o consumo médio foi de 16 kg h -1 . Usando lenha juntamente com a palha de café, para uma temperatura média do ar aquecido de 46 °C, o consumo foi de 6 kg h -1 de palha de café e 5 kg h -1 de lenha; no segundo teste, em que a temperatura média do ar de secagem foi de 55 °C, o consumo foi de 7 kg h -1 de palha de café e 8 kg h -1 de lenha. A eficiência do sistema utilizando somente lenha variou de 63 a 67%. Ao se usar lenha juntamente com a palha de café, a eficiência do sistema variou de 60 a 66%. Apesar das perdas inerentes ao sistema, a eficiência obtida foi considerada satisfatória, apresentando-se superior às citadas para as fornalhas de fogo indireto. / A air heating system with diret and indirect air heating options was project, construction and evaluatesfor use in grains dryers, dehydratition of fruits, and vegetables which request “pure” drying air and environment heating. To evaluate the furnace with direct air heating option, whit airflow of 82,81 m 3 min -1 , were tested two fuels, firewood and combination the firewood with charcoal, evaluated this was in function of air heating temperature and effect the oscillations environmental about consumption and of the furnace thermal efficiency. The test used firewood alone the middle consumption for middle air heater temperature of 61 °C, was the 12 kg h -1 . The test used firewood with charcoal the middle consumption for middle air heater temperature of 62 °C of Charcoal and the middle consumption the firewood was the 3 kg h -1 . The furnace thermal efficiency used firewood alone was 86.5 % . Used firewood with charcoal the furnace thermal efficiency varied between 70 a 78 %. The furnace thermal presented the following characteristics : maintenance of air heater temperature, maintenancefuel feeding and combustion control. For the indirect air heating, used firewood alone and firewood with coffee husk. The test used firewood alone, for middle air heater temperature the 53°C, middle consumption was 14 kg h -1 . The second test, for middle air heater temperature the 61 °C, the middle consumption was 16 kg h -1 . Using firewood with coffee husk , for middle air heater temperature the 46 °C, the consumption was 6 kg h -1 of coffee husk and 5 kg h -1 de firewood, the second test , for middle air heater temperature the 55 °C, the consumption was 7kgh -1 of coffee husk and 8 kg h -1 de firewood. . The furnace thermal efficiency used firewood alone varied betweem 63 a 67 %. Used firewood with coffee husk the furnace thermal efficiency varied between 60 a 66 %. In nspite of the prejudic inherent of the system, the thermal efficiency was considerate satisfactory presented superior the citeds for indirect furnace fuel.