Resumo: Devido às inúmeras possibilidades de arranjos de passes e tipos de placas, as possíveis configurações de um trocador de calor de placas para determinado projeto pode ser bastante elevado. Este trabalho inicialmente lida com a otimização dos parâmetros de configuração para um dado modelo de trocador. O número de placas, que será a função objetivo implícita nos parâmetros de configuração, deve ser minimizado. É escolhido o método de screening de otimização, que foi estudado no trabalho de Gut (2003). Neste método, a aplicação das restrições hidráulicas e térmicas, nesta ordem, elimina soluções inviáveis até a identificação do conjunto ótimo, caso exista. O algoritmo de otimização é inteiramente desenvolvido no Matlab, inclusive as simulações térmicas, que são calculadas analiticamente através de um algoritmo de simulação. Um segundo algoritmo é proposto, onde os tipos e as dimensões das placas também passam a compor as variáveis de otimização. Para cada padrão de placa, são determinados os parâmetros ótimos de configuração, que serão os ótimos locais. O ótimo global é obtido por comparação entre os ótimos locais. Por último, a simulação térmica das configurações do problema de otimização, é tratada por fórmulas algébricas da efetividade térmica, ao invés do modelo matemático de equações diferenciais. Esta abordagem apresenta as limitações da necessidade de um número suficientemente grande de placas para desconsiderar os efeitos de borda e a necessidade de uma equação para cada configuração. Para analisar o funcionamento e o desempenho dos algoritmos propostos, dois exemplos de otimização foram apresentados.
Abstract: Because of the many possibilities of arranging passes and plate types, the possible configurations of a plate heat exchanger for a particular design can be quite wide. This paper firstly deals with the optimization of the configuration parameters for a given type of plate exchanger. The number of plates that will be the objective function implicit in the configuration parameters must be minimized. Screening method is chosen for optimization, which was originally described by Gut (2003). In this method, the application of hydraulic and thermal constraints, in this order, eliminate infeasible solutions until identify the optimal set, if any. The optimization is totally developed in Matlab, including thermal simulations, which are calculated analytically using a simulation algorithm. A second algorithm is proposed, where the types and dimensions of the plates also come to compose the optimization variables. For each plate pattern, the configuration optimal parameters are determined, which will be the local optimum. The global optimum is obtained by comparing the all local optimums. Finally, the thermal simulation of the configurations of the optimization problem is treated by algebraic formulas for the thermal effectiveness, rather than the mathematical model of differential equations. This approach has the limitations of the need for a sufficiently large number of plates not to consider the end effects and the need of an equation for each configuration. To analyze the functioning and performance of the proposed algorithms, two examples of optimization are presented. |