Nova abordagem para estimativa de metas em complexos industriais por meio de programação matemática aliada a Análise Total Site

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Vazzoler, Alex, 1985-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635001
Resumo: Orientador: Roger Josef Zemp
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spelling Nova abordagem para estimativa de metas em complexos industriais por meio de programação matemática aliada a Análise Total SiteNew approach for industrial sites energetic improvement through mathematical programming allied to Total Site AnalysisPermutadores térmicosEnergia - ConservaçãoModelos matemáticosHeat exchangersEnergy - ConservationMathematical modelsOrientador: Roger Josef ZempTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Durante a etapa de projeto conceitual, e de montagem da rede de trocadores de calor, é necessário lidar com uma análise de custos e benefícios (trade-off) que flutua entre dois limites. O primeiro limite envolve não utilizar trocas de calor entre correntes de processo e abastecer as necessidades energéticas do processo (de aquecimento e resfriamento) apenas com utilidades, o que não é usual, já que algum nível de integração energética pode ser estabelecido de forma intuitiva. O outro limite é termodinâmico, e se refere ao consumo mínimo de utilidades cujo o valor pode ser estimado pela Tecnologia Pinch. Todavia, ao tentar atingir-se este valor, muitas vezes serão necessárias topologias complexas de redes de trocadores de calor, que além de terem alto custo de capital, não levam em consideração fatores como layout, controlabilidade e segurança. Nesta tese, foi proposta uma abordagem alternativa para a estimativa de metas de energia e de área para redes de trocadores de calor (RTC) aos níveis de planta e complexo (sistema composto por um conjunto de plantas). E a abordagem escolhida para simplificar-se a topologia das RTC foi a fixação do número de trocadores de calor desejado para a rede de trocadores de calor (NHEN). Desse modo, é proposta uma série de três modelos: dois de programação mista-inteira linear para estimativa de metas de energia para as plantas e para o complexo químico, e o terceiro, um modelo sequencial de programação não linear para estimativa de metas de área para ambos os casos anteriores. Os modelos foram implementados no software GAMS© para vários cenários distintos variando-se o número de trocadores de calor em análises de custo e de engenharia tanto para as plantas em separado, quanto para complexo, em alguns estudos de caso. Os três métodos mostraram margens de erro que flutuam entre 10 a 15% de erro, valores estes consistentes com resultados similares aos vistos na literatura. Consequentemente, esta nova abordagem pode ser uma ferramenta útil aos engenheiros na etapa de projeto conceitualAbstract: During the conceptual design and heat exchanger network (HEN) synthesis phase, it is necessary to deal with trade-off analysis fluctuating between two limits. The first limit won¿t use process streams heat exchangers and the process energy demands (heating and cooling) will be supplied only with utilities, this is not seen in practice, since some energy integration level can be established intuitively. The other limit is the thermodynamics and refers to the minimum utilities consumption whose value can be estimated by Pinch Technology. Notwithstanding, heat exchangers networks complex topologies commonly going to be necessary carrying high capital costs, besides that, they not consider factors such as layout, controllability and safety. In this thesis, an alternative approach was proposed for process and site (s) HEN energy and area targets estimation. The chosen approach to simplify HEN topology was made through an arbitrary HEN number definition. A series of three models are proposed: two of mixed-integer linear programming for process and site energy targets estimation, and the third, a nonlinear programming sequential model for area targets estimation for the both previous cases. The models were implemented in the software GAMS © for some distinct scenarios varying the number of heat exchangers through costs and engineering analyzes. The three methods presented error margins fluctuating between 10 and 15% error, these values were consistent with similar literature results. Consequently, this new approach can be useful for engineers during conceptual design stageDoutoradoEngenharia QuímicaDoutor em Engenharia QuímicaCNPQ142477/2014-1[s.n.]Zemp, Roger Josef, 1962-Costa, André Luiz HemmerlySilva, Marcelo Modesto daFregolente, Leonardo VasconcelosDangelo, José Vicente HallakUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASVazzoler, Alex, 1985-20182018-10-02T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (185 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635001VAZZOLER, Alex. Nova abordagem para estimativa de metas em complexos industriais por meio de programação matemática aliada a Análise Total Site. 2018. 1 recurso online (185 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1635001. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1063057Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2019-01-25T16:09:32Zoai::1063057Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2019-01-25T16:09:32Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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