O Uso do Método de Superfície de Resposta na Otimização Termoeconômica de Superestruturas Modeladas em Software Comercial para Projeto de Sistemas de Recuperação de Calor Residual em Motores Diesel Estacionários
Nome: LEONARDO RODRIGUES DE ARAUJO
Tipo: Tese de doutorado
Data de publicação: 29/06/2020
Orientador:
Nome |
Papel |
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| JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES SANTOS | Orientador |
Banca:
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Papel |
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| MARCIO FERREIRA MARTINS | Examinador Interno |
| WELLINGTON BETENCURTE DA SILVA | Examinador Interno |
Páginas
Resumo: Em um mundo com recursos finitos de combustíveis naturais, aumento da demanda de energia e níveis crescentes de poluição ambiental, questões relacionadas ao projeto de sistemas térmicos, como eficiência energética, estimativa de custos, complexidade de projeto, conscientização ambiental e otimização estão se tornando cada vez mais comuns. Em um motor de combustão interna (MCI) de grande porte, Diesel e estacionário, menos de 45% da energia do combustível é convertida em energia útil, enquanto a energia restante é perdida, principalmente por gases de exaustão, água de resfriamento e sistema de lubrificação. Dessa forma, a implementação de sistemas de recuperação de calor residual (SRCR) em MCI tem sido uma das principais áreas de pesquisa para aumentar a potência, reduzir o consumo de combustível e as emissões de poluentes, o que favorece a melhoria desse equipamento. Atualmente, existem dois desafios importantes em relação ao uso de SRCR em MCI: (i) Qual é a melhor tecnologia ou uma associação delas para recuperação de calor residual em um MCI do ponto de vista econômico? (ii) Qual é a configuração ideal e os melhores parâmetros de projeto do sistema térmico mais adequado? Neste trabalho é realizada a otimização termoeconômica de superestruturas para recuperação de calor residual em um MCI, sendo estas compostas por Ciclo Rankine Orgânico (ORC), Ciclo Kalina (KC) e Ciclo Rankine Convencional (CRC). Para esse fim, o modelo econômico de cada um dos componentes da superestrutura é fornecido e uma função de adequação é introduzida com base no custo específico. Devido à complexidade do problema de otimização termoeconômica da superestrutura, o uso do método de superfície de resposta (MSR) no problema de otimização pode se tornar mais eficiente quando comparado à otimização da modelagem original. O problema de otimização termoeconômica da superestrutura, bem como sua modelagem termodinâmica e econômica, são formulados e solucionados com os softwares EES e Octave. Para uma superestrutura de tamanho médio (384 variáveis - 17 variáveis de decisão), apesar do alto custo computacional, o uso do MSR no problema de otimização é mais eficiente do que a otimização da modelagem original. Enquanto que, para uma superestrutura de grande porte (944 variáveis - 45 variáveis de decisão), o uso do MSR torna possível resolver o problema de otimização.
Palavras-chave:
Método de superfície de resposta, otimização, superestrutura, software comercial, sistemas de recuperação de calor residual, motor de combustão interna.
