Evolução Diferencial Quase-Oposicional aplicada na Otimização de um Trocador de Calor Casco-Tubo
Leonardo Martinez1; Emerson Segundo2; Viviana Mariani2; Leandro Coelho2
1 Universidade Federal do Paraná; 2 Pontifícia Universidade Católica do Paraná
doi:10.20906/CPS/CON-2016-0750
Resumo
Trocadores de calor casco-tubo são os tipos mais comuns de trocadores de calor e podem ser encontrados em diversas aplicações industriais. A redução dos custos de investimento e de operação deste equipamento é um dos principais objetivos de projetistas e empresários do ramo. Com o intuito de reduzir os custos totais de um trocador de calor casco-tubo, como proposto por CAPUTO et al. (2008), utilizou-se neste estudo a técnica de otimização denominada Evolução Diferencial (ED) e Evolução Diferencial Quase-Oposicional (EDQO), que consiste, basicamente, em um mecanismo de cálculo, sustentado nos operadores de "cruzamento" e "mutação" diferencial, através de argumentos matemáticos e heurísticos que indicam sua adequabilidade para a otimização de funções. Este estudo é definifo como um problema de otimização mono-objetivo, sendo o custo total de um trocador de calor casco-tubo a função objetivo do mesmo. Para isso, tomou-se como variáveis de projeto o diâmetro interno do tubo, o diâmetro externo do casco e o espaçamento entre os as chicanas ou defletores. Os resultados obtidos neste trabalho foram comparados com o mesmo problema quando utilizado AG (Algoritmos Genéticos), PSO (Particle Swarm Optimization), QPSO (Quantum Particle Swarm Optimization) e QPSOZ (Quantum Particle Swarm Optimization by Zaslavskii). Com relação à literatura, o capital em investimento no trocador de calor, ao aplicar a ED reduziu o correspondente a 15,2% e, por consequência, o custo de depreciação do equipamento caiu em, aproximadamente, 12,5%. Além disso, ao aplicar a EDQO, a redução em investimento e depreciação do equipamento foi da ordem de 15,1% e 13,4%, respectivamente. De maneira geral, o custo total do trocador de calor casco-tubo em análise, tanto ao aplicar ED quanto EDQO, apresentou uma redução da ordem de 15%, mostrando o potencial destes métodos aplicados neste trabalho, ou seja, as técnicas ED e EDQO.
Palavras-chave: Otimização; Trocadores de Calor Casco-Tubo; Evolução Diferencial; Evolução Diferencial Quase-Oposicional