Meta-Heurística Bio-inspirada para otimização de trocador de calor casco-tubo

Abstract

O trocador de calor é o equipamento industrial responsável pela transferência de calor entre dois fluidos. Seus usos vão desde os refrigeradores domésticos e sistemas de condicionamento de ar até o processamento químico. Devido a vasta utilização e grande importância de tais equipamentos, o presente trabalho tem como objetivo a modelagem e otimização de um trocador de calor casco-tubo por meio do método meta-heurístico bio-inspirado do Lobo Cinzento (GWO, Grey Wolf Optimization). Foram simulados três casos no trocador: 1) metanol-água; 2) querosene-óleo cru e 3) água destilada-água bruta. Foram submetidas à otimização três variáveis físicas do trocador: o diâmetro interno do casco, o diâmetro externo do tubo e o espaçamento entre as chicanas. O método visou a redução do investimento inicial e do custo de operação do trocador. Utilizou-se do GWO clássico e do GWO modificado, que contou com a aplicação das funções exponencial, gaussiana e beta. Os resultados obtidos para o método clássico e as modificações foi o mesmo, exceto para função exponencial, que aumentou levemente o custo dos equipamentos. A função clássica, portanto, foi capaz de alcançar o ótimo global, onde obtiveram-se reduções de custo de 31%, 32% e 62% no primeiro, segundo e terceiro caso, respectivamente. De fácil implementação e rapidez, o método GWO mostrou-se muito útil na otimização de trocadores de calor, superando, por uma grande margem, os métodos aplicados pela literatura prévia.