Orientador: Roger Josef Zemp

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Sistemas de água de resfriamento são o método mais comum de rejeição de calor na indústria. Sistemas convencionais de água de resfriamento recirculante possuem uma rede de trocadores de calor em uma configuração paralela, demandando grande quantidade de circulação de água e torres de...

Resumo: Sistemas de água de resfriamento são o método mais comum de rejeição de calor na indústria. Sistemas convencionais de água de resfriamento recirculante possuem uma rede de trocadores de calor em uma configuração paralela, demandando grande quantidade de circulação de água e torres de resfriamento. Embora a reutilização de água de resfriamento reduza a quantidade de água que é necessária no sistema e aumente o desempenho e capacidade da torre de resfriamento, a queda de pressão na rede de trocadores de calor pode aumentar devido ao seu arranjo em série-paralelo. Este estudo introduz uma metodologia para projetar diferentes sistemas de água de resfriamento e para analisar os impactos da reutilização de água sobre a queda de pressão na rede de trocadores de calor e sobre a torre de resfriamento. A partir de um modelo de super-estrutura, utiliza-se um algoritmo combinatorial com o auxílio da ferramenta de otimização Solver do Microsoft Excel para resolver um problema não-linear (NLP) de cada estrutura de rede de trocadores de calor. A queda de pressão em redes de trocadores de calor é avaliada por uma metodologia baseada na Teoria dos Grafos e utiliza os algoritmos de ordenação por topologia e de caminho crítico. Utiliza-se o método de Merkel para modelar a altura de uma torre de resfriamento e poder avaliar o volume necessário de uma torre de resfriamento para cada rede de trocadores de calor. Um estudo de caso é utilizado para ilustrar cada passo a medida que a metodologia é desenvolvida, buscando prover fundamentos para um estágio conceitual durante o projeto de um sistema de água de resfriamento

Abstract: Cooling water systems are the most common method of waste heat disposal in industry. Conventional recirculating cooling water systems have a heat exchanger network in a parallel arrangement, demanding not only substantial cooling water flow, but also large cooling towers. Although cooling...

Abstract: Cooling water systems are the most common method of waste heat disposal in industry. Conventional recirculating cooling water systems have a heat exchanger network in a parallel arrangement, demanding not only substantial cooling water flow, but also large cooling towers. Although cooling water reuse reduces the amount of water that is recirculated in the system, thereby increasing the cooling tower capacity and performance, the pressure drop in the heat exchanger network may significantly increase due to series-parallel arrangements. This study introduces a methodology to design different cooling water systems and to analyse the cooling water reuse impacts on the heat exchanger network pressure drop and on the cooling tower size. From a superstructure model, a combinatorial algorithm in conjunction with the optimisation tool Solver in Microsoft Excel is used to solve a non-linear problem for each heat exchanger network structure. Pressure drop in heat exchanger networks is evaluated by a methodology that is based on Graph Theory and that uses topological sorting and critical path algorithms. Merkel's method is used to model the cooling tower height and to assess the required cooling tower volume for each heat exchanger network. A case study is used to illustrate each step as the methodology is developed, aiming to provide a basis for a conceptual stage during the cooling water system design