Minimizing the of shell and tube heat exchangers cost using evolutionary algorithms

Journal of Engineering and Technology for Industrial Applications

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Site: https://www.itegam-jetia.org
Telefone: (92) 3584-6145
ISSN: 2447-0228
Editor Chefe: JANDECY CABRAL LEITE
Início Publicação: 15/03/2015
Periodicidade: Trimestral
Área de Estudo: Bioquímica, Área de Estudo: Ciência e Tecnologia de Alimentos, Área de Estudo: Engenharia Agrícola, Área de Estudo: Recursos Florestais e Engenharia Florestal, Área de Estudo: Recursos Pesqueiros e Engenharia da Pesca, Área de Estudo: Recursos pesqueiros e engenharia de pesca, Área de Estudo: Biofísica, Área de Estudo: Bioquímica, Área de Estudo: Farmacologia, Área de Estudo: Genética, Área de Estudo: Ciências Exatas, Área de Estudo: Ciência da computação, Área de Estudo: Física, Área de Estudo: Geociências, Área de Estudo: Matemática, Área de Estudo: Oceanografia, Área de Estudo: Probabilidade e estatística, Área de Estudo: Química, Área de Estudo: Administração, Área de Estudo: Arquitetura e urbanismo, Área de Estudo: Ciência da informação, Área de Estudo: Comunicação, Área de Estudo: Desenho industrial, Área de Estudo: Economia, Área de Estudo: Tecnologia, Área de Estudo: Engenharias, Área de Estudo: Engenharia aeroespacial, Área de Estudo: Engenharia ambiental, Área de Estudo: Engenharia biomédica, Área de Estudo: Engenharia civil, Área de Estudo: Engenharia de materiais e metalúrgica, Área de Estudo: Engenharia de minas, Área de Estudo: Engenharia de produção, Área de Estudo: Engenharia de transportes, Área de Estudo: Engenharia elétrica, Área de Estudo: Engenharia mecânica, Área de Estudo: Engenharia naval e oceânica, Área de Estudo: Engenharia nuclear, Área de Estudo: Engenharia química, Área de Estudo: Engenharia sanitária, Área de Estudo: Multidisciplinar, Área de Estudo: Multidisciplinar

Minimizing the of shell and tube heat exchangers cost using evolutionary algorithms

Ano: 2015 | Volume: 1 | Número: 4
Autores: Dr. C. Maida Bárbara Reyes Rodríguez, Dr. C. Jorge Laureano Moya Rodríguez, M. Sc. Eduardo Miguel Fírvida Donéstevez, Lic. Sergio R. Pérez León, Dr. Jandecy Cabral Leite
Autor Correspondente: Dr. C. Maida Bárbara Reyes Rodríguez | [email protected]

Palavras-chave: heat exchangers, optimization, evolutive algorithms, ant colony

Resumos Cadastrados

Resumo Inglês:

Shell and Tube Heat exchangers (STHEs) are the most common type of heat exchangers. They are applied in numerous industrial installations. The minimization of the costs of these heat exchangers is a key goal for both designers and users. The design of this type  of  heat  exchanger  involves complex  processes,  including  selection  of  the  geometrical  and  operating  parameters.  The traditional  design  approach  of  Shell  and  Tube  Heat  Exchangers  consists  of  the  evaluation  of  a  number  of  different  exchanger geometries  to  identify  those  satisfying  a  requirement  of  heat  and  a  set  of  geometric  and  operational  constraints.  However,  this approach  is  slow,  inaccurate  and  does  not  guarantee  an  optimal  solution.  In  this  paper,  different  evolutionary  algorithms  to optimize STHEs economically are analyzed and applied, including the particle swarm optimization, genetic algorithms and mixed ant  colony  optimization,  this  last  one  developed  by  the  authors.  As  objective  function  the  minimization  of  total  annual  cost was considered.  For  optimization  were  considered  as independent  design  variables  the  inside  diameter  of  the  shell,  the  outer  pipe diameter  and  spacing  between  the  baffles.  They  were  also  considered  for  optimizing  two  patterns  or  arrangements  of  tubes,  in a triangle  and  a  square.  An  example  of  three  case  studies  of  optimization  of  heat  exchanger  is  presented.  The  results  of  the optimization using the mixed ant colony technique are compared with those obtained using particle swarm and genetic algorithms.



Resumo Espanhol:

Los intercambiadores de  calor de  tubo  y coraza  (ICTC) son el  tipo  más común de  los intercambiadores de  calor.  Los  mismos  se aplican en  numerosas instalaciones industriales.  La  minimización de  los costes de  estos  intercambiadores de  calor es un objetivo clave  tanto  para  los  diseñadores  como  para  los  usuarios.  El  diseño  del  intercambiador  de  calor  implica  procesos  complejos, incluyendo la selección de los parámetros geométricos y parámetros de funcionamiento. El enfoque tradicional de diseño para los intercambiadores  de  calor  de  tubo  y  coraza  consiste  en  la  evaluación  de  un  determinado  número  de  geometrías  diferentes  del intercambiador  para  identificar  aquellas  que  satisfacen  un  requerimiento  de  calor  y  un  conjunto  de  restricciones  geométricas  y operacionales.  Sin  embargo,  este  enfoque  es  lento,  poco  preciso  y  no  garantiza  una  solución  óptima.  En  el  presente  trabajo  seanalizan  y  aplican  diferentes  algoritmos  evolutivos  para  optimizar  económicamente  los  mismos,  entre  ellos  la  optimización  con enjambre de partículas, por algoritmos genéticos y por colonia de hormigas mixto, este último desarrollado por los autores. Como función objetivo se consideró la minimización del costototal  anual.  Para  la  optimización  se  consideraron  como  variables independientes de  diseño el  diámetro interior de  la  coraza, el  diámetro exterior del  tubo y el  espaciamiento entre  los deflectores. También  se  consideraron  para  la  optimización  dos  disposiciones  o  arreglos  de  tubos:  en  forma  de  triángulo  y  en  forma  de cuadrado. Se presentan tres estudios de caso de la optimización de un intercambiador de calor. Los resultados de la optimización usando la técnica de colonia de hormigas mixta son comparados con aquellos obtenido usando enjambre de partículas y algoritmos genéticos.