Desenvolvimento de sistema especialista para a geração automática de superestruturas para síntese e otimização de sistemas térmicos

Abstract

Por estar relacionado com questões econômicas e ambientais, o uso eficiente de energia é atualmente alvo de diversos estudos e pesquisas. A demanda energética, tanto elétrica quanto térmica, está presente nos mais diversos setores, tais como, indústrias, condomínios residenciais, cidades, comércios e hospitais. Para que tais demandas sejam supridas, com o melhor aproveitamento energético possível, surge o conceito de cogeração. Cogeração pode ser entendida como a geração de dois ou mais tipos de energia (trabalho mecânico, energia elétrica, calor ou energia de resfriamento) a partir de uma única fonte energética. O projeto, porém, de um sistema térmico de cogeração pode apresentar uma complexidade muito elevada. Isso se deve, dentre outras razões, aos diversos tipos e tamanhos de tecnologias existentes, além das inter-relações complexas dos parâmetros de um sistema (tais como pressões, temperaturas, vazões e eficiências em carga parcial). Surgem, então, diversas possibilidades de configurações de sistemas para se atender aos requisitos de um projeto, fazendo com que a busca pela solução ótima seja complexa. A solução ótima depende fortemente da superestrutura, no sentido que diferentes superestruturas resultam em diferentes soluções ótimas. No entanto, a criação de superestruturas não é feita, em geral, de modo sistemático, dependendo em grande medida das preferências, da experiência e criatividade de quem a propõe. Neste trabalho foi desenvolvido um método de projeto que usa inteligência artificial para gerar superestruturas de modo automático, o que, combinada com algoritmos de otimização, reduziu-se a complexidade de projeto de sistemas térmicos, contudo, sem desconsiderar a solução ótima real.

The efficient use of energy is currently the target of several studies and researches, because it is related to economic and environmental issues. Energy demand, both electric and thermal, is present in the most sectors, such as industries, residential condominiums, cities, shops and hospitals. In order for these demands to be met, with the best possible energy utilization, the concept of cogeneration arises. Cogeneration can be understood as the generation of two or more types of energy (mechanical work, electric energy, heat or cooling energy) from a single source of energy. However, the design of a cogeneration system can be very complex. This is due, among other reasons, to the various types and sizes of existing technologies, as well as the complex interrelations of system’s parameters (such as pressures, temperatures, flows and partial load efficiencies). For this reason, there are several possible configurations of systems that can meet the requirements of a project, making the search for the optimal solution complex. The optimal solution depends strongly on the superstructure, in the sense that different superstructures result in different optimal solutions. However, the creation of superstructures is not generally done in a systematic way, depending to a great extent on the preferences, experience and creativity of the proposer. In this work, a design method was developed that uses artificial intelligence to generate superstructures in an automatic way, which, combined with optimization algorithms, reduced the design complexity of thermal systems, however, without disconsider the real optimal solution