Otimização da potência e da eficiência do sistema Dish Stirling com receptor

Nesta etapa é estudado o comportamento do sistema Dish Stirling com receptor tipo

heat pipe, visando à otimização da potência e a eficiência. Esta etapa é iniciada, definindo a

estruturação do modelo de trabalho ao usar em Modefrontier. Foram definidas as variáveis de entrada, de saída, os objetivos e as restrições. A definição deste outro caso de otimização foi realizada de maneira semelhante à otimização do sistema Dish Stirling utilizando o receptor tipo DIR que foi realizada anteriormente. Por tratar-se do mesmo tipo de otimização, o DOE e o método de otimização utilizado foi o mesmo que para o primer caso, DOE SOBOL e método de otimização NSGAII. A seguir apresentasse o fluxograma da otimização do sistema

Dish Stirling com receptor tipo heat pipe, figura 4.40.

A seguir vai-se definir a simbologia utilizada no fluxograma da figura 4.38:  Teabs: Temperatura de operação do receptor heat pipe.

 MHP: Este parâmetro define os fluidos de trabalhos do heat pipe, os quais podem ser sódio, césio, potássio.

 rn: Este parâmetro define o radio de nucleação no heat pipe.

 Gás: Fluidos de trabalho do motor Stirling utilizados nesta simulação.

 engfre: Velocidade de rotação do motor Stirling utilizada para a analise de otimização.  Teabs: Temperatura media do receptor.

 angcav: Ângulo de inclinação da cavidade.  pre: Pressão de operação do motor Stirling.

 I: Irradiação normal direta que atinge o concentrador solar.  Vel: Velocidade do ar.

 Dext: Diâmetro externo da tubulação do receptor do motor Stirling.  Ntabs: Números de tubos do receptor.

 DOE: Planejador de experimentos.

 Scheduler: Permite escolher o método de otimização a utilizar.

 Qperd: Representa a perda de calor do sistema, é uma variável de saída.  nsis: Eficiência global do sistema, é uma variável de saída.

 Wneto: Potência gerada, é uma variável de siada.

 Qson: Este parâmetro define o limite sônico do heat pipe, é uma variável de saída.  Qcap2: Este parâmetro define o limite capilaridade do heat pipe, é uma variável de

saída.

 Qentr3: Este parâmetro define o limite de arrastamento do heat pipe, é uma variável de saída.

 Qbol7: Este parâmetro define o limite ebulição do heat pipe, é uma variável de saída.  Perd: Representa um objetivo de otimização, na analise se minimiza a perda de calor.  Concstraint31: Restrição estabelecida para otimização, neste caso foi estabelecida

como restrição a potência máxima a gerar pelo motor Stirling.

 Potmax: Representa um objetivo de otimização, na analise se maximiza a potência elétrica gerada.

Na figura 4.41 mostra-se o comportamento dos experimentos viáveis, dos experimentos não viáveis, também é apresentado o comportamento dos melhores experimentos.

Figura 4.41. Experimentos viáveis, experimentos não viáveis e melhores comportamentos. No espaço de resposta é possível observar o comportamento dos projetos avaliados, um total de 457791 experimentos, dos quais 115301 foram não viáveis e o restante 342490 foram os experimentos viáveis, nesta região também é possível verificar o comportamento do frente de Pareto a traves de todo o processo de otimização.

Determinado o comportamento dos diversos desenhos do sistema Dish Stirling com receptor tipo heat pipe, é de interesse analisar como é o comportamento destes projetos em dependência da velocidade do ar e da temperatura do heat pipe. Na figura 4.42 mostra-se estes projetos.

Figura 4.42. Comportamento dos experimentos em dependência da velocidade do ar e da temperatura media do receptor.

Na figura 4.42 apresenta-se o comportamento dos experimentos avaliados, mostrando o comportamento das velocidades do ar e da temperatura do heat pipe para cada um dos experimentos avaliados. A velocidade do ar é representada pela cor das bolhas e a temperatura do heat pipe é representada pelo diâmetro das bolhas.

Determinados os experimentos viáveis para as condições estabelecidas, é determinado o frente de Pareto, o qual define os melhores comportamentos baseados nos objetivos fixados. Na figura 4.43 apresenta-se o frente de Pareto.

Figura 4.43. Frente de Pareto para o sistema Dish Stirling com receptor tipo heat pipe.

Para este caso de otimização os objetivos fixados ao igual que no primeiro caso de otimização, foram a potência do sistema (Potmax) e as perdas de calor presentes na cavidade (Perd). O frente de Pareto para esta análise foi conformado por 6 experimentos.

Para a escolha do melhor dos projetos foi utilizado o critério definido no primeiro caso da otimização. Na figura 4.44 apresentam-se os valores dos objetivos que cumprem com o critério de escolha, a través dum gráfico de eixos paralelos.

Figura 4.44. Comportamento dos experimentos em dependência do critério de decisão. Definido o comportamento dos experimentos em base o critério de decisão definido, foi determinado o melhor experimento e de forma seguida os experimentos mais próximos a este, como se mostra na tabela 4.8.

Tabela 4.8. Classificação dos experimentos em base do critério de escolha.

ID Qperd (W) Wneto (W) ID Qperd (W) Wneto (W)

3591 7.0901E2 2.4648E4 5653 7.0901E2 2.4648E4 3689 7.0901E2 2.4648E4 5672 7.0901E2 2.4648E4 4016 7.0901E2 2.4648E4 5677 7.0901E2 2.4648E4 4355 7.0901E2 2.4648E4 5681 7.0901E2 2.4648E4 4468 7.0901E2 2.4648E4 5685 6.1400E2 1.9490E4 4559 7.0901E2 2.4648E4 5716 7.0901E3 2.4648E4 4563 7.0901E2 2.4648E4 5727 6.1400E2 1.9490E4 4798 7.0901E2 2.4648E4 5773 6.1400E2 1.9490E4 4931 7.0901E2 2.4648E4 5866 7.0901E2 2.4648E4 4981 7.0901E2 2.4648E4 5874 6.1400E2 1.9490E4 4985 7.0901E2 2.4648E4 5913 6.1400E2 1.9490E4 5137 7.0901E2 2.4648E4 5932 7.0901E2 2.4648E4 5144 7.0901E2 2.4648E4 5947 7.0901E2 2.4648E4 5167 7.0901E2 2.4648E4 5959 2.8599E3 2.4943 5195 6.1400E2 1.9490E4 5970 7.0901E2 2.4648E4 5255 7.0901E2 2.4648E4 6004 7.0901E2 2.4648E4 5346 7.0901E2 2.4648E4 6038 7.0901E2 2.4648E4 5465 2.8599E3 2.4943E4 6052 6.1400E2 1.9490E4 5554 7.0901E2 2.4648E4 6072 7.0901E2 2.4648E4 5561 7.0901E2 2.4648E4 6144 7.0901E2 2.4648E4 5563 5.7152E2 1.2983E4 6155 7.0901E2 2.4648E4 5644 7.0901E2 2.4648E4 6190 7.0901E2 2.4648E4

Desta maneira o projeto identificado como ID3591, representa o melhor dos projetos para os parâmetros e condições fixados. Na tabela 4.9, apresentam-se os valores das variáveis de entrada, saída, restrições e o valor determinado para os objetivos.

Tabela 4.9. Parâmetros do melhor projeto para o sistema Dish Stirling com receptor tipo heat

pipe.

PROJETO ID 3591

VARIAVEIS DE ENTRADA

Dc (m) “ âme r e r” 3

I(W/m2) “Irra a re a” 580

Teabs (K) “Tempera ra m recep r” 911,82

Dext (mm) “ âme r ex er a a

recep r p IR”

10

a s “ úmer e s recep r” 2

MHP “Me a L ” 1 “Só ”

rn (m) Raio de nucleação 2,0568e-7

a ca (°) “Â e c a a ca a e” 75 engfre (H ) “Ve c a e e r a m r

S r ” 20

pre ( ar) “press e pera m r” 40,8 PROJETO ID 3591 VARIAVEIS DE SAIDA Qbol7 (W) 3,5157E6 Qcap2 (W) 3,2659E6 Qentre3 (W) 1,2753E6 Qson (W) 2,4012E7 Qperd (W) 7,0901E2

WnetoT (W) 2,4648E4 nsis 0,19 Objetivos perd (W) 7,0901E2 Potmax (W) 2,4648E4 Restrição CWneto (W) 2,4648E4