Dissertação

{pt_PT=Numerical simulation and control of a continuous flow glass melting process using microwave radiation} {} EVALUATED

{pt=A indústria da produção de vidro desempenha um papel importante no consumo global de energia com significativas emissões de CO2 para a atmosfera devido aos combustíveis fósseis convencionais usados, como fonte de energia. Tem sido desenvolvida investigação com o intuito de se estudar fontes alternativas de aquecimento para se reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Entre essas alternativas, o aquecimento por micro-ondas aparece como uma promissora fonte de aquecimento no processo de produção de vidro, com vantagens relativamente às fontes de aquecimento convencionais. Esta Tese tem como objetivo estudar os mecanismos de aquecimento por absorção de micro-ondas num processo contínuo de fusão de vidro. O software COMSOL Multiphysics foi utilizado para os cálculos numéricos que acoplam as físicas eletromagnética e térmica. Foi desenvolvido um algoritmo em linguagem MATLAB para controlar autonomamente o processo, por ajuste da potência fornecida, necessária para se obter as condições de saída desejadas, e da geometria da cavidade, com o objectivo de maximizar a eficiência eletromagnética. Foram realizados diversos estudos com o objetivo de analisar e quantificar a influência de vários parâmetros neste processo. O controlador desenvolvido provou ser um sucesso, fornecendo resultados em regime estacionário para diferentes condições operacionais, respeitando sempre as condições de saída desejadas e utilizando a menor quantidade de energia possível. Um estudo paramétrico inovador foi realizado, permitindo encontrar as condições operacionais que maximizam a eficiência global do processo. Para essas condições, verificaram-se gastos de energia 54% abaixo do consumo energético do processo convencional. , en=The industry of glass production plays an important role in the global energy consumption with significant CO2 direct emissions to the atmosphere due to the conventional fossil fuels that are used as energy sources. In the past couple of decades considerable research has been made to switch the current energy sources in order to achieve reductions in the emissions of greenhouse gases. Among the alternatives, microwave radiation appears to be a promising one, with substantial advantages over the conventional heating sources. This Thesis aims to give insight on the microwave absorption heating mechanisms that take place in the continuous flow glass melting process. The commercial software COMSOL Multiphysics was used to solve the three-dimensional transient simulations with the coupling of the electromagnetic and thermal physics. A MATLAB algorithm was developed to autonomously control the process by adjusting the power input, required to achieve a specific output condition, and the microwave cavity geometry, to maximize the microwave efficiency. Several studies were per¬formed with the objective of showing how different parameters influence the continuous glass melting process heated by microwave energy. The developed MATLAB controller has proven to be a success, providing steady-state solutions for different operational conditions while respecting the requested output ones and using the minimum possible power. An innovative parametric study was conducted, and it allowed to find the operational conditions that maximize the global efficiency of the process. For these conditions, energy savings of almost 54% relatively to the conventional process were achieved. }
{pt=Modelação numérica de micro-ondas, Aquecimento por micro-ondas, Processo contínuo de fusão de vidro, Design de equipamentos de micro-ondas., en=Microwave numerical modeling, High temperature microwave heating, Continuous flow microwave process, Microwave cavity design.}

novembro 12, 2020, 10:0

Publicação

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Orientação

ORIENTADOR

Duarte Manuel Salvador Freire Silva de Albuquerque

Instituto Superior Técnico

Investigador do Instituto Superior Técnico