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Dissertação

{pt_PT=Simulação numérica e otimização do processo de produção de pigmentos cerâmicos com recurso a micro-ondas} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Os pigmentos cerâmicos são usados em diversas indústrias em todo o mundo para dar coloração. As elevadas temperaturas de formação destes pigmentos fazem deste setor um dos maiores consumidores energéticos, contribuindo para a emissão de gases de efeito de estufa se for usado aquecimento convencional. O objetivo desta Tese é avaliar a possibilidade de produção de pigmentos cerâmicos através de aquecimento eletromagnético e contribuir para a criação de um processo de alta eficiência que permita a produção de pigmentos com micro-ondas, evitando problemas térmicos como pontos quentes e pontes térmicas. Neste estudo, foi feita a modelação da produção contínua de pigmentos por micro-ondas através do COMSOL Multiphysics, juntamente com um controlador desenvolvido em MATLAB para gerir automaticamente a potência de entrada e a impedância da cavidade. Uma cavidade simples, que opera a 2.45 GHz, e uma guia de onda retangular foram usadas. Foi desenvolvido um modelo químico usando dados experimentais e o método do modelo ajustado para prever a conversão química com o tempo. O modelo matemático inclui acoplamento bidirecional entre as equações de Maxwell e a equação da energia, bem como entre as interfaces térmica e química. Um estudo paramétrico que inclui variação da velocidade e do coeficiente de convecção na fronteira também foi desenvolvido para avaliar o impacte destas variáveis na eficiência do processo. De forma a mostrar a influência das propriedades físicas no mecanismo de aquecimento, foram usados dois pigmentos nas simulações. Foi realizada Verificação de Solução para garantir a fiabilidade dos resultados., en=Ceramic pigments are widely used to give colouration in several industries. The high temperatures that characterize pigment formation make this sector a very energy intensive one, contributing to green-house gas emissions if conventional heating is used. The aim of this Thesis is to access the possibility of producing ceramic pigments using electromagnetic heating and contribute to a high efficiency process that allows pigment production using microwaves while avoiding temperature related problems such as hot-spots and thermal-runaway. In this study, the continuous microwave production of pigments was modelled using COMSOL Multiphysics together with a controller developed in MATLAB to automatically manage the input power and cavity impedance. A single-mode cavity operating at 2.45 GHz, together with a rectangular waveguide, was used. A chemical model using experimental data was developed using a model-fitting approach to predict chemical conversion with time. Mathematical model includes two-way coupling between Maxwell’s equations and energy equation as well as between thermal and chemical interfaces. A parametric study including variation in velocity and convection coefficient was also performed to access the impact of these variables in the process efficiency. To show the influence of physical properties in the heating mechanism two pigments were used in the simulations. Solution Verification was performed to sustain results reliability.}
Keywords: {pt=Produção contínua de pigmentos cerâmicos, Aquecimento por micro-ondas, Simulação numérica, Otimização de eficiência, Correspondência automática de impedância, Controlo de potência de entrada, en=Ceramic pigments continuous production, Microwave heating, Numerical simulation, Efficiency optimization, Automatic impedance matching, Input power control}

Discussão: fevereiro 5, 2021, 15:0