Dissertação

{pt_PT=Simulation of  cement clinker process by of microwave heating } {} EVALUATED

{pt=A produção convencional de clínquer de cimento é um processo que requer bastante energia, necessitando de 3600 kJ para obter um único quilograma. Além disso, uma vez que é um dos materiais mais utilizados no mundo, a sua produção representa até 6% do total de dióxido de carbono emitido pela atividade humana. A tecnologia de aquecimento por via de micro-ondas tem ganho interesse como uma alternativa devido às suas vantagens. É uma energia limpa e sem emissões diretas de dióxido de carbono, ao contrário do aquecimento convencional. Aquecimento por micro-ondas ocorre quando o campo elétrico interage com o material, resultando num aquecimento volumétrico no interior do material, o que se traduz em maiores eficiências. Esta Dissertação aborda o tema do aquecimento por micro-ondas na produção de clínquer de cimento, mais especificamente, na calcinação de calcário. O objetivo inicial é validar as capacidades do COMSOL no tratamento dos fenómenos físicos envolvidos. Este programa provou ser uma ferramenta adequada para prever os processos químicos e o comportamento de um plasma induzido por micro-ondas. Em seguida, propõe-se um novo algoritmo capaz de, autonomamente, simular uma unidade de processamento de calcário com uma elevada eficiência global. Este algoritmo é capaz de fazer os ajustamentos necessários na potência imposta e no estado de ressonância da cavidade de micro-ondas, conseguindo assim, obter uma total conversão de calcário e evitando problemas relacionados com a temperatura. Por fim, esta metodologia apresentada mostra melhoramentos significativos, face a outros modelos numéricos do género existentes na literatura. , en=Conventional cement clinker production is a very energy demanding process, that requires up to 3600 kJ for a single kilogram of cement clinker. Moreover, since it is one of the most used materials in the world, its production accounts for up to 6% of the total carbon dioxide emitted by the human activity. Microwave heating technology has been gaining interest as an alternative for its advantages. It is a clean energy with no direct carbon dioxide emissions, and, unlike conventional heating, microwave heating happens when the electric field interacts with the material, resulting in a volumetric heating inside the material, returning higher efficiencies than the conventional counterpart. This Thesis addresses the subject of microwave heating in the production of cement clinker, specifically in the limestone calcination. The initial goal is to validate capabilities of COMSOL in handling all the physical phenomena involved. This software has been proven to be a suitable tool to predict chemical processes and the behavior of a microwave induced plasma. Afterwards, a new method is proposed and a code developed that can autonomously simulate a limestone processing unit with overall high efficiency, using microwave energy. The code is capable of making the necessary adjustments to the input power and resonant state of the microwave system, and was able to achieve total conversion of limestone, while maintaining high efficiency and avoiding temperature related problems. As such, the presented methodology shows a significant improvement over other available numerical models in the literature for microwave heating. }
{pt=Aquecimento por micro-ondas, Correspondência de impedância, Otimização de potência, Clínquer de cimento, Processamento de calcário., en=Microwave heating, Impedance matching, Power optimization, Cement clinker, Limestone processing.}

Junho 26, 2017, 18:0

Orientação

ORIENTADOR

Duarte Manuel Salvador Freire Silva de Albuquerque

Área Científica de Termofluidos e Tecnologias de Conversão de Energia (TTCE)

Membro Doutorado do IDMEC

ORIENTADOR

José Carlos Fernandes Pereira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático