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Seleção de sistemas de isolamento térmico multi-componentes para fornos de altas temperaturas baseada no desempenho térmico
dc.contributor.author | Santos, Denis Prado | |
dc.date.accessioned | 2022-09-05T13:00:17Z | |
dc.date.available | 2022-09-05T13:00:17Z | |
dc.date.issued | 2019-12-04 | |
dc.identifier.citation | SANTOS, Denis Prado. Seleção de sistemas de isolamento térmico multi-componentes para fornos de altas temperaturas baseada no desempenho térmico. 2019. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16562. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16562 | |
dc.description.abstract | Controlled heating through furnace development has allowed the humankind to mold the matter to obtain various products for several different purposes. However, some of them require high-temperature processes so that the necessary physical and chemical reactions can occur, leading to local temperature increase and high energy consumption. Refractory ceramic materials are used for lining the walls of furnaces, in order to reduce the heat dissipation from the heating chamber, and thus minimizing the required thermal energy for keeping its high temperatures. Nevertheless, there is a huge number of commercial insulating materials available, with several properties ranges, that could be used for furnace design, making the selection of the optimal combination of materials a difficult task. This work explores the possibility of using computational tools for the modeling and optimization, providing data-driven recommendations for furnace designers to choose suitable insulating systems. Thus, an evolutionary screening procedure (ESP), based on finite element method and stochastic optimization by multi-objective genetic algorithms, was developed and evaluated on a case-study related to an electric resistance furnace operating up to 1600$^o$C. The ESP has shown to be very efficient, requiring computations on a very small fraction of the total insulating systems possibilities, 3.8\%, in order to recommend a set of optimized combinations of refractory ceramics materials. The obtained results also allowed further analysis of the optimized set, which highlighted important aspects of furnace designing and insulating product costs and benefits. Additionally, three hyperparameters of the proposed algorithm were optimized such that its search effectiveness was improved while reducing execution time. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Materiais cerâmicos refratários | por |
dc.subject | Isolantes térmicos | por |
dc.subject | Forno elétrico resistivo | por |
dc.subject | Método dos elementos finitos | por |
dc.subject | Algoritmos genéticos | por |
dc.subject | Inteligência computacional | por |
dc.subject | Seleção de materiais | por |
dc.subject | Refractory ceramic materials | eng |
dc.subject | Thermal insulators | eng |
dc.subject | Electric resistance furnace | eng |
dc.subject | Finite element method | eng |
dc.subject | Genetic algorithms | eng |
dc.subject | Computational inteligence | eng |
dc.subject | Materials selection | eng |
dc.title | Seleção de sistemas de isolamento térmico multi-componentes para fornos de altas temperaturas baseada no desempenho térmico | por |
dc.title.alternative | Multi-component insulating systems selection for high temperature furnaces based on thermal performance | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.contributor.advisor1 | Pandolfelli, Victor Carlos | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7369376873984839 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Mello, Rodrigo Fernandes de | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6840478133476887 | por |
dc.description.resumo | O aquecimento controlado por meio do desenvolvimento de fornos permite moldar a matéria para obter produtos com os mais variados fins. Alguns destes produtos, no entanto, exigem altas temperaturas de processo para que ocorram as devidas transformações físicas e químicas e, portanto, consomem grande quantidade de energia e causam o aumento da temperatura do ambiente de trabalho.Materiais cerâmicos refratários são utilizados nos revestimentos de fornos para reduzir a dissipação do calor a partir da câmara interna, e assim diminuir tanto o consumo de energia quanto a temperatura externa da câmara. Há uma grande quantidade de produtos comerciais disponíveis com as mais variadas propriedades para se projetar tal isolamento térmico, o que dificulta a seleção de materiais em busca da redução simultânea da temperatura externa atingida pelos fornos e do custo total de revestimento.Este trabalho explora a possibilidade de usar ferramentas computacionais de modelagem e otimização com o objetivo de auxiliar a tomada de decisão relativa ao projeto desses sistemas de isolamento térmico. Assim, um procedimento de filtragem evolutiva baseada em método dos elementos finitos e otimização estocástica por algoritmos genéticos multi-objetivo foi desenvolvido e avaliado no estudo de caso de um forno elétrico resistivo que opera até 1600$^o$C.O procedimento de filtragem evolutiva se mostrou bastante eficiente, necessitando simular apenas 3.8\% de todas as possibilidades de configurações de revestimento para retornar uma lista de sistemas de isolamento otimizados. Também permitiu análises posteriores dessa lista de modo a identificar, por exemplo, os produtos de maior custo-benefício.Posteriormente, escolheu-se três hiperparâmetros do modelo para realizar-se um estudo de parametrização, com o objetivo de aumentar sua eficácia de busca por soluções ótimas e reduzir o tempo necessário de execução, no qual uma combinação foi melhor sucedida em três cenários distintos de preferência. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | por |
dc.description.sponsorshipId | 169129/2017-9 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/1790820662949744 | por |