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dc.contributor.authorSantos, Denis Prado
dc.date.accessioned2022-09-05T13:00:17Z
dc.date.available2022-09-05T13:00:17Z
dc.date.issued2019-12-04
dc.identifier.citationSANTOS, 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.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16562
dc.description.abstractControlled 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.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectMateriais cerâmicos refratáriospor
dc.subjectIsolantes térmicospor
dc.subjectForno elétrico resistivopor
dc.subjectMétodo dos elementos finitospor
dc.subjectAlgoritmos genéticospor
dc.subjectInteligência computacionalpor
dc.subjectSeleção de materiaispor
dc.subjectRefractory ceramic materialseng
dc.subjectThermal insulatorseng
dc.subjectElectric resistance furnaceeng
dc.subjectFinite element methodeng
dc.subjectGenetic algorithmseng
dc.subjectComputational inteligenceeng
dc.subjectMaterials selectioneng
dc.titleSeleção de sistemas de isolamento térmico multi-componentes para fornos de altas temperaturas baseada no desempenho térmicopor
dc.title.alternativeMulti-component insulating systems selection for high temperature furnaces based on thermal performanceeng
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Pandolfelli, Victor Carlos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7369376873984839por
dc.contributor.advisor-co1Mello, Rodrigo Fernandes de
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6840478133476887por
dc.description.resumoO 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.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSpor
dc.description.sponsorshipId169129/2017-9por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/1790820662949744por


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