Desenvolvimento de uma ferramenta de otimização multicritério de revestimentos cerâmicos refratários para o isolamento térmico de fornos resistivos de alta temperatura

• Processo: 17/16044-8
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2018
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2019
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Pedro Ivo Batistel Galiote Brossi Pelissari
• Beneficiário: Pedro Ivo Batistel Galiote Brossi Pelissari
• Empresa: Refractory Eco Design Desenvolvimento de Projetos Ltda. - ME
• CNAE: Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais ; Atividades profissionais, científicas e técnicas não especificadas anteriormente
• Município: São Carlos
• Pesquisadores principais: Carlos Eduardo de Meo ; Denis Prado Santos
• Bolsa(s) vinculada(s): 18/16444-9 - Desenvolvimento de uma ferramenta de otimização multicritério de revestimentos cerâmicos refratários para o isolamento térmico de fornos resistivos de alta temperatura, BP.PIPE
• Assunto(s): Refratários Algoritmos genéticos Alta temperatura Conservação de energia elétrica Cerâmica (materiais cerâmicos) Isolamento térmico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: energy saving | Genetic Algorithms | green solutions | High Temperature | multicriteria optimization | refractory insulation lining | Refratários

Resumo

Atualmente, processos que ocorrem em alta temperatura (> 800 °C) estão presentes na maioria das rotas de fabricação de commodities e bens de consumo como o cimento, o vidro e na manufatura de próteses dentárias a base de materiais cerâmicos. Tais etapas são imprescindíveis na produção destes produtos e responsáveis pelo grande consumo de energia do processo, elevando os custos de produção. No caso de bens de consumo acabados com alto valor agregado, como as próteses dentárias cerâmicas, a utilização destes acompanha todas as etapas de sua produção, desde a síntese da matéria prima até o tratamento térmico final do corpo cerâmico. Estas são geralmente obtidas com a utilização de matérias primas cerâmicas como alumina, zircônia, e porcelanas que requerem tratamento térmico em temperaturas elevadas (> 800 °C) para desenvolver a resistência mecânica do corpo cerâmico além de outros aspectos estéticos, como a cor. Tal etapa é realizada por protéticos, os quais utilizam fornos elétricos para alta temperatura em espaços não industriais, impondo restrições de temperatura, espaço e consumo de energia. Os custos relativos a estes tratamentos térmicos representam uma significativa parcela do total necessário para a manufatura das próteses dentárias, sendo que a possibilidade de reduzir este valor impactaria diretamente no custo do produto. Levando-se em consideração que este mercado é intimamente ligado ao mercado de fornos elétricos, representando cerca de 80 % do faturamento das vendas, apresenta-se uma grande oportunidade de redução de custos diretos em ambos setores. A melhoria do desempenho energético e performance dos fornos impactaria diretamente nos custos de manufatura das próteses cerâmicas e de produção dos fornos, além de melhorar o número de vendas deste último. Tal melhoria pode ser obtida pela otimização do sistema refratário que compõem o ambiente térmico do forno, melhorando assim o aproveitamento do calor gerado pelo elemento resistivo para o aquecimento da carga. Para que isto seja possível, pode-se utilizar simulações computacionais multi-físicas via método dos elementos finitos para explorar diferentes configurações do sistema refratário e aferir seu desempenho térmico. O método dos elementos finitos é uma poderosa ferramenta que permite a simulação de problemas com alto grau de complexidade, auxiliando a tomada de decisão em projetos. Assim, com o auxílio desta pode-se estimar como diferentes fatores afetam o desempenho térmico dos sistemas refratários e o impacto destes no consumo de energia de um forno resistivo. Adicionalmente, otimizações de diversos critérios importantes para o projeto, como por exemplo, redução do consumo de energia, temperatura de carcaça e espessura do revestimento refratário, pode ser aliada aos resultados obtidos pelas simulações térmicas para se obter sistemas refratários inteligentes. Portanto, o atual projeto de pesquisa visa o desenvolvimento de uma ferramenta (software) de otimização do sistema de isolamento térmico de fornos resistivos para alta temperatura com foco na redução do consumo de energia, da temperatura de carcaça, espessura do revestimento cerâmico e do custo total de produção. Para as subsequentes fases do Projeto PIPE fase I, serão realizadas otimizações do sistema de isolamento térmico de fornos industriais com aquecimento por chama. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SANTOS, D. P.; PELISSARI, P. I. B. G. B.; DE MELLO, R. F.; PANDOLFELLI, V. C.. Estimating the thermal insulating performance of multi-component refractory ceramic systems based on a machine learning surrogate model framework. Journal of Applied Physics, v. 127, n. 21, JUN 7 2020. (17/16044-8)

SANTOS, D. P.; PELISSARI, P. I. B. G. B.; DE OLIVEIRA, B. S.; LEIVA, D. R.; DE MELLO, R. F.; PANDOLFELLI, V. C.. Materials selection of furnace linings with multi-component refractory ceramics based on an evolutionary screening procedure. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 46, n. 4, p. 4113-4125, MAR 2020. (17/16044-8)