Modelagem e simulação da etapa de estabilização termo-oxidativa de fibras de poliacrilonitrila (PAN) percursoras na fabricação de fibras de carbono

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rosa, Andrea Milene Apolinario
Data de Publicação: 1999
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1588039
Resumo: Orientador: Sergio Persio Ravagnani
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spelling Modelagem e simulação da etapa de estabilização termo-oxidativa de fibras de poliacrilonitrila (PAN) percursoras na fabricação de fibras de carbonoFibras acrilicasModelos matemáticosSimulação (Computadores)Orientador: Sergio Persio RavagnaniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Os estudos relacionados ao processo de fabricação de fibras de carbono indicam que a etapa de estabilização termo-oxidativa das fibras precursoras é a limitante, envolvendo reações complexas e mudanças na estrutura fisica das fibras. Com o objetivo de se conhecer melhor a etapa de estabilização e eliminar gastos em testes experimentais, a modelagem e a simulação surgiram para otimizar com eficiência nesta etapa. Apresenta-se neste trabalho uma modelagem matemática para o processo de estabilização. O feixe de fibras de poliacrilonitrila (PAN) é modelado como um sólido homogêneo, com as principais reações químicas de estabilização: a ciclização do grupo nitrila, a desidrogenação da ligação carbono-carbono e a oxidação. As equações que descrevem o modelo são baseadas nas velocidades das reações químicas, nos balanços de massa em espécies reagindo, na difusão de oxigênio radial e na transferência de calor radial no feixe. O sistema de equações do modelo foi resolvido com a aplicação do Método de Colocação Ortogonal, que discretiza a variável espacial e o Método de Runge-Kutta Semi- Implícito, que integra as equações na dimensão de tempo. Os resultados de concentrações e temperaturas obtidos pela simulação apresentaram um comportamento coerente com os resultados experimentais da literatura. Finalmente, utilizou-se o modelo para verificar os parâmetros que influenciam a estabilização. O processo foi otimizado com boas co ndiçõesde transferência de calor, menor número de filamentos no feixe ou baixas temperaturas de estabilizaçãoAbstract: Studies related to the rnanufacture of carbon fibers indicate that the thermo-oxidative stabilization of precursor fibers is the slowest step, due to the complex reactions and changes in the physical structure of fibers. In order to know the stabilization step and eliminate expenses in experimental tests, modeling and simulation have been efficiently used to optimize this step. This work reports a mathematical modeling for the process of stabilization. The undle of polyacrylonitrile fibers (PAN) is modeled as a homogeneous solid, with the following chemical reactions: cyclization of the nitrile groups, dehydrogenation of carbon-carbon bonds and oxidation. The equations that describe the model are based on the chemical reactions rates, reacting species mass balances, radial mass and heat transfer rate within the bundle. The resulting system of equations was solved by the Orthogonal Collocation Method, and the Semi-implicit Runge-Kutta Method. The obtained results of concentrations and temperatures presented a coherent behavior with the literature experimental results. Finally, the model has been utilized to find which parameters influence the stabilization, and determine obtaining the best operation conditionsMestradoCiência e Tecnologia de MateriaisMestre em Engenharia Química[s.n.]Ravagnani, Sergio Persio, 1956-Bittencourt, EdisonDel' Arco Junior, Antonio PaschoalUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRosa, Andrea Milene Apolinario19991999-10-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf91p. : il.(Broch.)https://hdl.handle.net/20.500.12733/1588039ROSA, Andrea Milene Apolinario. Modelagem e simulação da etapa de estabilização termo-oxidativa de fibras de poliacrilonitrila (PAN) percursoras na fabricação de fibras de carbono. 1999. 91p. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1588039. Acesso em: 14 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/179242porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T03:00:49Zoai::179242Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T03:00:49Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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