Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi, inserito all’interno del progetto europeo DREAM (Design for Resource and Energy efficiency in cerAMic kilns), è stato sviluppato a partire dall’analisi del funzionamento di un reale forno per la produzione di piastrelle ceramiche.
L’ obiettivo principale era ottenere per il forno oggetto dello studio un modello numerico accurato e preciso, che fosse in grado di simulare e prevedere il comportamento del sistema soggetto a variazioni di condizioni operative e potesse rappresentare uno strumento utilizzabile al fine di studiare soluzioni innovative e migliorative circa l’efficientamento energetico, i sistemi e le strategie di controllo e le caratteristiche dei prodotti finiti in uscita dal forno.
La modellazione numerica è stata sviluppata attraverso l’utilizzo del software AMESim che, grazie all’approccio a parametri concentrati e distribuiti, rende possibile la risoluzione delle equazioni caratterizzanti le interazioni tra i componenti di sistemi complessi.
Dopo aver verificato il funzionamento e l’affidabilità del modello numerico, esso è stato impiegato per indagare soluzioni innovative in tre diversi settori.
E’ stato studiato un metodo per il recupero di energia termica al fine di diminuire l’utilizzo di gas metano all’interno del sistema e, di conseguenza, abbassare il costo di funzionamento del forno e il livello di emissioni.
In collaborazione con Synesis, è stato sperimentato un innovativo sistema di controllo che, grazie alle capacità predittive del modello numerico, è in grado di suggerire la strategia più conveniente da adottare per evitare inutili dispendi energetici ed economici.
Infine, in partnership con ITC (Instituto de Tecnología Cerámica), è stata ottenuta la curva di raffreddamento ideale che conferisca ai prodotti finiti i minori stress residuali post-cottura e quindi le migliori caratteristiche fisiche e meccaniche.
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Abstract
This work of thesis, inserted within the European project DREAM (Design for Resource and Energy efficiency in cerAMic kilns), has been developed starting from the analysis of a real ceramic kiln for tiles operation.
The main objective was to obtain an accurate and precise numerical model for the kiln being studied. The model would be able to simulate and predict the behavior of the system subject to variations in operating conditions and could represent a usable tool in order to study innovative and improving solutions concerning energy efficiency, control systems and strategies and characteristics of finished products leaving the kiln.
Numerical modeling has been developed through the use of a software named AMESim which, thanks to the lumped and distributed parameters approach, makes it possible to solve the equations characterizing the interactions between the components of complex systems.
After verifying the functioning and reliability of the numerical model, it has been used to investigate innovative solutions in three different sectors.
A method for the recovery of thermal energy has been studied in order to decrease the use of methane gas inside the system and, consequently, lower the kiln operating costs and the emissions level.
In collaboration with Synesis, an innovative control system has been tested; thanks to the predictive capabilities of the numerical model, it is able to suggest the most convenient strategy to be adopted to avoid unnecessary energy and economic expenditures.
Finally, in partnership with ITC (Instituto de Tecnología Cerámica), the ideal cooling curve has been obtained; it gives the finished products less residual post-firing stresses and therefore the best physical and mechanical characteristics.
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