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Type: TESE
Title: Modelagem e simulação da etapa de estabilização termo-oxidativa de fibras de poliacrilonitrila (PAN) percursoras na fabricação de fibras de carbono
Author: Rosa, Andrea Milene Apolinario
Advisor: Ravagnani, Sergio Persio, 1956-
Abstract: Resumo: 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 estabilização

Abstract: 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 conditions
Subject: Fibras acrilicas
Modelos matemáticos
Simulação (Computadores)
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 1999
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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