Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Valentim, Antão Rodrigo
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32690
Resumo: Charcoal plays a fundamental role in the Brazilian steel industry, partially replacing mineral coal in pig iron production. This substitution contributes to mitigating greenhouse gas emissions, making it a competitive advantage in the steel market. However, the costs involved in charcoal production are one of the barriers preventing further increases in this substitution. Part of these costs is linked to using rudimentary and low-technology kilns that result in prolonged production cycles. This study proposes a methodology for material selection in the construction of carbonization kilns, aiming to improve the results of the charcoal production process. The methodology considers fifteen Material Selection Criteria (MSC) that evaluate technical, economic, and environmental aspects. The extended TOPSIS multicriteria method is used to rank the material options. Numerical simulation and fuzzy linguistic terms are employed to determine the values of MSC. The Quality Function Deployment (QFD) and Decision Making Trial and Evaluation Laboratory (DEMATEL) tools are used to determine the weights of MSC. An application example is conducted using the proposed methodology, and multivariate sensitivity analysis is used to evaluate the method's robustness. Additionally, a new constructive configuration for carbonization kilns, which utilizes materials arranged in layers, is proposede, by using a pivoting system, it is possible to change the arrangement of the layers of materials that make up the furnace wall, during the heating and cooling phase. This configuration was evaluated using the proposed methodology, and proved to be superior to the materials commonly used in the construction of charcoal production furnaces, when AISI 1020 steel materials wrapped with a rock wool blanket are used.
id UTFPR-12_aa77aa43834454f710af9e7d03542325
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/32690
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetalA methodology based on multicriteria decision analysis for the selection of materials used in the construction of charcoal kilnsCarvão vegetalFornosResistência de materiaisProcesso decisório por critério múltiploMétodos de simulaçãoAnálise térmicaCharcoalFurnacesStrength of materialsMultiple criteria decision makingSimulation methodsThermal analysisCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAOEngenharia/Tecnologia/GestãoCharcoal plays a fundamental role in the Brazilian steel industry, partially replacing mineral coal in pig iron production. This substitution contributes to mitigating greenhouse gas emissions, making it a competitive advantage in the steel market. However, the costs involved in charcoal production are one of the barriers preventing further increases in this substitution. Part of these costs is linked to using rudimentary and low-technology kilns that result in prolonged production cycles. This study proposes a methodology for material selection in the construction of carbonization kilns, aiming to improve the results of the charcoal production process. The methodology considers fifteen Material Selection Criteria (MSC) that evaluate technical, economic, and environmental aspects. The extended TOPSIS multicriteria method is used to rank the material options. Numerical simulation and fuzzy linguistic terms are employed to determine the values of MSC. The Quality Function Deployment (QFD) and Decision Making Trial and Evaluation Laboratory (DEMATEL) tools are used to determine the weights of MSC. An application example is conducted using the proposed methodology, and multivariate sensitivity analysis is used to evaluate the method's robustness. Additionally, a new constructive configuration for carbonization kilns, which utilizes materials arranged in layers, is proposede, by using a pivoting system, it is possible to change the arrangement of the layers of materials that make up the furnace wall, during the heating and cooling phase. This configuration was evaluated using the proposed methodology, and proved to be superior to the materials commonly used in the construction of charcoal production furnaces, when AISI 1020 steel materials wrapped with a rock wool blanket are used.O carvão vegetal tem papel fundamental na siderurgia brasileira, substituindo parcialmente o carvão mineral na produção de ferro-gusa. A substituição contribui para a mitigação das emissões de gases de efeito estufa. Por isso, é uma vantagem competitiva na comercialização do aço. No entanto, os custos envolvidos na produção do carvão vegetal são um dos entraves para que essa substituição atinja patamares ainda mais elevados. Parte desses custos está ligada ao uso de fornos rudimentares e de baixa tecnologia que proporcionam longos ciclos de produção. O presente estudo propõe uma metodologia de seleção de materiais para a construção de fornos de carbonização a fim de contribuir para a melhoria dos resultados do processo de produção de carvão vegetal. A metodologia considera quinze Critérios de Seleção de Materiais (CSM) que avaliam aspectos técnicos, econômicos e ambientais. O método multicritério TOPSIS estendido é usado para classificar as opções de materiais. Simulação numérica e termos linguísticos fuzzy são empregados para determinar os valores dos CSM. As ferramentas Quality Function Deployment (QFD) e Decision Making Trial and Evaluation Laboratory (DEMATEL) são usadas para determinar os pesos dos CSM. Um exemplo de aplicação é conduzido usando a metodologia proposta, e a análise de sensibilidade multivariada é utilizada para avaliar a robustez do método. Adicionalmente, uma nova configuração construtiva para fornos de carbonização, denominada configuração III, foi proposta. Onde, pelo emprego de um sistema pivotante, é possível alterar a disposição das camadas de materiais que constituem a parede do forno, na fase de aquecimento e resfriamento. Esta configuração foi avaliada pela metodologia proposta, e mostrou-se superior aos materiais comumente utilizados na construção de fornos de produção de carvão vegetal, quando os materiais aço AISI 1020 envolto com manta lã de rocha são empregados.Universidade Tecnológica Federal do ParanáPonta GrossaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de ProduçãoUTFPRBraghini Junior, Aldohttps://orcid.org/0000-0001-9388-3073http://lattes.cnpq.br/1542491584454798Behainne, Jhon Jairo Ramirezhttps://orcid.org/0000-0002-2034-0411http://lattes.cnpq.br/7698157175001504Braghini Junior, Aldohttps://orcid.org/0000-0001-9388-3073http://lattes.cnpq.br/1542491584454798Francisco, Antonio Carlos dehttps://orcid.org/0000-0003-0401-4445http://lattes.cnpq.br/6457056051910603Colmenero, João Carloshttps://orcid.org/0000-0002-0759-568Xhttp://lattes.cnpq.br/0149134194151779Brand, Martha Andreiahttps://orcid.org/0000-0001-5438-2081http://lattes.cnpq.br/0920058820470751Protásio, Thiago de Paulahttps://orcid.org/0000-0002-5560-8350http://lattes.cnpq.br/3847639263484797Valentim, Antão Rodrigo2023-10-16T17:00:06Z2023-10-16T17:00:06Z2023-08-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfVALENTIM, Antão Rodrigo. Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2023.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32690porAttribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2023-10-17T06:07:08Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/32690Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2023-10-17T06:07:08Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal
A methodology based on multicriteria decision analysis for the selection of materials used in the construction of charcoal kilns
title Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal
spellingShingle Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal
Valentim, Antão Rodrigo
Carvão vegetal
Fornos
Resistência de materiais
Processo decisório por critério múltiplo
Métodos de simulação
Análise térmica
Charcoal
Furnaces
Strength of materials
Multiple criteria decision making
Simulation methods
Thermal analysis
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO
Engenharia/Tecnologia/Gestão
title_short Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal
title_full Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal
title_fullStr Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal
title_full_unstemmed Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal
title_sort Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal
author Valentim, Antão Rodrigo
author_facet Valentim, Antão Rodrigo
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Braghini Junior, Aldo
https://orcid.org/0000-0001-9388-3073
http://lattes.cnpq.br/1542491584454798
Behainne, Jhon Jairo Ramirez
https://orcid.org/0000-0002-2034-0411
http://lattes.cnpq.br/7698157175001504
Braghini Junior, Aldo
https://orcid.org/0000-0001-9388-3073
http://lattes.cnpq.br/1542491584454798
Francisco, Antonio Carlos de
https://orcid.org/0000-0003-0401-4445
http://lattes.cnpq.br/6457056051910603
Colmenero, João Carlos
https://orcid.org/0000-0002-0759-568X
http://lattes.cnpq.br/0149134194151779
Brand, Martha Andreia
https://orcid.org/0000-0001-5438-2081
http://lattes.cnpq.br/0920058820470751
Protásio, Thiago de Paula
https://orcid.org/0000-0002-5560-8350
http://lattes.cnpq.br/3847639263484797
dc.contributor.author.fl_str_mv Valentim, Antão Rodrigo
dc.subject.por.fl_str_mv Carvão vegetal
Fornos
Resistência de materiais
Processo decisório por critério múltiplo
Métodos de simulação
Análise térmica
Charcoal
Furnaces
Strength of materials
Multiple criteria decision making
Simulation methods
Thermal analysis
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO
Engenharia/Tecnologia/Gestão
topic Carvão vegetal
Fornos
Resistência de materiais
Processo decisório por critério múltiplo
Métodos de simulação
Análise térmica
Charcoal
Furnaces
Strength of materials
Multiple criteria decision making
Simulation methods
Thermal analysis
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO
Engenharia/Tecnologia/Gestão
description Charcoal plays a fundamental role in the Brazilian steel industry, partially replacing mineral coal in pig iron production. This substitution contributes to mitigating greenhouse gas emissions, making it a competitive advantage in the steel market. However, the costs involved in charcoal production are one of the barriers preventing further increases in this substitution. Part of these costs is linked to using rudimentary and low-technology kilns that result in prolonged production cycles. This study proposes a methodology for material selection in the construction of carbonization kilns, aiming to improve the results of the charcoal production process. The methodology considers fifteen Material Selection Criteria (MSC) that evaluate technical, economic, and environmental aspects. The extended TOPSIS multicriteria method is used to rank the material options. Numerical simulation and fuzzy linguistic terms are employed to determine the values of MSC. The Quality Function Deployment (QFD) and Decision Making Trial and Evaluation Laboratory (DEMATEL) tools are used to determine the weights of MSC. An application example is conducted using the proposed methodology, and multivariate sensitivity analysis is used to evaluate the method's robustness. Additionally, a new constructive configuration for carbonization kilns, which utilizes materials arranged in layers, is proposede, by using a pivoting system, it is possible to change the arrangement of the layers of materials that make up the furnace wall, during the heating and cooling phase. This configuration was evaluated using the proposed methodology, and proved to be superior to the materials commonly used in the construction of charcoal production furnaces, when AISI 1020 steel materials wrapped with a rock wool blanket are used.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-10-16T17:00:06Z
2023-10-16T17:00:06Z
2023-08-28
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv VALENTIM, Antão Rodrigo. Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2023.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32690
identifier_str_mv VALENTIM, Antão Rodrigo. Uma metodologia baseada em análise multicritério para seleção de materiais empregados na construção de fornos de produção de carvão vegetal. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2023.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32690
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498321244749824