Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/40008
Title: Production of lightweight structures and their performance evaluation in heat pumps
Other Titles: Produção de estruturas leves e avaliação do seu desempenho em bombas de calor
Author: Silva, Tomé Lopes
Advisor: Novais, Rui Miguel Teixeira
Moreira, Rui António da Silva
Keywords: Geopolymers
Industrial residues
Porosity
Heat pumps
Reinforcements
Acoustic performance
Defense Date: 2023
Abstract: Reaching inclusive and sustainable development is becoming increasingly challenging on a global scale. As such, there is a growing concern about implementing industrial processes and using materials with the smallest possible carbon footprint, taking into account the specific demands of the sector they are integrated into. The development of materials with a reduced carbon footprint that meet performance requirements for various applications is one of the strategies that can facilitate the decarbonisation of the industrial sector. The current work focused on the production and characterisation of lightweight geopolymers with the aim of replacing the expanded polypropylene foams currently used by Bosch for acoustic attenuation and thermal insulation in heat pumps. Accordingly, the main defined objectives were the optimization of the physical properties of the geopolymers produced, incorporation of reinforcements, scaling up the production of samples, and acoustic evaluation at Bosch facilities. Dense, porous, and reinforced geopolymers were produced and subjected to an upscale in selected formulations. Aluminum powder (0.100, 0.125, and 0.150 wt.%) and hydrogen peroxide (0.8, 1.2, and 1.6 wt.%) were used as pore-forming agents. A decrease in density and mechanical strength was observed with an increase in the agent content. Samples with hydrogen peroxide showed higher values of the mechanical strength-to-density ratio, and the lowest density was obtained for samples with 0.150% Al (0.35 g/cm³ ). The incorporation of glass fibres as reinforcement (0.1, 0.15, 0.2, and 0.3 wt.%) in samples with 0.150% Al resulted in a maximum compressive strength value of 0.62 MPa (0.1% glass fibers), and the highest mechanical strength-to-density ratio for samples with 0.3% of fiber content. Acoustic tests demonstrated that the produced geopolymers have higher sound absorption values than expanded polypropylene (EPP) at the tested frequencies, with a maximum value of α = 0.98 at 1250 Hz for samples with 1.6% H₂O₂. Transmission loss tests showed the possibility and reliability of using the Scan & Paint method at Bosch facilities, allowing for an analysis with geometries closer to real conditions. The scale up was also successfully carried out for samples with 0.1% Al and 1.2% H₂O₂, without apparent constraints or defects.
Alcançar um desenvolvimento inclusivo e sustentável está a tornar-se cada vez mais desafiante a nível global. Como tal, existe uma crescente preocupação na implementação de processos industriais e na utilização de materiais com a menor pegada de carbono possível, tendo em consideração as exigências específicas do setor em que estão inseridos. O desenvolvimento de materiais com uma pegada de carbono reduzida que satisfaçam os requisitos de desempenho para diversas aplicações é uma das estratégias que pode facilitar a descarbonização do setor industrial. O presente trabalho focou-se na produção e caracterização de geopolímeros leves com o objetivo de substituir as espumas de polipropileno expandido atualmente utilizadas pela Bosch como atenuador acústico e isolamento térmico em bombas de calor. Deste modo, os principais objetivos definidos foram a otimização das propriedades físicas dos geopolímeros produzidos, incorporação de reforços, aumento de escala de amostras produzidas e avaliação acústica de composições selecionadas em contexto industrial (i.e., na Bosch). Foram produzidos geopolímeros densos, porosos e reforçados com fibras de vidro, tendo sido submetidos a um aumento de escala em formulações selecionadas. Foram utilizados pó de alumínio (0,100, 0,125 e 0,150%, em massa) e peróxido de hidrogénio (0.8, 1.2 e 1.6%, em massa) como agentes formadores de poros. Verificou-se uma diminuição na densidade e resistência mecânica com o aumento de teor de agente incorporado. As amostras com peróxido de hidrogénio mostraram valores mais elevados de razão resistência mecânica/densidade e o menor valor de densidade obtido verificou-se para amostras com 0.150% Al (0.35 g/cm³ ). A incorporação de fibras de vidro como reforço (0.1, 0.15, 0.2 e 0.3%, em massa) em amostras com 0.150% Al, resultou num valor máximo de resistência à compressão de 0.62 MPa (0.1% fibras de vidro) e o maior rácio resistência mecânica/densidade para as amostras com 0.3% de reforço. Os ensaios acústicos realizados demonstraram que os geopolímeros produzidos apresentam valores de absorção acústica mais elevados que o EPP nas frequências testadas, tendo-se obtido o valor máximo de α = 0.98 a 1250 Hz para amostras com 1.6% H₂O₂. Os ensaios de perda por transmissão demonstraram a possibilidade e fiabilidade da utilização do método Scan & Paint nas instalações da Bosch, permitindo uma análise com geometrias mais próximas das reais. O aumento de escala foi também realizado com sucesso para amostras com 0.1% Al e 1.2% H₂O₂, sem constragimentos, nem defeitos aparentes.
URI: http://hdl.handle.net/10773/40008
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEMaC - Dissertações de mestrado

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