Microwave applicator optimization through metaheuristic algorithms for the mining industry

dc.contributor.advisor Correa Cely, Carlos Rodrigo
dc.contributor.author Amaya Contreras, Iván Mauricio
dc.date.accessioned 2022-04-01T04:53:43Z
dc.date.available 2022-04-01T04:53:43Z
dc.date.created 2022-04-01T04:53:43Z
dc.date.issued 2022-04-01T04:53:43Z
dc.description.abstract Esta tesis se enfoca al desarrollo de una estrategia de optimización que permita encontrar las dimensiones y frecuencia de resonancia de un aplicador microondas, tal que su distribución de campo corresponda a una definida por el usuario. Se reservan tres capítulos a discutir los pilares principales para establecer dicha estrategia: el modelo matemático de resonadores microondas analizados a través de análisis circuital, las propiedades dieléctricas experimentales de diferentes muestras minerales que cambian con la temperatura, y la formulación de diferentes técnicas de optimización moderna. Luego, se realizó la sinergia de esta información (es decir, el modelo, las propiedades, y los algoritmos de optimización). Se inicia por ejecutar algunas pruebas simples con los algoritmos, para determinar la mejor combinación de ellos. Posteriormente, se abordan algunos escenarios de diseño que incluyen materiales con y sin pérdidas. Se encontraron varias cosas de interés. Pero, la más relevante se refiere a la factibilidad de utilizar la estrategia propuesta. En algunos escenarios (especialmente a altas frecuencias) fue posible lograr un nivel de ajuste mayor a 50 [dB]. Sin embargo, en otros escenarios este valor cayó hasta 20 [dB] (especialmente, cerca del modo fundamental del aplicador). Esto significa que el modelo matemático debe ser refinado. Aun así, luego de comparar los datos respecto a software comercial (CST), se encontró que incluso en los casos donde CST sobrepasó a la estrategia propuesta en esta tesis, la segunda generó una distribución de campo más uniforme. Por tanto, se considera como exitosa la propuesta, así que se recomienda su uso y se sugiere que se trabaje en expandir el modelo a las direcciones restantes y a otros sistemas de coordenadas. Además, se sugiere incluir una métrica que considere el factor de forma de las distribuciones de campo, quizás a través de una suma ponderada.
dc.description.abstractenglish The current dissertation aims at developing an optimization strategy able to find the dimensions and resonant frequency of a microwave applicator, such that the field distribution matches a user-defined one. Three chapters are reserved to discuss the main pillars required for establishing such strategy: the Mathematical model of microwave resonators analyzed through circuital analysis, the experimental dielectric properties of different mineral samples that change with temperature, and the formulation of different modern optimization techniques. Afterwards, some design scenarios that include lossless and lossy materials were boarded. Several things of interest were found. But, the most relevant one relates to the feasibility of the proposed strategy. A level of agreement as good as over 50 [dB] was possible in some scenarios (especially for higher frequencies). However, in other scenarios this value dropped to 20 [dB] (especially near the fundamental mode of the applicator), meaning that the Mathematical model needs to be improved. Even so, after a comparison with commercial software (CST), it was found that even in those cases where CST outperformed the strategy proposed in this dissertation, the latter yielded more uniform field distribution. Hence, the approach is deemed as successful. So, its use is recommended, as well as suggestion is made to work on expanding the model to the remaining directions and to other coordinate systems. Also, the inclusion of a metric that considers the form factor of the field distributions, perhaps through a weighted sum approach, is suggested.
dc.description.cvlac https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000957003
dc.description.degreelevel Doctorado
dc.description.degreename Doctor en Ingeniería
dc.description.orcid https://orcid.org/0000-0002-8821-7137
dc.format.mimetype application/pdf
dc.identifier.instname Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9582
dc.language.iso eng
dc.publisher Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program Doctorado en Ingeniería: Área Ingeniería Electrónica
dc.publisher.school Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones
dc.rights http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.rights.license Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/co/
dc.subject Microondas
dc.subject Análisis Circuital
dc.subject Optimización Moderna
dc.subject Minerales
dc.subject Propiedades Dieléctricas.
dc.subject.keyword Microwaves
dc.subject.keyword Circuital Analysis
dc.subject.keyword Modern Optimization
dc.subject.keyword Mineral Ores
dc.subject.keyword Dielectric Properties.
dc.title Microwave applicator optimization through metaheuristic algorithms for the mining industry
dc.title.english Microwave applicator optimization through metaheuristic algorithms for the mining industry.
dc.type.coar http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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