Search

Drying is a complex process of coupledheat and mass transfer of wet porous material. Wet clay products when exposed to drying without control can suffer cracks and deformations, reducing its quality post-drying. Thus, this work aims to study the hollow ceramic materials drying with arbitrary shape using lumped models. Here, the exact solution of the governing equations were obtained using the method of separation of variables. Results of the average moisture constant and temperature of the material along the process are presented and analyzed. It was observed that the moisture loss process occurs at a lower speed than the heating of the ceramic material because its thermal diffusivity is greater than the mass diffusivity and that the area/volume relationship strongly affects the heat and mass transfer of the material.

This work aims to study the drying of clay ceramic materials with arbitrary shapes theoretically. Advanced phenomenological mathematical models based on lumped analysis and their exact solutions are presented to predict the heat and mass transfers in the porous material and estimate the transport coefficients. Application has been made in hollow ceramic bricks. Different simulations were carried out to evaluate the effect of drying air conditions (relative humidity and speed) under conditions of forced and natural convection. The transient results of the moisture content and temperature of the brick, and the convective heat and mass transfer coefficients are presented, discussed and compared with experimental data, obtaining a good agreement. It was found that the lower the relative humidity is and the higher the speed of the drying air is, the higher the convective heat and mass transfer coefficients are at the surface of the brick and in the holes, and the faster the moisture removal material and heating is. Based on the predicted results, the best conditions for brick drying were given. The idea is to increase the quality of the brick after the process, to reduce the waste of raw material and energy consumption in the process.

The main purpose of this work is to perform a thermal analysis in an air conditioning duct to verify the influence of the thermal properties of the insulating material on the minimum thermal insulation thickness necessary to avoid the condensation of water vapor present in the air. The mathematical formulation is based on Fourier’s law and the first law of thermodynamics. A response surface, a contour plot and a mathematical model for the analyzed response variable, were obtained from an experimental design. Results indicate that the reduction of thermal conductivity and increase of emissivity of the insulating material contribute to the reduction of the minimum thermal insulation thickness. Este trabajo tiene como objetivo realizar un análisis térmico en un conducto de climatización para comprobar la influencia de las propiedades térmicas del material aislante sobre el espesor mínimo de aislamiento térmico necesario para evitar el efecto de condensación del vapor de agua presente en el aire. La formulación matemática se basa en la ley de Fourier y la primera ley de la termodinámica. Del diseño experimental se obtuvo una superficie de respuesta, una curva de contorno y un modelo matemático para la variable de respuesta analizada. Los resultados indican que la reducción de la conductividad térmica y el aumento de la emisividad del material aislante contribuyen a la reducción del espesor mínimo de aislamiento térmico necesario para evitar el efecto de condensación. Este trabalho tem por objetivo realizar uma análise térmica em um duto de ar condicionado para verificar a influência das propriedades térmicas do material isolante na espessura mínima de isolamento térmico necessária para evitar o efeito da condensação do vapor d’água presente no ar. A formulação matemática é baseada na lei de Fourier e na primeira lei da termodinâmica. A partir do planejamento experimental, foram obtidos uma superfície de resposta, uma curva de contorno e um modelo matemático para a variável de resposta em análise. Resultados indicam que a redução da condutividade térmica e aumento da emissividade do material isolante contribuem para a redução da espessura mínima de isolamento térmico necessária para evitar o efeito da condensação.

Este trabalho objetiva estudar a secagem de sólidos porosos e com forma arbitraria usando o método da análise concentrada. Um modelo matemático fenomenológico avançado baseado numa análise concentrada e sua solução exata são apresentados para predizer as transferências de massa e calor em tijolos cerâmicos vazados industriais e estimar os coeficientes de transporte. Diferentes simulações foram realizadas para avaliar o efeito da temperatura do ar no processo de secagem. Resultados transientes do teor de umidade e temperatura do tijolo, e dos coeficientes de transferência de calor e massa convectivos são apresentados e discutidos. Verificou-se que, quanto maior a temperatura, maiores são os coeficientes de transferência de calor e massa convectivos na superfície do tijolo, e mais rápido o produto perde umidade e eleva sua temperatura. Do estudo, propõe-se uma condição otimizada de secagem do tijolo cerâmico industrial visando minimizar os defeitos no produto pós-secagem, aumentar sua qualidade para a etapa de queima, reduzir desperdícios de matéria-prima e economizar energia no processo.

Increasing the thermal efficiency of drying and firing processes of ceramic products plays an important role for industries that want to remain competitive in the market. Thus, this work aims to evaluate the influence of the type and thickness of thermal insulations, applied on the external sidewalls of an intermittent ceramic kiln, on heat transfer, temperature distribution in the insulating material, maximum external surface temperature, and energy gain, compared to the kiln without thermal insulation. All proposed mathematical formulations are based on the energy conservation, and mathematical procedures are implemented in Microsoft Excel software. Here, it was tested four types of thermal isolators: fiberglass, rockwool, calcium silicate, and ceramic fiber. Results indicate that the greater the thickness of the thermal insulation, the lower the maximum external surface temperature and the greater the energy gain when compared to the kiln without thermal insulation. In addition, fiberglass is the insulating material, among the four types analyzed, which provides greater energy gain and greater reduction in maximum external surface temperature.

O objetivo deste trabalho foi estudar a transferência de calor em um reator cilíndrico elíptico de leito recheado de partículas. Foi desenvolvido um modelo matemático heterogêneo (modelo de duas fases), aplicado para as fases sólida e fluida separadamente. Para resolver as equações diferenciais parciais foi utilizado o método de volume finito, a formulação totalmente implícita, e o esquema WUDS para interpolação para os termos convectivos e difusivos. Resultados da distribuição de temperatura nas fases fluida e sólida, ao longo do reator, para partículas com forma esferoidal prolata e esférica são apresentados e analisados. Verificou-se que a forma da partícula que compõe o leito poroso afeta levemente a distribuição de temperatura no interior do reator e que a temperatura adimensional da fase fluida é levemente menor que a da fase sólida.

Hidrociclones são equipamentos usados em processos de separação óleo-água. São considerados eficientes, compactos, seguros, de simples construção e manutenção, e baixo custo, quando comparados a outros equipamentos de semelhante aplicação. Diante disso, este trabalho tem como objetivo analisar numericamente o processo de separação da mistura óleo-água em um hidrociclone, quanto ao seu aspecto fluidodinâmico. Para a solução numérica das equações governantes utilizou-se o software Ansys CFX. Resultados dos campos de pressão e fração volumétrica da fase óleo, e do desempenho de separação do equipamento são apresentados e analisados. Dos resultados obtidos verificou-se que as maiores pressões ocorrem próximo as paredes e entrada do equipamento, que as maiores frações volumétricas do óleo ocorrem na região central e próximo a saída do hidrociclone, e que este equipamento apresentou uma eficiência de separação superior a 99,8%.

A secagem é uma operação de transferência de calor e massa envolvendo a remoção de umidade, sendo uma etapa importante e de elevado custo no processo de manufatura de diversos produtos. Para materiais cerâmicos, o processo de secagem é necessário para retirar a água que foi adicionada a argila na etapa de moldagem e conferir a resistência necessária para reduzir as chances de falhas durante a etapa de queima do produto. O controle do processo de secagem é essencial para reduzir defeitos no material, perda de produtividade e consumo energético. Devido à importância, esse trabalho tem por objetivo apresentar uma revisão de diversos tópicos relacionados com a secagem de materiais cerâmicos. Aqui são discutidos diferentes aspectos tais como: os fundamentos, as cinéticas de remoção de umidade, os defeitos, o controle e a otimização do processo de secagem, com ênfase a produtos de argila. A ideia é fornecer subsídios para que pesquisadores e industriais possam melhorar seus conhecimentos e tomar decisões apropriadas sobre este tópico de grande importância para a economia do país.

Bananas frescas são frutas com elevado teor de umidade após a colheita, e são submetidas ao processo de secagem para minimizar desperdício e a deterioração, e aumentar a vida de prateleira. Este trabalho apresenta um estudo de secagem de banana em estufa. As bananas inteiras foram descascadas manualmente e secas nas temperaturas de 50 e 60ºC. Modelos concentrados de transferência de calor e massa e variações do volume da banana foram propostos e ajustados aos dados experimentais apresentando uma boa concordância. Os resultados revelaram que a temperatura do ar de secagem e a relação área/volume afetam significativamente a secagem, aquecimento e encolhimento da banana.

A necessidade de investimento na melhoria de qualidade, produtividade, redução de custos e economia de energia de processo é uma preocupação crescente do setor ceramista. O processo de secagem consiste na remoção de umidade de um material através do aquecimento, envolvendo alto consumo de energia. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo estudar teoricamente a secagem de sólidos cerâmicos vazados e com forma arbitrária utilizando uma modelagem matemática fenomenológica baseando-se no método da capacitância global. Resultados cinéticos de perda de massa e aquecimento do sólido vazado em diferentes condições operacionais são apresentados e analisados. Observou-se que a perda de umidade ocorre numa menor velocidade que o aquecimento do material, que o formato do sólido e sua relação área/volume afetam fortemente os fenômenos de transporte de calor e massa e que, dependendo da severidade, pode ocasionar danos na estrutura como deformações, trincas, empenamentos e perda do produto.

Este trabalho apresenta um estudo teórico da transferência de calor e massa durante a secagem de tijolos cerâmicos industriais em estufa. Foram propostos modelos matemáticos para descrever as cinéticas de secagem e aquecimento do tijolo em função do tempo de processo, considerando a existência das áreas superficiais interna e a externa e variações dimensionais do tijolo. Foram propostos modelos empíricos para predizer o comportamento do teor de umidade, temperatura superficial, volume e áreas superficiais interna e externa do produto. O estudo foi conduzido em diferentes condições operacionais do ar de secagem (50 a 100°C). Toda a modelagem foi ajustada a dados experimentais do teor de umidade médio, temperatura na superfície e dimensões médias do tijolo durante a secagem, em cada condição experimental, obtendo-se um bom ajuste e elevado coeficiente de determinação, evidenciando sua confiabilidade para ser usada na predição do problema físico. Da comparação, estimou-se o volume, as áreas superficiais interna e externa e os parâmetros de transferência de calor e de massa do tijolo.

O ensino da matemática na educação fundamental é um desafio para docentes e pesquisadores. Para superar essas barreiras técnicas metodológicas o lúdico tem sido utilizado. O lúdico está associado a dança, a música e ao jogar, consiste em um mecanismo poderoso para aumentar o interesse dos alunos por alguma disciplina ou conteúdo. Essa metodologia torna o aprendizado mais divertido e interessante, possibilitando o ensino do conteúdo de uma maneira leve. Devido a sua importância, este trabalho tem como objetivo utilizar o lúdico como ferramenta no auxílio do ensino de frações. A pesquisa foi realizada em uma Escola Municipal, com 30 alunos da turma do 6º ano, sendo 13 do sexo masculino e 17 do sexo feminino. Foi feito uma análise da temática, através de um questionário, a aplicação do jogo e uma avaliação no final das atividades. Verificou-se que, com a inserção dos jogos nas aulas, elas se tornaram mais dinâmica e prazerosa, promovendo uma maior interação entre os alunos/material-manipulável/professor, que contribuiu para uma melhora na aprendizagem do conteúdo de frações.

Fibras de sisal tem despertado o interesse da academia e indústria, devido as suas excelentes características para uso em diversas aplicações. Essas fibras, ao serem extraídas da planta, estão úmidas e, são submetidas a secagem para redução do teor de umidade. O controle do processo de secagem é de grande importância para garantir a qualidade das fibras em termos de resistência mecânica e coloração. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo estudar teoricamente a secagem de fibras de sisal em estufa com circulação forçada de ar. Foram propostos modelos matemáticos para predizer o comportamento transiente do teor de umidade médio e temperatura superficial, e do teor de umidade de equilíbrio das fibras, em função da temperatura do ar de secagem e concentração de vapor de água no leito de fibras. Resultados preditos das cinéticas de secagem e aquecimento, e do teor de umidade de equilíbrio higroscópico das fibras são apresentados e comparados com os dados experimentais, em diferentes condições operacionais. Verificou-se que um bom ajuste foi obtido, com coeficiente de correlação maior que 0,99, para todos os modelos analisados.

Nos últimos anos, com a crescente conscientização de preservação do meio ambiente, e controle de poluição, o interesse pelo uso de fibras naturais tem aumentado significativamente. No entanto, fibras vegetais são altamente higroscópica e o seu uso, quando úmida, afeta fortemente as propriedades desses materiais. Buscando melhoria para o processo de secagem de fibras vegetais, este trabalho apresenta um estudo experimental da secagem de corpos fibrosos com particular referência a fibras de sisal variedade Agave sisalana. Foram realizados experimentos de secagem de fibras de sisal com teor de umidade médio de 11,19% (base seca). As fibras foram submetidas à secagem em estufa com circulação forçada de ar nas temperaturas de 50, 60, 70, 80 e 90°C. Resultados experimentais das cinéticas de secagem e aquecimento das fibras foram apresentados e analisados. Verificou-se que as curvas de perda de umidade e temperatura das fibras de sisal foram influenciadas pela temperatura do ar de secagem, sendo mais acentuada nas maiores temperaturas, e que todo a remoção de umidade ocorre no período de taxa decrescente. Aspectos da qualidade das fibras pós-secagem também foram avaliadas.