Estudo teórico da transferência de calor e massa na secagem de tijolos cerâmicos com forma paralelepipédica

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-07-26T00:19:18Z No. of bitstreams: 1 MIRENIA TEIXEIRA DE BRITO – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 2934024 bytes, checksum: a97bbc89edeb4fcef99b50e06097f51e (MD5) Made available in DSpace on 2018-07-26T00:19:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MIRENIA TEIXEIRA DE BRITO – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 2934024 bytes, checksum: a97bbc89edeb4fcef99b50e06097f51e (MD5) Previous issue date: 2016-08-18 Capes Na manufatura de materiais cerâmicos argilosos, o produto é submetido as etapas de moldagem, secagem e queima. A secagem é um processo termodinâmico, por meio do qual ocorre a redução do teor de umidade do sólido, mediante o fornecimento de energia ao mesmo. Durante a secagem, dependendo das condições operacionais, podem surgir trincas, deformações e empenamentos que contribuem para reduzir a qualidade do produto póssecagem. O transporte de umidade, do interior para superfície do material, pode ocorrer na forma líquida e/ou vapor, dependendo do tipo de produto e do percentual de umidade presente. Este trabalho apresenta um estudo analítico da secagem de sólidos paralelepipédicos. Foi desenvolvido um modelo matemático tridimensional transiente, baseado nas Leis de Fourier e de Fick, para predizer a transferência de calor e massa que ocorre no sólido, considerando propriedades termo físicas constantes e condições de contorno de 3ª espécie (convecção). Todo formalismo matemático e solução analítica via método de separação de variáveis das equações diferenciais parciais que compõem o modelo referenciado foram apresentadas. Para obtenção dos resultados, foi desenvolvido um código computacional no ambiente do software Mathematica®. Aplicação foi dada secagem de tijolos cerâmicos comuns. Resultados simulados das cinéticas de aquecimento e secagem do sólido paralelepipédico, bem como as distribuições do teor de umidade e temperatura durante o processo são apresentados e discutidos. Verificou-se que o coeficiente de difusão de massa se mostra dependente do tipo de argila, teor de umidade inicial da amostra e da temperatura e umidade relativa do ar de secagem, variando de 0,22x10 -8 a 2,73x10-8m2/s, quando a temperatura aumentou de 60 para 110ºC, respectivamente, e que os vértices do sólido cerâmico secam e se aquecem mais rápido, gerando nessa região tensões que podem provocar trincas e deformações que podem comprometer a qualidade final do produto. In the manufacture of clay ceramic materials, the product undergoes the steps of molding, drying and firing. Drying is a thermodynamic process which occurs through the reduction of the moisture content of the solid by supplying energy thereto. During drying, depending on operating conditions may arise cracks, deformation and warping which contribute to reducing the quality of the product after drying. Moisture transport from the center to surface of the product can occur in liquid and/or vapor form, depending on the type of product and moisture content. This work presents an analytical study of the drying of a parallelepiped solid. It was developed a transient and three dimensional mathematical model based on Fourier and Fick's Laws to predict heat and mass transfer that occurs in the solid, considering constant thermo physical properties and boundary conditions of 3rd kind (convection). All mathematical formalism and analytical solution of the partial differential equations using the method of separation of variables of has been presented. For obtain the results, it was developed a computational code using the Mathematica ®commercial software. Application was done to ceramic brick drying. Simulated results of heating and drying kinetics of the parallelepiped solid, as well as of moisture content and temperature distributions during the process are presented and discussed. It was found that the mass diffusion coefficient is dependent on the chemical composition of clay (clay type), initial moisture content of the sample and temperature and relative humidity of drying air varying from 0.22x10-8 to 2.73x10 -8m2/s, when the temperature increased from 60 to 110ºC, respectively, and that the vertex of the ceramic solid dry and heat more fast generating stress in this region which can provokes cracks and deformation that can a affect the final quality of the product. The control of the drying process is extremely important, because depending on the material during the drying process, there may be considerable deformation in manufactured products, ranging from thermal and water stress, thereby increasing process costs and losses of companies.