Aplicação do método da média no volume na modelagem e simulação de decomposições de argilominerais e carbonato de cálcio durante a etapa de queima de revestimentos cerâmicos porosos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017.Durante a etapa de aquecimento do processo de queima de revestimentos cerâmicos ocorrem diversas transformações físicas e químicas com as matérias-primas que os compõem. As reações químicas de desidroxilação dos argilominerais e a decomposição dos carbonatos são as mais pronunciáveis. Promovem uma perda de massa significativa na placa cerâmica. Estas reações podem retardar a etapa de queima aumentando o tempo de permanência das placas cerâmicas no interior do forno. Desta forma torna-se importante conhecer os mecanismos de transferência de massa e calor, já que o calor ativa as reações químicas citadas anteriormente. Para isso foram desenvolvidas modelagens matemáticas com a utilização do Método da Média no Volume, pois este método permite carregar, hierarquicamente, as informações físicas que descrevem os mecanismos de transferência de massa e calor e obter expressões teóricas para os coeficientes de transporte. Estas informações físicas são correspondentes às partículas das matérias-primas (microescala) e empacotamento do pó atomizado (macroescala). Os coeficientes de transporte são os tensores de difusividade efetiva, tensores de condutividade térmica efetiva e coeficiente convectivo de transferência de massa e calor. Estes coeficientes foram determinados resolvendo os Problemas de Fechamento e os valores obtidos foram comparados com os dados apresentados na literatura. Com os resultados dos problemas de fechamento, os valores dos coeficientes foram inseridos nas equações para o transporte das espécies químicas e da energia na placa cerâmica e foram corroborados com os dados experimentais em diferentes velocidades de aquecimento. Os resultados obtidos ficaram próximos dos resultados da literatura para os coeficientes dos problemas de fechamento e também aos resultados experimentais, mostrando que a modelagem proposta é aplicável para avaliação da desgaseificação dos revestimentos cerâmicos durante a etapa de queima.Abstract : During the heating step of the ceramic tile burning process, several physical-chemical transformations occur to its raw materials. The chemical reactions of dehidroxylation of the clay minerals and the decomposition of carbonates are the most pronounced, because it promotes a significant mass loss in the ceramic plate. These chemical reactions can limit the burning process with respect to the residence time of the ceramic plates within the furnace. Thus, it becomes important to know the heat and mass transfer mechanisms, since heat activates the chemical reactions. For this, a mathematical modeling was developed using the Volume Average Method (VAM). VAM allows the hierarchical physical information transfer that describes the mass and heat transfer mechanisms and obtain theoretical expressions to the transport coefficients. This information corresponds to the raw material particles (microscale) and the packing of atomized powder (macroscale). The transport coefficients are: effective diffusivity tensors, thermal conductivity tensors, convective coefficient of mass and heat transfer. These coefficients were evaluated solving the Closing Problem and the values obtained were compered to values found in the literature. With the results of the closing problems, the coefficients were used in the chemical species and heat transport equations of the ceramic plate and its results were validated with experimental data in different heating velocities. This work presented results very close to the literature for transfer coefficients and also to the experimental data, showing that the proposed mathematical modeling is applicable to the evaluation of the degassing of ceramic tiles during the burning step

UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES MÉTODOS PARA A DETERMINAÇÃO DA CURVA DE DEFLOCULAÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS CERÂMICAS

O processo de fabricação de revestimentos cerâmicos por moagem via úmida necessita do conhecimento da capacidade de desaglomeração das matérias-primas em meio aquoso. Esta característica é avaliada, principalmente, para as argilas por um método conhecido como curva de defloculação. Trata-se da determinação do ponto de menor viscosidade em função da concentração de defloculante adicionados na suspensão cerâmica. Neste projeto foram estudados dois métodos para obtenção da curva de defloculação de uma argila plástica e outra de baixa plasticidade. O primeiro método utiliza a matéria-prima seca passante em malha # 32 mesh e agitação mecânica para homogeneização da barbotina. O segundo método utiliza a matéria-prima in natura e o processo de moagem para obtenção da suspensão cerâmica. Os resultados mostram que a obtenção da curva de defloculação das matérias-primas pelo processo de moagem reproduz as condições industriais de utilização da matéria-prima. Foi possível observar também que neste método a quantidade de defloculante utilizada foi sempre maior do que o método por agitação mecânica, demonstrando a influência da interação das partículas da argila in natura

ESTUDO DA COMPACTAÇÃO DE MASSAS PARA CERÂMICA VERMELHA

A etapa de conformação é de fundamental importância para o processo cerâmico, uma vez que é nesta que o material adquire a forma e características estruturais pretendidas. O estudo baseou-se na conformação por prensagem a seco e extrusão de uma massa para cerâmica vermelha. A massa foi seca em estufa laboratorial, destorroada, peneirada e preparada com diferentes percentuais de umidade, sendo compactada em prensa laboratorial hidráulica com diferentes pressões específicas. A massa também foi conformada em uma extrusora laboratorial. Todos os corpos-de-prova foram secos e caracterizados. As queimas foram realizadas em forno mufla laboratorial em diferentes temperaturas. Os resultados mostram que a massa conformada por extrusão adquire propriedades similares e até mesmo superiores a massa conformada por prensagem, principalmente, em se tratando do grau de compactação e de propriedades mecânicas

ESTUDO DA DETERMINAÇÃO DA PLASTICIDADE DE MATÉRIAS-PRIMAS CERÂMICAS UTILIZANDO O MÉTODO DE PFEFFERKORN

O processo de fabricação de produtos cerâmicos depende das características das matérias-primas que são utilizadas na massa cerâmica. Uma destas características é a plasticidade que assume um papel fundamental na fabricação de cerâmicas, já que está relacionada com as propriedades das argilas e podem indicar se uma composição é apropriada para confecção de materiais cerâmicos por prensagem ou por extrusão. Desta forma, este projeto tem como objetivo estudar o método de determinação do índice de plasticidade de Pfefferkorn, a fim de verificar se este é capaz de detectar variações do tipo de matéria-prima, das condições de processamento e a presença de contaminações no valor do índice de plasticidade das matérias-primas. Foram selecionadas dois tipos de argilas, sendo uma de alta plasticidade e outra de baixa plasticidade e foram realizadas alterações nas características destas com a adição de quartzo e com a secagem das mesmas. Os resultados mostram que o método é sensível a estas variações, ou seja, o método foi capaz de detectar a diferença de plasticidade entre os dois tipos de argilas, confirmando sua natureza, assim como para as alterações da condição de preparação da amostra e na presença de contaminantes como o quartzo

ESTUDO DO EFEITO DA QUANTIDADE DE FRITA MATE NA RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO DE ESMALTES MATES

A produção de produtos com aspecto mate é uma crescente dentro da indústria de revestimentos cerâmicos e no mercado consumidor. Apesar disto, tecnicamente estes produtos requerem maiores cuidados durante a sua utilização, pois a camada de decoração pode sofrer ataques químicos decorrentes dos produtos de limpeza utilizados sem o devido conhecimento do usuário. Em função disto, o projeto tem como objetivo estudar possíveis causas que podem levar um esmalte mate a ser atacado por produtos químicos, mais especificamente a quantidade e o tipo de frita mate utilizada na elaboração destes esmaltes. A tipologia de produto estudada foi o porcelanato esmaltado. Foram selecionadas três tipos de fritas mates, sendo variada sua quantidade dentro da formulação do esmalte e também isolando o tipo de frita. Os resultados demonstram que a quantidade de fase líquida formada durante a etapa de queima é predominante na resistência química dos esmaltes mates estudados e o tipo de frita mate também contribui para o aumento da resistência química e a manchas

COMPARATIVO ENTRE DIFERENTES MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DA RETRAÇÃO LINEAR DE PLACAS CERÂMICAS

O controle dimensional das placas cerâmicas para revestimento ou pavimento é extremamente necessário, pois as características dimensionais estão relacionadas diretamente com a qualidade do produto. Existem normas e legislações que regulamentam as dimensões dos produtos cerâmicos. As variações dimensionais são controladas a partir dos valores de retração linear sofrido pelas placas cerâmicas durante o processo produtivo. Portanto, o objetivo deste projeto é comparar dois métodos para determinação da retração linear de queima de placas cerâmicas em diferentes condições de queima e de características técnicas, como absorção de água e composição da massa. Neste projeto foram utilizadas duas massas atomizadas, sendo uma para revestimento poroso e outra de pavimento gresificado. Foram preparados corpos-de-prova a nível laboratorial com as mesmas condições industriais e queimados em temperaturas de 1050°C a 1200°C em forno laboratorial. Os métodos para determinação da retração linear foram a partir do comprimento e do volume dos corpos-de-prova. Os resultados demonstram que a variação da retração linear obtidas entre os dois métodos é muito pequena, mas o método que utiliza o volume da amostra leva em consideração todas as características físicas da amostra, tornando o método fisicamente consistente

INFLUÊNCIA DOS TIPOS DE MATÉRIAS-PRIMAS E DAS CONDIÇÕES DE QUEIMA NA COR DO SUPORTE CERÂMICO

O desenvolvimento de formulações de massas cerâmicas é uma tarefa muitas vezes difícil, pois a seleção das matérias-primas é um fator determinante para a obtenção de massas adequadas ao processo produtivo e que atenda as características técnicas do produto a ser fabricado. Uma característica de uma massa cerâmica é sua coloração e está diretamente relacionada com o tipo de matéria-prima utilizada, mas principalmente a presença de óxidos corantes (ferro e titânio) em sua composição química. Frente a isto, o objetivo deste projeto é avaliar a influência dos óxidos corantes na coloração de uma massa cerâmica formada por feldspato sódico e argilito. Além da presença dos óxidos, avaliar também a influência da temperatura máxima de queima na cor da massa cerâmica. Foram elaboradas massas cerâmicas com concentrações de óxidos corantes de 0,36% até 3,03% e queimadas em temperaturas de 1100°C, 1150°C e 1175°C. Os resultados mostram que existe uma influência significativa da presença de óxidos corantes na coloração das massas e que as temperaturas mais elevadas não contribuem significativamente para uma alteração da cor de queima das massas cerâmicas

Production and Weathering Exposure of Thermochromic Coatings Used as Sensors to Protect Electricity Distribution Systems

Currently, the overheating detection of electric system components is performed using thermal imaging devices, which depend on on-site regulation parameters, require skilled operators and suitable weather conditions. The development and application of innovative technologies to monitor hotspots has highlighted the use of sensors based on thermosensitive materials. In this study, a temperature sensor with thermochromic coating was developed. Thermochromic sensors covered with a varnish layer and nano-titanium oxide, in addition to thermochromic paint, were produced. A 23 experimental design was established to assess the performance of thermochromic sensors under artificial weathering conditions. Color measurements of the coatings were performed using the CIELAB method. Fourier-transform infrared (FTIR), UV-Vis (Ultraviolet-Visible), (thermogravimetric TGA, and Differential Scanning Calorimetry (DSC) analyses were performed on the sensors exposed to photodegradation to detect changes in the thermochromic coatings. The sensors exposed to thermodegradation, and salt spray weathering showed ΔE (total color difference) values below 1.50 points in the presence of TiO2. In comparison, the sensors exposed to photodegradation showed ΔE values above 10 points, and UV-Vis analysis revealed changes in the chemical structure of the coatings. These results demonstrate that the varnish layer and TiO2 can help minimize the degradation effects of temperature, light, and salinity