Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:37:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A produção de revestimentos cerâmicos pelo processo monoqueima é atualmente o mais difundido entre as empresas de cerâmica. Estudos sobre a etapa de queima neste processo têm uma grande importância para a indústria cerâmica. O processo de queima deve se adaptar a novos parâmetros, devido ao crescimento tecnológico e à diversificação de produtos cerâmicos. É necessário entender os mecanismos envolvidos na queima utilizando fornos a rolos, principalmente o desempenho térmico do equipamento e características técnicas dos revestimentos cerâmicos. A simulação numérica tem sido bem utilizada para ajudar a compreensão. Neste trabalho, um modelo matemático foi aplicado para determinar a evolução do perfil de temperatura da placa cerâmica e da consequente retração, com base no transporte de calor por condução e cinética retração, negligenciando as reações químicas. Os parâmetros cinéticos foram determinados experimentalmente, utilizando pó industrial para obter corpos-de-prova de 80x20x2,3 mm3 queimados em forno elétrico laboratorial a rolo. A energia de ativação (EA) igual a 178041 J/mol, parâmetro #n# igual a 0,26285 e o fator de frequência (k0) igual a 44768 s-1 foram determinados depois de distintas condições de queima em 30, 40 e 50 minutos de frio a frio e as temperaturas entre 1000 a 1150°C (com passos de 30°C). Os valores experimentais de retração linear para os tempos de queima de 30, 40 e 50 minutos e temperatura de 1120°C são 0,0590; 0,0638 e 0,0681, respectivamente. Estes valores correspondem aproximadamente aos valores simulados de 0,0599; 0,0647 e 0,0687. O processo de queima industrial de placas cerâmicas não esmaltadas sob condições de queima de 1152°C e 30 minutos apresentou valores de retração linear de 0,0664. Os valores numéricos de retração linear ficaram em torno de 0,0663. O modelo foi capaz de reproduzir com ótima precisão os valores experimentais. Este fato permitirá estudos sobre a otimização da operação de queima. O modelo também foi aplicado para simular as consequências de uma falha de alimentação, que provoca uma alteração transitória da temperatura de queima. / The firing process is the core of the tiles production, currently the single-cycle firing is the most widespread method in ceramic industries. Therefore a deep understand of the single-cycle firing method is an essential pre-requisite to accurately describe ceramic industrial processes. Moreover, the increasing demand of technological improvements and technical diversifications of ceramic products, leads the firing process to continuously adapt to new operative conditions. The physical mechanisms that occur in roller kilns have to be understood, mainly those involving thermal performance of the equipment and technical characteristics of the ceramic tiles. To this aim numerical simulation of a single-cycle firing process has been used in order to shed light on the process. In the present work, a mathematical model has been developed to find the temperature evolution of the ceramic tiles and the consequent firing shrinkage. This mathematical
model is based on heat transfer by conduction and shrinkage kinetic. The chemical reactions have been neglected. The kinetic parameters have been experimentally determined using industrial powder to obtain test pieces of 80x20x2.3 mm3 fired in laboratory electrical roller kiln. Activation energy, EA=178041 J/mol, parameter "n", n=0.26285 and frequency factor, k0=44768 s-1 were determined after several firing conditions 30, 40 and 50 minutes cold-to-cold and temperatures from 1000 to 1150°C (steps of 30°C). The experimental values of linear shrinkage for firing times 30, 40 and 50 min and temperature of 1120ºC are 0.0590, 0.0638 and 0.0681, respectively. A good agreement between the experimental values and those predicted by numerical simulations has been found. Indeed, the numerical predictions, in the same experimental conditions, are 0.0599, 0.0647 and 0.0687, respectively. Moreover, industrial process of unglazed product, under firing condition about 1152°C and 30 min, gives a linear shrinkage value about 0.0664, while the numerical simulation of the developed mathematical model predict a linear shrinkage of 0.0663. Definitely, we can assume that the developed mathematical model well reproduce the physical problem. Therefore, the model developed in the work allows further studies about the optimization of tiles firing process.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/94479 |
| Date | 25 October 2012 |
| Creators | Cargnin, Maykon |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Souza, Selene Maria de Arruda Guelli Ulson de, Noni Junior, Agenor de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 1 v.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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