Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T13:23:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1
274065.pdf: 2873398 bytes, checksum: a07354bf572d32ef37099fa60a60f486 (MD5) / Espumas cerâmicas são cerâmicas porosas celulares que podem ser produzidas por diferentes métodos, dentre os quais se encontram réplica, sacrifício de template e espumação direta. Espumas cerâmicas possuem propriedades distintas que fazem delas um material muito versátil, utilizado em diferentes aplicações, tais como queimadores radiantes porosos. Os queimadores são constituídos de uma cerâmica que, além de resistir a temperaturas elevadas (>1000°C), deve apresentar alta resistência ao choque térmico. Neste trabalho, foi utilizado o método da réplica para a obtenção de espumas de alumina. Espumas de poliuretano foram impregnadas com suspensões aquosas de 50-60% em massa de sólidos (Al2O3) e aditivos (ligante e dispersante). Um planejamento experimental foi projetado para estabelecer as concentrações adequadas de cada um dos componentes dentro da suspensão. A viscosidade e a tixotropia da suspensão foram avaliadas e ajustadas a uma impregnação adequada das espumas poliméricas. As espumas poliméricas foram impregnadas e submetidas a um tratamento térmico para a degradação térmica de poliuretano a 400oC durante uma hora e subseqüentemente sinterizadas a temperaturas entre 1500oC e 1600oC durante 3 h para a densificação dos filamentos e paredes celulares. As espumas de alumina obtidas foram caracterizadas mediante análises de resistência à compressão, resistência à flexão a alta temperatura, permeabilidade, morfologia e porosidade. A permeabilidade e a resistência à compressão das espumas foram correlacionadas à microestrutura e à morfologia celular. A resistência à flexão a alta temperatura foi utilizada para predizer o comportamento mecânico das espumas quando utilizadas nos queimadores radiantes. Testes em um queimador piloto foram realizados. Diferentes relações de arcombustível e velocidades de chama nos queimadores foram avaliadas. A temperatura de sinterização que apresentou melhores resultados foi 1600oC, que promoveu maior densificação nas paredes das células e aumento na resistência mecânica. Concluiu-se que a porosidade está diretamente relacionada com a temperatura de sinterização. As espumas se tornaram pouco resistentes a altas temperaturas podendo comprometer
o seu funcionamento nos queimadores radiantes. Com uma razão mistura reagente contendo 5% de combustível em volume com 100% de excesso de ar, a chama foi estabilizada em uma velocidade de chama de 30 a 36 cm/s, em temperaturas superiores a 1150oC. / Ceramic foams are cellular porous ceramics that can be produce by different methods, like replica method, sacrificial template method and direct foaming method. Foams are a type of porous ceramic which present many properties making them a very versatile material, used in different applications, like radiant porous burners. Radiant burners consist of ceramic materials which must resist at high temperatures (> 1500°C) and provide high thermal shock resistance. In this work, the replication method was used to obtain alumina foams. Polyurethane foams were impregnated with aqueous suspensions of 50-70% wt. solid (Al2O3) and additives (binders and dispersants). An experimental design was made to establish the appropriate concentration of each component in the suspension. The viscosity and the thixotropy of the suspension were evaluated and adjusted to an appropriate impregnation of the polymeric foam. The impregnated foams were heat treated for degradation of polyurethane at 400°C/1h and subsequently sintered (between 1500°C and 1600°C/3h) for densification of the struts and cell walls. The alumina foams obtained were characterized by analysis of compression strength, flexural strength at high temperature, permeability, porosity and morphology. Permeability and compressive strength of the foams were correlated to the microstructure and cellular morphology (size and geometry of the cells). Flexural strength at high temperature was used to predict the mechanical behavior of the foams when used in radiant burners. Tests on a pilot radiant burner were also performed. Different airfuel ratios and flame rates were evaluated. The sintering temperature of 1600°C promoted higher densification and increase in mechanical strength. It was found that the porosity is directly related to the sintering temperature. The low mechanical strength of the ceramic foams at high temperatures may compromise their performance in radiant burners. With a 5% vol. fuel and 100% excess air mixture reagent, the flame stability at a rate of 30 to 36 cm/s was reached at temperatures higher than 1150oC.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/92871 |
| Date | 24 October 2012 |
| Creators | Argüello, Verónica Moreno |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Hotza, Dachamir, Rambo, Carlos Renato |
| 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., tabs., grafs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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