Contribuições para a determinação de curvas de secagem de refratários monolíticos com auxílio experimental e de simulação numérica

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Trujillo, Jorge Juárez
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Concreto refratário; Drying; Finite volume method; Heat and mass transport; Mathematical model; Medição de pressão de vapor nos poros; Meio poroso; Método dos volumes finitos; Modelo matemático; Pore vapour pressure measurement; Porous media; Refractory concrete; Secagem; Transporte de calor e massa
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97134/tde-05082021-175041/

A tecnologia dos concretos refratários tem gerado produtos com maior densidade e menor porosidade para aumentar sua resistência a altas temperaturas e abrasão, no entanto, sua permeabilidade também foi reduzida, apresentando um problema na operação de secagem, uma vez que aumentou o risco de trincas ou explosões que teoricamente é função da combinação das tensões dos gradientes de expansão térmica e da pressão de vapor nos poros. Por segurança, são utilizadas curvas de aquecimento conservadoras e demoradas com determinação de taxas de aquecimento e isotermas baseadas em conhecimentos empíricos. No presente trabalho foi pesquisado experimental e numericamente o transporte de calor e massa dentro do concreto refratário durante a secagem até 350°C e analisado o comportamento do material para a eliminação da água livre. Foram revisadas detalhadamente as metodologias e arranjos experimentais disponíveis na literatura focada na medição de pressão de vapor nos poros. Desenvolveu-se um dispositivo e um sensor para medir, simultaneamente, as variações de temperatura e pressão de vapor em blocos de concreto submetidos a estresse térmico, simulando as condições de contorno de um revestimento de concreto de algum forno hipotético. Revisaram-se os modelos matemáticos disponíveis na literatura. Por praticidade foi aplicado um modelo clássico para simular o fenômeno de secagem; as equações diferenciais foram manipuladas e resolvidas, discretizando-se um domínio tridimensional e utilizando-se o Método dos Volumes Finitos; já que por ser conservador, representa a opção mais apropriada para a solução deste tipo de problema, ao invés do tradicionalmente utilizado Método dos Elementos Finitos. Os resultados experimentais obtidos foram úteis para comparar com dados de modelos matemáticos e de outros dispositivos experimentais da literatura, mostrando a falta de unificação nas metodologias. Os resultados numéricos mostraram coerências e divergências com o comportamento teoricamente esperado nos resultados experimentais, confirmando a conveniência do uso da formulação de isotermas de dessorção específicas para concretos refratários, o uso de métodos adequados para a caracterização dos parâmetros que se tornam função da temperatura, como a permeabilidade e a condutividade térmica e a necessidade de maior desenvolvimento e padronização dos instrumentos para medir a pressão de vapor. A integração dos resultados foi útil para a análise das curvas de secagem atualmente utilizadas na indústria e para discutir possíveis atualizações que poderiam aumentar a competitividade em termos de tempo e segurança.