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Title: Estudo dos processos de secagem e queima de tijolos cerâmicos com adição de resíduos de diatomita.
Other Titles: Study of the drying and burning processes of ceramic bricks with the addition of diatomite residues.
Estudio de los procesos de secado y combustión de ladrillos cerámicos con adición de residuos de diatomita.
???metadata.dc.creator???: VIEIRA, Antônio Nunes de Oliveira.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: NASCIMENTO, José Jefferson da Silva.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: REZENDE, Maria Luiza de Souza.
???metadata.dc.contributor.referee1???: LIMA, Antonio Gilson Barbosa de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: ARAÚJO, Morgana de Vasconcellos.
Keywords: Desenvolvimento de processos;Reaproveitamento de resíduos sólidos;Tijolos cerâmicos vazados;Cinética de secagem;Simulação computacional;Process development;Reuse of solid waste;Hollow ceramic bricks;Drying kinetics;Computer simulation;Proceso de desarrollo;Reutilización de residuos sólidos;Ladrillos cerámicos huecos;Cinética de secado;Simulación por ordenador
Issue Date: 30-Nov-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: VIEIRA, Antônio Nunes de Oliveira. Estudo dos processos de secagem e queima de tijolos cerâmicos com adição de resíduos de diatomita. 2023. 177 fl. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/36220
???metadata.dc.description.resumo???: Para a manutenção das atividades industriais, o homem extrai da natureza uma imensa quantidade de matéria-prima, sendo que grande parcela desta se transforma em resíduos ou rejeitos sólidos. Dentre os materiais que geram volumes consideráveis de resíduo/rejeito está a diatomita, que tem grande importância na indústria como filtro e material refratário, em fertilizantes, catalizadores químicos, pesticidas e outros. Grande volume de rejeitos também é gerado na indústria cerâmica devido a perdas ocorridas durante o processo de fabricação nas etapas de secagem e queima, processos estes que podem gerar aumento de custos quando mal dimensionados. Com o intuito de apresentar uma alternativa para o aproveitamento do resíduo de diatomita no setor cerâmico, o presente estudo consiste numa pesquisa experimental e computacional usando o software Wolfram Mathematica, cujo principal objetivo é realizar estudos numéricos e experimentais dos processos de secagem e queima de corpos de prova referentes aos tijolos cerâmicos vazados de seis furos fabricados com o resíduo de diatomita adicionado à argila de cerâmica vermelha. Na confecção de corpos de prova, o resíduo de diatomita foi adicionado em percentuais de 5, 10 e 15%, sendo todos os resultados comparados a composições de referência, nas quais não houve adição de resíduo. A secagem foi avaliada nas temperaturas de 50, 70 e 90oC e a queima a 800, 900 e 1000oC. Os resultados indicam que a perda de umidade e a elevação de temperatura são afetadas pela composição química do tijolo. Para maiores percentuais de resíduo ocorre maior absorção de água, sendo que a redução da temperatura de secagem contribui para reduzir a absorção após a queima. Em todos os cenários analisados, a absorção de água se manteve dentro da faixa exigida pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 15270-1 (ABNT, 2017), que trata dos requisitos para componentes cerâmicos – blocos e tijolos para alvenaria. A porosidade do material apresentou um comportamento similar a absorção de água. No quesito resistência a compressão, apenas as amostras com 5% de resíduo, secas na temperatura de 90oC e sujeitas a queima até o patamar de 1000oC, numa taxa de aquecimento de 2 oC/min, se mantiveram dentro do que exige a NBR 15270-1 (ABNT, 2017). O problema físico foi abordado através de uma análise concentrada, e as curvas teóricas demonstram correspondências notáveis com as curvas experimentais. Isso permitiu a determinação dos coeficientes de transferência de massa convectivos e difusivos. Esses parâmetros aumentam à medida que a temperatura sobe, e a umidade relativa do ar diminui durante o processo de secagem. Além disso, observou-se que o coeficiente de transferência de massa convectivo na superfície externa do corpo de prova foi superior ao obtido na superfície interna, evidenciando claramente que a superfície externa do corpo de prova desempenha um papel central na perda de massa ao longo do processo de secagem.
Abstract: For the maintenance of industrial activities, humans extract a vast amount of raw materials from nature, a significant portion of which turns into waste or solid rejects. Among the materials that generate substantial volumes of waste/rejects is diatomite, which holds great importance in the industry as a filter and refractory material, in fertilizers, chemical catalysts, pesticides, and other applications. A significant volume of waste is also generated in the ceramic industry due to losses during the manufacturing process in the drying and firing stages, processes that can lead to increased costs when improperly dimensioned. With the aim of presenting an alternative for utilizing diatomite waste in the ceramic sector, the present study constitutes an experimental and computational research using Wolfram Mathematica software. Its primary objective is to conduct numerical and experimental studies of the drying and firing processes of test specimens related to six-hole hollow ceramic bricks manufactured with diatomite waste added to red clay. In the production of test specimens, diatomite waste was added in percentages of 5, 10, and 15%, and all the results were compared to reference compositions in which no waste was added. Drying was evaluated at temperatures of 50, 70, and 90 °C, and firing at 800, 900, and 1000 °C. The results indicate that moisture loss and temperature elevation are affected by the chemical composition of the brick. Higher percentages of waste led to greater water absorption, with the reduction of drying temperature contributing to a decrease in absorption after firing. In all the analyzed scenarios, water absorption remained within the range required by the Brazilian Association of Technical Standards, NBR 15270-1 (ABNT, 2017), which deals with requirements for ceramic components – blocks and bricks for masonry. The material's porosity exhibited a behavior similar to water absorption. Regarding compressive strength, only the samples with 5% of waste, dried at 90 °C, and subjected to firing up to 1000 °C at a heating rate of 2 °C/min, met the requirements of NBR 15270-1 (ABNT, 2017). The physical problem was addressed through a concentrated analysis, and the theoretical curves showed excellent correspondence with the experimental curves. This allowed for the determination of convective and diffusive mass transfer coefficients. These parameters increase as the temperature rises, and the relative humidity of the air decreases during the drying process. Furthermore, it was observed that the convective mass transfer coefficient on the outer surface of the test specimen was higher than that obtained on the inner surface, clearly indicating that the outer surface of the test specimen plays a central role in mass loss throughout the drying process.
???metadata.dc.description.resumen???: Para mantener las actividades industriales, el hombre extrae de la naturaleza una inmensa cantidad de materia prima, transformándose una gran parte de ésta en residuos o residuo sólido. Entre los materiales que generan volúmenes considerables de desechos/residuos se encuentra diatomita, que tiene gran importancia en la industria como material filtrante y refractario, en fertilizantes, catalizadores químicos, pesticidas y otros. También se genera un gran volumen de residuos. generados en la industria cerámica debido a las pérdidas que se producen durante el proceso de fabricación en etapas de secado y quemado, procesos que pueden generar mayores costos cuando están mal dimensionado. Con el objetivo de presentar una alternativa para el aprovechamiento de residuos de diatomita en el sector cerámico, el presente estudio consta de experimentos y computacional utilizando el software Wolfram Mathematica, cuyo objetivo principal es realizar Estudios numéricos y experimentales de los procesos de secado y quemado de probetas. Refiriéndose a ladrillos cerámicos huecos de seis agujeros fabricados con residuos de diatomita. añadido a la arcilla roja de cerámica. Al preparar muestras de prueba, el residuo de Se añadió diatomita en porcentajes del 5, 10 y 15%, comparándose todos los resultados. a composiciones de referencia, en las que no se añadió ningún residuo. Se evaluó el secado. a temperaturas de 50, 70 y 90oC y quemando a 800, 900 y 1000oC.Los resultados indican que La pérdida de humedad y el aumento de temperatura se ven afectados por la composición química del ladrillo. A mayores porcentajes de residuo se produce una mayor absorción de agua, con una reducción de La temperatura de secado contribuye a reducir la absorción después de la cocción. En todos los escenarios analizado, la absorción de agua se mantuvo dentro del rango requerido por la Asociación Brasileña de Normas Técnicas, NBR 15270-1 (ABNT, 2017), que trata de requisitos para componentes Cerámica: bloques y ladrillos para mampostería. La porosidad del material presentó una comportamiento similar a la absorción de agua. En términos de resistencia a la compresión, sólo el muestras con 5% de residuo, secadas a una temperatura de 90oC y sometidas a quema hasta el nivel de 1000oC, a una velocidad de calentamiento de 2 oC/min, se mantuvo dentro de lo requerido por NBR 15270-1 (ABNT, 2017). El problema físico se abordó mediante un análisis concentrado y las curvas teóricas demuestran correspondencias notables con las curvas experimentales. Eso permitió la determinación de coeficientes de transferencia de masa por convección y difusión. Estos parámetros aumentan a medida que aumenta la temperatura y la humedad relativa del aire. disminuye durante el proceso de secado. Además, se observó que el coeficiente de La transferencia de masa convectiva en la superficie externa de la muestra fue mayor que la obtenida en la superficie interna, mostrando claramente que la superficie externa de la muestra juega un papel central en la pérdida de masa durante todo el proceso de secado.
Keywords: Desenvolvimento de processos
Reaproveitamento de resíduos sólidos
Tijolos cerâmicos vazados
Cinética de secagem
Simulação computacional
Process development
Reuse of solid waste
Hollow ceramic bricks
Drying kinetics
Computer simulation
Proceso de desarrollo
Reutilización de residuos sólidos
Ladrillos cerámicos huecos
Cinética de secado
Simulación por ordenador
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharias
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/36220
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