Drying of industrial ceramic bricks and process parameter estimation: an advanced concentrated approach

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i12.11391

Keywords:

Drying; Ceramic materials; Concentrated model; Analytical; Simulation.

Abstract

This work aims to study the drying of porous and arbitrarily shaped solids using the concentrated analysis method. An advanced phenomenological mathematical model based on concentrated analysis and its exact solution are presented to predict the mass and heat transfers in industrial hollow ceramic bricks and to estimate the transport coefficients. Different simulations were carried out to evaluate the effect of air temperature on the drying process. Transient results of the moisture content and temperature of the brick, and of the convective heat and mass transfer coefficients are presented and discussed. It was found that the higher the temperature the greater the convective heat and mass transfer coefficients on the brick surface, and the faster the product loses moisture and raises its temperature. From the study, an optimized drying condition of the industrial ceramic brick is proposed in order to minimize defects in the post-drying product, increase its quality for the firing step, and reduce waste of raw material and save energy in the process.

References

ABCERAM – Associação Brasileira de Cerâmica. Informações técnicas - Definição e Classificação. 2017. Recuperado de: <https://abceram.org.br/definicao-e-classificacao/>. Acesso em: 18 de Maio 2020.

Almeida, G. S.; Cavalcante, F. J. N.; Lima, A. G. B. (2003) Transporte de calor e massa em sólidos heterogêneos: um estudo teórico via análise concentrada. Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, 5(1), 1–16. Recuperado de:http://www.deag.ufcg.edu.br/rbpa/rev51/Art511.pdf

Alvarez De Buergo, M.; Limon, T. G. (1994) Restauracion de Edificios Monumentales. Centro de Estudios y Experimentacion de Obras Publicas, ISBN 84-7790-203-8

Oliveira, A. D. (2018) Transporte de calor e massa na secagem de tijolos cerâmicos vazados. Mestrado em Engenharia Mecânica, Universidade Federal da Paraíba, Campina Grande-PB, Braisl. Recuperado de: https://ppgem.ufcg.edu.br/arquivos/2018/DANIEL%20OLIVEIRA%20AVELINO%202018.pdf

Bustamante, G. M.; Bressiani, J. C. (2000) A Indústria Cerâmica Brasileira. Cerâmica Industrial. 5(3), 31-36. Recuperado de:https://www.ceramicaindustrial.org.br/article/587657067f8c9d6e028b4623/pdf/ci-5-3-587657067f8c9d6e028b4623.pdf

Cabral Junior, M.; Motta, J. F. M.; Almeida, A. S.; Tanno, L.C. (2008) RMIs: argila para cerâmica vermelha. IN: Rochas e Minerais Industriais no Brasil: usos e especificações. 2.ed. Rio de Janeiro: CETEM/MCTI.

Çengel, Y. A. (2009) Transferência de calor e massa: Uma abordagem prática. 3ª edição. McGraw Hill Interamericana do Brasil Ltda. São Paulo.

Gomez, R. S.; Magalhães, H. L. F.; Porto, T. R. N.; Lima, E. S.; Santana, R. A. C.; Gomes, K. C.; Lima, W. M. P. B.; Lima, A. G. B. (2020) Processo de secagem de materiais cerâmicos argilosos: uma revisão. Research, Society and Development, 9, 1-37. doi: 10.33448/rsd-v9i11.10300

Incropera, F. P.; De Witt, D. P. (2002) Fundamentals of heat and mass transfer. New York: John Wiley & Sons.

Jumah, R. Y.; Mujumdar, A S.; Raghavan, G. S. V. (1996) A mathematical model for constantand intermittent batch drying of grains in a novel rotating jet spouted bed. Drying Technology, 14, (3-4), 765-802. doi: 10.1080/07373939608917124

Lima, A. G. Barbosa de.; J. M. P. Q. Delgado.; L. P. C. Nascimento.; E. S. de Lima.; V. A. B. de Oliveira.; A. m. v. Silva.; J. V. Silva. (2020a) Clay Ceramic Materials: From Fundamentals and Manufacturing to Drying Process Predictions. Transport Process and Separation Technologies. 133. 1 – 29. doi: 10.1007/978-3-030-47856-8_1

Lima, E. S.; Lima, W. M. P. B.; Lima, A. G. B.; De Farias Neto, S. R.; Silva, E. G.; Oliveira, V. A. B. (2018) Advanced Study to Heat and Mass Transfer in Arbitrary Shape Porous Materials: Foundations, Phenomenological Lumped Modeling and Applications. Advanced Structured Materials. 1ed. Heidelberg (Germany): Springer International Publishing.

Lima, W. M. P. B.; Silva, E. H.; Lima, E. S.; Gomez, R. S.; Magalhães, H. L. F.; Silva, S. K. B. M.; Porto, T. R. N.; Lima, A. G. B.(2020b) Secagem de materiais cerâmicos argilosos com forma complexa: uma análise teórica usando o método da capacitância global. Research, Society and Development, 9, 1-23. doi: 10.33448/rsd-v9i11.10362

Lima, W. M. P. B.; Lima, E. S.; Lima, A. R. C.; Oliveira Neto, G. L.; Oliveira, N. G. N.; Farias Neto, S. R.; Lima, A. G. B. (2020c) Applying Phenomenological Lumped Models in Drying Process of Hollow Ceramic Materials. Defect And Diffusion Forum, 400, 135-145. doi: 10.4028/www.scientific.net/DDF.400.135

Lima, W. M. P. B. (2014) Transferência de Calor e Massa em Materiais Cerâmicos com Forma Complexa Via Método da Capacitância Global. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande – PB, Brasil. Recuperado de: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/930

Lima, E. S. (2020) Transferência de calor e massa em tijolos cerâmicos industrias via análise concentrada e estimativa de parâmetros do processo de secagem. Mestrado em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande- PB, Brasil.

Nascimento, L. P. C.; Silva, S. K. B. M.; Lima, E. S.; Magalhães, H. L. F.; Lima, W. M.P. B.; Gomez, R. S.; Porto, T. R. N.; Lima, A. G. B. (2020) Secagem de tijolos cerâmicos argilosos industriais: uma investigação teórica usando modelos concentrados. Research, Society and Development, 9 (11), 1-31. doi: 10.33448/rsd-v9i11.10064

Pakowski, Z.; Bartczak, Z.; Strumillo, C.; Stenstrom, S. (1991) Evaluation of equations approximating thermodynamic and transport properties of water, steam and air for use in CAD of drying processes. Drying Technology. 9(3), 753-773. doi: 10.1080/07373939108916708

Pereira A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J., Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica. Editora UAB/NTE/UFSM, Santa Maria/RS. Recuperado de https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/15824/Lic_Computacao_MetodologiaPesquisa Cientifica.pdf?sequence=1.

Rossi, S. J. (1987) Psicrometria. João Pessoa: FUNAPE.

Sahu, K. M.; Singh L.; Choudhary, S. N. (2016) Critical Review on Bricks. International Journal of Engineering and Management Research. 6(5) 1-9. ISSN: 2250-0758.

Silva, J. B.; Almeida, G. S.; Lima, W. M. P. B.; Neves, G. A.; Lima, A. G. B. (2011) Heat and mass diffusion including shrinkage and hygrothermal stress during drying of holed ceramics bricks. Defect and Diffusion Forum, 312-315, 971-976. doi: 10.4028/www.scientific.net/DDF.312-315.971

Silva, J. B. (2009) Simulação e experimentação da secagem de tijolos cerâmicos vazados. Tese de Doutorado em Engenharia de Processos, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande- PB, Brasil. Recuperado de: file:///C:/Users/horte/Downloads/JOSELITO%20BARBOSA%20DA%20SILVA%20-%20TESE%20PPGEP%202009..pdf

Silva, V. S. (2016) Transferência de calor e massa em materiais com forma complexa via método da análise concentrada. Estudo de caso: secagem de materiais cerâmicos. Tese de Doutorado em Engenharia de Processos, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande-PB, Brasil. Recuperado de: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/930

Silva, V. S.; Delgado, J. M. P. Q.; Barbosa De Lima, W. M. P.; Barbosa De Lima, A.G. (2016) Heat and mass transfer in holed ceramic material using lumped model. Diffusion Foundations, 7, 30-52. doi: 10.4028/www.scientific.net/DF.7.30

Published

31/12/2020

How to Cite

LIMA, E. S. de .; LIMA, W. M. P. B. de; SILVA, S. K. B. M. da .; MAGALHÃES, H. L. F.; NASCIMENTO, L. P. C. .; GOMEZ, R. S.; PORTO, T. R. N.; LIMA, A. G. B. de. Drying of industrial ceramic bricks and process parameter estimation: an advanced concentrated approach. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 12, p. e48391211391, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i12.11391. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/11391. Acesso em: 8 nov. 2024.

Issue

Section

Engineerings