Numerical analysis of the dimensional variation in structural ceramic blocks during the drying process

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i6.15680

Keywords:

Ceramic blocks; Dimensional variation; Drying; Mathematical modeling; Moisture content.

Abstract

Having products with a relatively low production cost, the ceramic industry is a segment with a fundamental participation in the national economy. However, these are industries that, for the most part, have obsolete manufacturing processes, without adequate quality control, and which generate a high waste of resources and low quality of the final product. As one of the steps in the manufacturing process of a ceramic material, drying is defined as the process of reducing the moisture content of a solid by supplying energy. It's a process that involves complex phenomena of heat and mass transfer, as well as dimensional variations, and which, when done incorrectly, causes structural damage to the product, which are the main responsible for the disposal of parts in the ceramic industry. Therefore, it's extremely important to describe the drying process in detail, providing the necessary information for the process to occur properly. Thus, this research aimed, through mathematical modeling and numerical simulation, to analyze the dimensional variation of a structural ceramic block during the drying process, where mathematical models for volume and surface area of the product were adjusted using Statistica® software to the data experimental data obtained in the literature, under different experimental conditions. Results related to the variations of the external and internal surface areas and volume were exposed and analyzed. It can be concluded that the mathematical model chosen was adequately adjusted to the experimental data collected, with a coefficient of determination that was higher than 0.9; and that, despite undergoing dimensional reductions, the studied ceramic block maintained its initial geometry without showing deformations.

References

Alexandre, C. A. B. (2017). Caracterização dos blocos cerâmicos estruturais produzidos no Estado do Ceará. [Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Ceará].

Almeida, G.S. (2009). Simulação e experimentação da secagem de cerâmica vermelha em sistemas térmicos industriais. [Tese de Doutorado, Universidade Federal de Campina Grande].

Araújo, M. V., Correia, B. R. B., Brandão, V. A. A., Oliveira, I. R., Santos, R. S., Neto, G. L. O., & Lima, A. G. B. (2020). Convective Drying of Ceramic Bricks by CFD: Transport Phenomena and Process Parameters Analysis. Energies, 13(2073). doi:10.3390/en13082073

Barros, M. P. (2021). Um modleo simplificado para análise de desempenho de um refrigerador evaporativo de cerâmica. Research and Teaching in Exact and Natural Sciences, 5.

Bellingieri, J. C. (2005). As origens da indústria cerâmica em São Paulo. Cerâmica Industrial, 10(3), 19-23.

Braga, W. A., Santos, M. W. L. C., & Sales, J. C. (2016). Qualidade na indústria de cerâmica vermelha: medidas e alternativas para o controle dimensional. Cerâmica Industrial, 20.

Brito, M. K. T. (2016). Estudo teórico da transferência de calor e massa na secagem de tijolos cerâmicos com forma paralelepipédica [Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Campina Grande].

Faustino, D. B. L. (2016). Secagem de tijolos cerâmicos no formato de paralelepipedo: teorias de secagem. [Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Estadual da Paraíba].

Ibrahim, M. H. D., W. R. W.; Talib, M. Z. M. (1997). Drying characteristics of oil palm kernels. Drying Technology, 15(3), 1103-1117.

Lima, E. S., Lima, W. M. P. B., Silva, S. K. B. M., Magalhães, H. L. F., Nascimento, L. P. C., Gomez, R. S., & Lima, A. G. B. (2020). Secagem de tijolos cerâmicos industriais e estimativa de parâmetros do processo: uma abordagem concentrada avançada. Research, Society and Development, 9(12).

Lima, W. M. P. B. (2017). Transferência de calor e massa em sólidos porosos com geometria complexa via análise concentrada: modelagem e simulação. [Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Campina Grande].

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. (2020). Secagem de materiais cerâmicos argilosos com forma complexa: uma análise teórica usando o método de capacitância global. Research, Society and Development, 9 (11).

Martinez, P. H. (2017). Influência da geometria de blocos cerâmicos no comportamento de vigas paredes de alvenaria estrutural. [Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista].

Motta, J. F. M., Zanardo, A., & Cabral Júnior, M. (2001). As matérias-primas cerâmicas. Parte I: o perfil das principais indústrias cerâmicas e seus produtos. Cerâmica Industrial, 6(2), 28-39.

Nascimento, J. J. S., Lima, A. G. B., Santana, E. W. F., Belo, F. A., Neves, G. A., Santana, L. N. L., & Batista, V. R. (2005). Experimental drying of ceramic bricks including shrinkage. Paper presented at the 18th International Congress of Mechanical Engineering, Ouro Preto - MG.

Nascimento, L. P. C., Silva, S. K. B. M., Lima, E. S., Magalhães, H. L. F., Lima, W. M. P. B., Gomez, R. S., & Lima, A. G. B. (2020). Secagem de tijolos cerâmicos argilosos industriais: uma investigação teórica usando modelos concentrados. Research, Society and Development, 9(11).

Nascimento, J. J. S., Luna, C. B. B., Costa, R. F., Barbieri, L. F. P., & Bezerra, E. O. T. (2019). Evaluation of red clay and ball clay drying using transient threedimensional mathematical modeling: volumetric shrinkage and moisture content. Materials Research Express, 6.

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_Metodologia Pesquisa-Cientifica.pdf?sequence=1

Prado, U. S., & Bressiani, J. C. (2013). Panorama da indústria cerãmica brasileira na última década. Cerâmica Industrial, 18(1), 7-11.

Santos, R. S. Estudo do processo de secagem de blocos cerâmicos estruturais: modelagem e simulação. (2019). [Tese de Doutorado, Universidade Federal de Campina Grande].

Silva, A. M. V. (2018). Secagem de blocos cerâmicos industriais: modelagem, simulação e experimentação [Tese de Doutorado, Universidade Federal de Campina Grande].

Zaccaron, A., Nandi, V. S., & Bernardin, A. M. (2020). Fast drying for the manufacturing of clay ceramics using natural clays. Journal of Building Engineering.

Published

31/05/2021

How to Cite

SILVA, S. K. B. M. da; ARAÚJO, C. J. de .; LIMA, A. G. B. de . Numerical analysis of the dimensional variation in structural ceramic blocks during the drying process. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 6, p. e33310615680, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i6.15680. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/15680. Acesso em: 12 nov. 2024.

Issue

Section

Engineerings