Parameters estimation of the drying process of industrial ceramic bricks via concentrated analysis model

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i7.16913

Keywords:

Ceramic bricks; Heat; Mass; Mathematical modeling; Parameter estimation.

Abstract

The manufacture of ceramic materials, as an industrial activity, was due to the growth of large civil constructions. The manufacture of these materials comprises the stages of extraction, processing, homogenization, conformation, drying and firing. Drying is a thermodynamic process that precedes firing, in which, due to the supply of thermal energy, the water that was added to the solid during its formation evaporated. It’s a process that involves complex phenomena of heat and mass transfer and, therefore, requires the generation of mathematical models that describe the process with great physical realism. The existence of mathematical models occurs, above all, with the aim of describing certain phenomena, seeking to understand and solve irregularities that exist during the process. Parameter estimation is a technique that makes it possible to obtain process control variables and accurately describe the drying phenomenon. In this context, the present study aimed, through mathematical modeling and numerical simulation, to analyze the thermal and gravimetric behavior of industrial ceramic bricks during the drying process and to estimate the process parameters. For this, mathematical models based on the concentrated analysis method were proposed and adjusted to experimental data obtained in the literature, via Statistica® software. Results regarding the behavior of ceramic bricks during the drying process were exposed and analyzed. It was possible to conclude that the proposed mathematical model adequately adjusted to the collected experimental data, with a coefficient of determination greater than 0.9 and that, through parameter estimation, it was possible to define the process control variables and obtain the convective transfer coefficients of heat and mass.

References

Akyol, U.; Kahveci, K.; Cihan, A. (2013). Determination of optimum operating conditions and simulation of drying in a textile drying process. The Journal of The Textile Institute, 104 (2), 170-177.

Anfacer. (2018). Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para Revestimentos, Louças Sanitárias e Congêneres. <https://www.anfacer.org.br/historia-ceramica>.

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

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].

Bustamante, G. M., & Bressiani, J. C. (2000). A indústria cerâmica brasileira. Cerâmica Industrial, 5 (3), 31-36.

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

Junior, M. C.; Azevedo, P. B. M.; Cuchierato, G.; Motta, J. F. M. (2019). Estudo estratégico da cadeia produtiva da indústria cerâmica no estado de São Paulo: Parte I – introdução e a indústria de cerâmica vermelha. Cerâmica Industrial, 24 (1), 20-34.

Nascimento, J. J. S., Mederos, B. J. T., Belo, F. A., Lima, A. G. B. (2005). Mass transport with shrinkage inside parallelepiped solids. Información Tecnológica, 16 (1), 35-41.

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.

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).

Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J., & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica. Editora UAB/NTE/UFSM, Santa Maria/RS.

Perez-Monserrat, E. M., Agua, F., Fort, R., Buergo, M. A., Conde, J. F., García-Heras, M. (2016). Effect of manufacturing methods on the decay of ceramic materials: A case study of bricks in modern architecture of Madrid (Spain). Applied Clay Science.

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

Sander, A., Skansi, D., & Bolf, N. (2003). Heat and mass transfer models in convection drying of clay slabs. Ceramics International, 29 (6), 641-653.

Santos, J. P. S. (2018). Secagem de materiais cerâmicos com forma complexa: um estudo teórico via CFX. [Tese de Doutorado, Universidade Federal de Campina Grande].

Silva, J. B. (2009). Simulação e experimentação da secagem de tijolos cerâmicos vazados. [Tese de Doutorado, Universidade Federal de Campina Grande].

Silva, L. D., Silva, W. P., Silva, C. M. D. P. S., Farias, V. S. O. (2013). Descrição da secagem de placas cerâmicas por meio de um modelo de difusão. Cerâmica, 59, 409-416.

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, Universidade Federal de Campina Grande].

Silva, A. C., Méxas, M. P., & Quelhas, O. L. G. (2017). Restrictive factors in implementation of clean technologies in red ceramic industries. Journal of Cleaner Production, 168, 441-451.

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

Silva, S. K. B. M. (2018). Secagem de tijolos cerâmicos industriais: estimativa de parâmetros de processo via modelo concentrado. [Trabalho de Conclusão, Universidade Federal de Campina Grande].

Silva, S. K. B. M., Araújo, C. J., & Lima, A. G. B. (2021). Análise numérica da variação dimensional em blocos cerâmicos estruturais durante o processo de secagem. Research, Society and Development, 10 (6).

Published

02/07/2021

How to Cite

SILVA, S. K. B. M. da; ARAÚJO, C. J. de; LIMA, A. G. B. de. Parameters estimation of the drying process of industrial ceramic bricks via concentrated analysis model. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 7, p. e57210716913, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i7.16913. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/16913. Acesso em: 23 nov. 2024.

Issue

Section

Engineerings