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Tipo: Dissertação
Título: Estudo das propriedades mecânicas e termomecânicas de cerâmicas refratárias derivadas da cinza da casca de arroz e alumina calcinada
Autor(es): Quevedo, Juliana Calage
Primeiro Orientador: Tier, Marco Antonio Durlo
Coorientador: Marangon, Ederli
Resumo: A região da Fronteira Oeste do Rio Grande do Sul é a maior produtora de arroz do Brasil. A cultura desempenha papel estratégico, tanto no aspecto econômico quanto social. A Casca do Arroz aparece como um subproduto de grande importância para geração de energia elétrica, devido ao seu elevado poder calorífico, e não menos importante, as cinzas resultantes do processo de queima, ricas em sílica. O desenvolvimento de aplicações para a Cinza da Casca de Arroz é estratégico no sentido de potencializar a geração de energia e fechar o ciclo da cultura do arroz com resíduo zero. A presente pesquisa tem como objetivo avaliar as propriedades físicas, mecânicas e termomecânicas de materiais cerâmicos refratários produzidos com a incorporação da Cinza da Casca de Arroz e da Alumina Calcinada em sua matriz. Para a caracterização das matérias primas, Argila Caulim, Cinza da Casca de Arroz e Alumina Calcinada, realizou-se ensaios de granulometria a laser, fluorescência e difração de raios-x. A fabricação dos corpos de prova (CPs) consistiu na substituição parcial da Argila Caulim por cinza proveniente da queima da Casca de Arroz na porcentagem de 10% em volume e por Alumina Calcinada, nas porcentagens de 10, 20 e 30% em volume. As cerâmicas foram prensadas a 42,5 MPa e sinterizadas à temperatura de 1300 ºC. As propriedades físicas dos CPs foram investigadas através dos ensaios de retração linear de queima, variação de massa, porosidade aparente, absorção de água e densidade de massa aparente. As propriedades mecânicas foram investigadas através dos ensaios de resistência à compressão e de tração na flexão em três pontos. O desempenho termomecânico foi avaliado pelos ensaios de condutividade térmica e choque térmico, enquanto a superfície de fratura do material foi analisada por microscopia eletrônica de varredura. A cerâmica produzida somente com Argila Caulim apresentou o melhor desempenho na resistência à tração na flexão em três pontos (28,1 MPa), fato explicado devido a sua menor porosidade (9,6 %). Quando se empregou 10% de Cinza da Casca de Arroz, houve um aumento de 3,1 % na resistência a compressão, mas uma redução de 16,5% na resistência a flexão e um aumento de 5,4 % na retração linear de queima. O uso de Alumina Calcinada no percentual de 30 % resultou em aumento de 30,1% na resistência a compressão, 11,6 % na resistência a flexão, além de uma redução de 16,5 % na retração linear de queima e uma melhora na resistência ao choque térmico. O aumento da resistência ao choque térmico pode ser explicado pela maior porosidade (20,9 %), enquanto os aumentos das resistências à compressão e flexão são explicados pelas novas fases, em especial, Corundum (Al2O3- α). Estes novos refratários podem ser utilizados como isolantes térmicos em fornos industriais.
Abstract: The Fronteira Oeste region of Rio Grande do Sul is the largest rice producer in Brazil. Culture plays a strategic role, both economically and socially. The Rice Husk appears as a by-product of great importance for the generation of electric energy, due to its high calorific value, and not less important, the ashes resulting from the burning process, rich in silica. The development of applications for Ash from the Rice Husk is strategic in order to enhance the generation of energy and close the cycle of rice cultivation with zero residues. This research aims to evaluate the physical, mechanical and thermomechanical properties of refractory ceramic materials produced with the incorporation of Ash from the Rice Husk and Calcined Alumina into its matrix. For the characterization of raw materials, Kaolin Clay, Rice Husk Ash, and Calcined Alumina, laser granulometry, fluorescence and x-ray diffraction tests were carried out. The manufacture of the samples (CPs) consisted of the partial replacement of Kaolin Clay by ash from the burning of the Rice Husk in the percentage of 10% in volume and by Calcinated Alumina, in the percentages of 10, 20 and 30% in volume. The ceramics were pressed at 42.5 MPa and sintered at a temperature of 1300 ºC. The physical properties of the CPs were investigated through the tests of linear retraction, mass variation, apparent porosity, water absorption, and apparent mass density. The mechanical properties were investigated through the tests of compressive strength and three-point bending resistance. The thermomechanical performance was evaluated by the thermal conductivity and thermal shock tests, while the fracture surface of the material was analyzed by scanning electron microscopy. The ceramics produced only with Clay Kaolin showed the best performance in the tensile strength in flexion in three points (28,1 MPa), a fact explained due to its lower porosity (9,6 %). When 10% of Rice Husk Ash was used, there was an increase in resistance to compression of 3,1%, but a reduction in resistance to flexion of 16,5 %, and an increase in the linear retraction of burning (5,4 %). The use of Calcined Alumina in the percentages of 30% resulted in an increase in the compressive strength (30,1%), flexural strength (11,6 %) and thermal shock resistance, in addition to a reduction in the linear retraction of burning (16,5%). The increase in resistance to thermal shock can be explained by the greater porosity (20,9 %), while the increase in resistance to compression and flexion is explained by the new phases formed such, in particular, Corundum (Al2O3-α). These new refractories can be used as thermal insulators in industrial furnaces.
Palavras-chave: Engenharia
Cinza da Casca de Arroz
Cerâmica
Propriedades mecânicas
Propriedades termomecânicas
Alumina calcinada
Engineering
Rice husk ash
Ceramics
Mechanical properties
Thermomechanical properties
Calcined alumina
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal do Pampa
Sigla da Instituição: UNIPAMPA
Campus: Campus Alegrete
Curso: Mestrado Acadêmico em Engenharia
Citação: QUEVEDO, Juliana Calage. Estudo das propriedades mecânicas e termomecânicas de cerâmicas refratárias derivadas da cinza da casca de arroz e alumina calcinada.Orientador: Marco Antonio Durlo Tier. 2020. 102p.Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Pampa, Campus Alegrete, Alegrete, 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/5155
Data do documento: 20-Mar-2020
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