dc.contributor.author | Pereira, Carolina Ierck | |
dc.date.accessioned | 2024-10-01T17:29:16Z | |
dc.date.available | 2024-10-01T17:29:16Z | |
dc.date.issued | 2024-08-28 | |
dc.identifier.citation | PEREIRA, Carolina Ierck. Uso de modelos numéricos no projeto do revestimento refratário de calcinadores para a produção de alumina. 2024. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20710. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20710 | |
dc.description.abstract | In the Bayer alumina production process, fluidized bed calciners use refractory linings to withstand erosive particles and temperatures above 900 °C. This work aims to enhance the geometric design of these linings by using Finite Element Method (FEM) to simulate their thermomechanical behavior, focusing on thermal analysis, layer interaction via friction coefficient, the impact of geometric parameters on thermal expansion and stresses, and expansion joint sizing. The results indicated that temperature-dependent properties and panel curvature altered the thermal gradient of the lining. However, variables such as the thickness of the working layer had a marginal impact on the temperature of the metal shell, suggesting low sensitivity of the external temperature to panel erosion. The friction coefficient between layers had minimal effect on thermal expansion, with a moderate increase in tensile stresses as the coefficient increased. Panel curvature had a significant impact, with curved panels expanding about 35 % more in the length direction compared to flat panels, affecting expansion joint design. Stresses concentrated at the edges of curved panels, while in flat panels, they were maximum at the center of the hot face. Empirical validation confirmed the effectiveness of the curved model and indicated the need to optimize anchor positioning to prevent crack propagation. Panel dimensions affected stresses, which increased with size and decreased with thickness, due to the balance between thermal gradient, moment of inertia, and bending moment. The ideal panel size was between 0.75 m and 1.0 m, balancing installation time and structural integrity. Proper material selection, such as reducing the thermal conductivity of the insulator, proved effective in reducing the likelihood of lining failure. Properly sizing expansion joints is essential to ensure both effective closure and structural stability. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Calcinador | por |
dc.subject | Revestimento refratário | por |
dc.subject | Simulação computacional | por |
dc.subject | Método dos elementos finitos | por |
dc.subject | Projeto geométrico | por |
dc.subject | Calciner | eng |
dc.subject | Refractory lining | eng |
dc.subject | Computational simulation | eng |
dc.subject | Finite element method | eng |
dc.subject | Design project | eng |
dc.title | Uso de modelos numéricos no projeto do revestimento refratário de calcinadores para a produção de alumina | por |
dc.title.alternative | Use of numerical models for the design of alumina calciner refractory linings | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.contributor.advisor1 | Pandolfelli, Victor Carlos | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7369376873984839 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Angélico, Ricardo Afonso | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4572583709143785 | por |
dc.description.resumo | Na produção de alumina pelo processo Bayer, calcinadores de leito fluidizado utilizam revestimentos refratários para resistir a partículas erosivas e temperaturas acima de 900 °C. Este estudo aprimora o projeto desses revestimentos, usando o Método dos Elementos Finitos (MEF) para simular seu comportamento termomecânico, focando na análise térmica, interação entre camadas via coeficiente de atrito, influência dos parâmetros geométricos na expansão térmica e tensões, e dimensionamento das juntas de expansão. Os resultados mostraram que propriedades dependentes da temperatura e a curvatura dos painéis alteraram o gradiente térmico do revestimento. Entretanto, variáveis como a espessura da camada de trabalho impactaram pouco a temperatura da carcaça metálica, sugerindo baixa sensibilidade da temperatura externa à erosão dos painéis. O coeficiente de atrito entre as camadas teve efeito limitado na expansão térmica, com tensões trativas moderadamente maiores à medida que o coeficiente aumentava. A curvatura dos painéis teve impacto significativo, com painéis curvos expandindo cerca de 35 % mais no comprimento em comparação aos planos, influenciando o projeto das juntas de expansão. As tensões se concentraram nas bordas dos painéis curvos, enquanto nos planos foram máximas no centro da face quente. A validação empírica confirmou a eficácia do modelo curvo e destacou a necessidade de otimizar o posicionamento das âncoras para evitar trincas. As dimensões dos painéis também influenciaram as tensões, que aumentaram com o tamanho e diminuíram com a espessura, devido ao balanço entre gradiente térmico, momento de inércia e momento fletor. Painéis entre 0,75 m e 1,0 m mostraram o melhor equilíbrio entre tempo de instalação e integridade estrutural. A escolha adequada de materiais, como a redução da condutividade térmica do isolante, foi eficaz em diminuir a probabilidade de falhas. O dimensionamento das juntas de expansão deve equilibrar o fechamento adequado com a integridade estrutural. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | por |
dc.description.sponsorshipId | Processo nº 88887.671583/2022-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/9878694207432700 | por |
dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0003-3929-2840 | por |
dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-1711-9804 | por |
dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0002-1621-9221 | por |