Transferência de calor e de massa em materiais compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais: modelagem avançada e simulação.
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/12733 |
Resumo: | Materiais compósitos tem se tornado de grande importância para a engenharia, uma vez que possuem certas propriedades não obtidas por seus constituintes, individualmente. Compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais apresentam como vantagem baixa densidade, maior disponibilidade, alta deformabilidade, baixo custo e biodegradabilidade, contudo, a natureza hidrofílica das fibras vegetais afeta negativamente as propriedades mecânicas dos compósitos. Assim, torna-se essencial prever a dinâmica de absorção de umidade e aquecimento, e seus efeitos nas propriedades mecânicas dos compósitos. Este trabalho tem como objetivo estudar teoricamente, numa abordagem tridimensional e transiente, a absorção de umidade (modelo de Langmuir) e transferência de calor (Lei de Fourier) em materiais compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais. A soluções analítica (método de Transformada de Laplace) e numérica (Método de Volumes Finitos) das equações governantes são apresentadas e analisadas. Resultados das concentrações de soluto livre e aprisionado, teor de umidade, temperatura e teor de umidade médio obtidos no interior do material em diferentes instantes do processo são apresentados e analisados. Verificou-se que os gradientes de concentração das moléculas (livres e aprisionadas) são mais altos na superfície do material e que, quanto maior a concentração de soluto livre, maior a concentração de soluto aprisionado dentro do material, em qualquer tempo de processo. Além disso, observou-se que os efeitos geométricos e os parâmetros físicos do Modelo de Langmuir influenciam diretamente a cinética e distribuição das propriedades mássicas. |
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Transferência de calor e de massa em materiais compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais: modelagem avançada e simulação.Heat and mass transfer in polymeric composite materials reinforced by vegetables fibers: advanced modeling and simulation.Compósitos poliméricosPolymeric compositesCompuestos poliméricosSisalUmidadeMoistureHumedadTemperaturaTemperatureModelo de LangmuirLangmuir modelVolumes finitosVolúmenes finitosFinite volumesEngenharia do ProdutoMateriais compósitos tem se tornado de grande importância para a engenharia, uma vez que possuem certas propriedades não obtidas por seus constituintes, individualmente. Compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais apresentam como vantagem baixa densidade, maior disponibilidade, alta deformabilidade, baixo custo e biodegradabilidade, contudo, a natureza hidrofílica das fibras vegetais afeta negativamente as propriedades mecânicas dos compósitos. Assim, torna-se essencial prever a dinâmica de absorção de umidade e aquecimento, e seus efeitos nas propriedades mecânicas dos compósitos. Este trabalho tem como objetivo estudar teoricamente, numa abordagem tridimensional e transiente, a absorção de umidade (modelo de Langmuir) e transferência de calor (Lei de Fourier) em materiais compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais. A soluções analítica (método de Transformada de Laplace) e numérica (Método de Volumes Finitos) das equações governantes são apresentadas e analisadas. Resultados das concentrações de soluto livre e aprisionado, teor de umidade, temperatura e teor de umidade médio obtidos no interior do material em diferentes instantes do processo são apresentados e analisados. Verificou-se que os gradientes de concentração das moléculas (livres e aprisionadas) são mais altos na superfície do material e que, quanto maior a concentração de soluto livre, maior a concentração de soluto aprisionado dentro do material, em qualquer tempo de processo. Além disso, observou-se que os efeitos geométricos e os parâmetros físicos do Modelo de Langmuir influenciam diretamente a cinética e distribuição das propriedades mássicas.Composite materials are of great importance for engineering, since they possess certain properties not obtained by their constituent materials individually. Polymeric composites reinforced by vegetable fibers, for instance, have low density, higher availability and deformability, low cost and biodegradability as advantages. However, the hydrophilic nature of vegetable fibers negatively affects the mechanical properties of these composites. Thus, it is essential to predict the dynamics of moisture absorption and heating, and their effects on the mechanical properties of these composites. The aim of this work is to study the moisture absorption (Langmuir model) and heat transfer (Fourier law) in polymeric composites reinforced by vegetable fibers using a three-dimensional and transient approach. The analytical (Laplace Transform method) and numerical (Finite Volume Method) solutions of the governing equations are presented and analyzed. Results of concentrations of free and entrapped solute, moisture content, temperature and average moisture content obtained within the material at different instants of the process are presented and analyzed. It has been found that the gradients of molecule concentrations (free and entrapped) are higher on the surface of the material and how higher the concentration of free solute, will be higher the concentration of solute entrapped within the material at any time. In addition, it was observed that the geometric effect and the physical parameters of the Langmuir Model directly influence the kinetics and distribution of the mass properties.CNPqUniversidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Ciências e Tecnologia - CCTPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PROCESSOSUFCGLIMA, Antonio Gilson Barbosa de.LIMA, A. G. B.http://lattes.cnpq.br/4527387699298544CARVALHO, Laura Hecker de.CAVALCANTI, Wilma Sales.OLIVEIRA, Iran Rodrigues de.SANTOS, Danielton Gomes dos.SANTOS, Wanessa Raphaella Gomes dos.2019-08-232020-04-13T13:37:54Z2020-04-132020-04-13T13:37:54Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/12733SANTOS, W. R. G. dos. TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA EM MATERIAIS COMPÓSITOS POLIMÉRICOS REFORÇADOS POR FIBRAS VEGETAIS: modelagem avançada e simulação. 2019. 187 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos), Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2019. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/12733porCapesFINEPinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2022-11-08T17:00:47Zoai:localhost:riufcg/12733Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512022-11-08T17:00:47Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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