Estudo cinético e otimização de compósitos poliméricos pultrudados via CFD

• Autor(a) principal: Giovanelli, Luiz Fernando
• Data de Publicação: 2011
• Outros Autores: Nóbrega, Marcelle Vilar da Ascenção
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/18639
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::POLIMEROS; Compósitos; Pultrusão; Fluidodinâmica computacional; CFD

Compósitos são materiais de moldagem estrutural, constituídos por uma fase contínua polimérica, matriz, e por uma fase descontínua, elemento de reforço. Além desses constituintes, aditivos também podem estar incorporados ao material, tais como corantes, agentes catalíticos, retardadores de chama, etc. Um dos processos de fabricação de materiais compósitos é a pultrusão, que consiste em puxar um feixe de fibras através de um banho de resina e então por um molde aquecido, onde ocorre a reação de cura. O desafio associado a esse processo corresponde à produção de um material que atenda a expectativas estruturais desejadas, de acordo com a aplicação, com o menor custo de produção. A cinética de cura da resina poliéster aqui estudada foi determinada pela calorimetria diferencial de varredura (DSC). Os parâmetros do modelo da cinética de cura da resina foram estimados por um programa de estimação de parâmetros, escrito em linguagem Fortran, tendo como entrada dados de taxa de calor e de tempo, decorrentes das análises térmicas realizadas. As equações diferenciais, provenientes do balanço de energia no sistema e do modelo da cinética de cura, foram resolvidas pela abordagem de fluidodinâmica computacional (CFD), tendo como objetivo simular o processo de pultrusão e posteriormente otimizá-lo. O uso de CFD para essa finalidade é ainda pouco explorado. Informações sobre a distribuição de temperatura e de grau de cura do material durante o percurso ao longo do molde são assim obtidas. De modo a minimizar custos e maximizar a qualidade do material, um cálculo de otimização foi implementado no processo, o qual consiste em encontrar o ponto operacional ótimo equivalente à taxa mínima de energia utilizada para produzir o material.