[en] INFLUENCE OF TEMPERATURE AND CHROME DOPANTS IN CONFIGURATIONAL TRANSIENT DIFFUSION OF IRON OXIDE IN HIGH ALUMINA POROUS REFRACTORY MATRIX

• Main Author: CARLOS EDUARDO GUEDES CATUNDA
• Other Authors: ROBERTO RIBEIRO DE AVILLEZ
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2017
• Subjects: [pt] ANALISE DE IMAGENS; [en] IMAGE ANALYSIS; [pt] MICROTOMOGRAFIA DE RAIOS X; [pt] DIFUSAO EM ALTA TEMPERATURA; [pt] REFRATARIO DE ALTA ALUMINA
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=29929@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=29929@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.29929

[pt] Meios heterogêneos porosos submetidos a ataque químico em condições de alta temperatura representam um segmento de destacada importância no campo científico e industrial. O perfil de penetração efetiva de difundentes em meios porosos é um tópico de ampla significância e complexidade em fenômenos de transporte de momento, calor e massa; pois descreve o conceito do fenômeno de difusão configuracional transiente nas zonas não saturadas e, por conseguinte, sua abordagem matemática na formulação que o caracteriza. A proposta deste estudo é o desenvolvimento de um modelo matemático numérico de previsão do processo difusional transiente dos difundentes óxidos nos meios heterogêneos porosos. Assim, buscou-se realizar ensaios experimentais de difusão transiente do difundente sólido composto de óxidos de ferro (II), (II,III) e (III) para meios porosos de refratários sílico-aluminosos de alta alumina (Al2O3 SiO2), com e sem dopantes de óxido de cromo (III). Utilizou-se uma técnica não destrutiva microtomográfica com reconstrução computacional 3D e processamento digital de imagens para monitoramento espacial de cada partícula sólida difundente no meio. Foi analisada a influência, da temperatura variando de 1100 graus Celsius a 1300 graus Celsius, do tempo de exposição de 100h, bem como a presença de dopantes na estrutura dos meios porosos para mitigação da penetração. Dados da concentração adimensional dos difundentes em função da profundidade de penetração foram preditos por modelos transientes de transferência de massa fundamentados na formulação de placas semi-infinitas considerando condições de contorno saturadas. O quantitativo de transporte de massa obtido pelo processamento das imagens microtomográficas foram comparados e correlacionados com o método de mapeamento químico de superfície por varredura EDS em microanálise elementar. A partir dos dados experimentais e simulados, quantificou-se a difusividade dos meios porosos. Constatou-se uma variação inferior a 3,52 por cento entre os métodos destrutivo e não-destrutivo analisados para a quantificação da concentração adimensional dos difundentes ao longo da profundidade do meio, reforçando que o método proposto possa ser estendido para inúmeros outros difundentes e meios porosos congêneres. === [en] Porous heterogeneous media subjected to chemical etching in high temperature conditions represent a segment of outstanding importance in the scientific and industrial field. The diffusants effective penetration profile in porous media is a topic of broad significance and complexity in transport phenomena of momentum, heat and mass; once it describes the concept of transient configurational diffusion phenomena in unsaturated zones and therefore, a mathematical approach to its formulation. The purpose of this study is the development of a numerical mathematical model for predicting the transient diffusion process of oxides diffusants in porous heterogeneous media. Thus, experimental transient diffusion tests were performed with solids diffusants composed of iron oxides (II), (II,III) and (III) in porous silico-aluminous refractory media of high alumina (SiO2 Al2O3) with and without dopants of oxide chromium (III). A non-destructive computerized microtomography technique with digital 3D reconstruction and post-processing images was used for spatial monitoring each solid diffusant particle in the media. The influence of temperature was examined ranging from 1100 Celsius degrees to 1300 Celsius degrees, at exposure time of 100h, as well as the presence of dopants in the structure of porous media to mitigate penetration. Data of the normalized diffusants concentration field as function of the penetration depth were predicted by mass transfer transient models based on semi-infinite slabs formulation considering saturated boundary conditions. The numerical results of mass transfer obtained by microtomography images processing were compared and correlated with the chemical surface mapping method with EDS scan for elementary microanalysis. From the experimental and simulated data was quantified the porous media diffusivity. It was observed a variation less than 3.52 percent between destructive and non-destructive methods analyzed to quantify the normalized diffusants concentration along the media depth, enhancing the proposed method to be extended to other porous media and solids diffusants.