Considerações sobre a estimativa da permeabilidade em concretos refratários através das equações de Darcy e de Forchheimer

Abstract

Duas das principais equações usadas para a estimativa da permeabilidade em concretos refratários são analisadas neste trabalho. A capacidade de previsão das equações de Darcy e de Forchheimer é comparada através de exemplos que envolvem o escoamento de gases, líquidos e metais fundidos. É observado que a equação de Darcy desconsidera a contribuição da densidade do fluido para a queda de pressão. Como conseqüência, a curva ajustada aos dados experimentais somente é valida dentro do intervalo de medida e a extrapolação dos resultados não pode ser feita para outras condições de escoamento ou outro tipo de fluido. A equação de Forchheimer, por outro lado, permite a obtenção de parâmetros de permeabilidade válidos para qualquer situação. Demonstra-se também que quando os ensaios de permeabilidade são realizados com o escoamento de gases, o efeito da compressibilidade deve ser considerado. Os desvios observados na curva experimental são mais significativos com o aumento da velocidade do gás e para amostras pouco porosas.

Previsão da permeabilidade a partir de propriedades físicas de concretos refratários

“…Os resultados indicaram que a fração de poros (ε m ) e o diâmetro médio de poros (d c,med ) obtidos por porosimetria de intrusão de mercúrio não são adequados para estimar ambas constantes de permeabilidade k 1 e k 2 segundo a equação de Ergun. A combinação de parâmetros das técnicas de porosimetria de imersão (ε a ) e de expulsão de água (d c,max ) mostrou, por sua vez, adequada para estimar a constante de permeabilidade Darciana, k 1 . No entanto, embora neste caso fossem quantificados apenas os poros efetivamente permeáveis da estrutura, nenhuma consideração pôde ser feita quanto à tortuosidade dos poros, fato que levou à superestimativa dos valores de k 2 em até três ordens de grandeza.…”

“…Dentre os modelos de equacionamento existentes, aquele proposto por Forchheimer tem se mostrado mais adequado para a determinação de constantes de permeabilidade representativas de um material poroso [1]. Em tal equação, a queda de pressão decorrente da percolação de um fluido compressível através do meio poroso é expressa por:…”

Perfil de permeabilidade em concretos refratários

“…2 conforme mé-todo detalhado [2,6]. O sentido do escoamento foi o mesmo em todas as fatias (ascendente).…”

“…O sentido do escoamento foi o mesmo em todas as fatias (ascendente). Os dados experimentais foram ajustados segundo a equação de Forchheimer para fluidos compressíveis [2,[6][7][8][9]:…”

“…A presença da camada de baixa permeabilidade durante a secagem pode também causar o aumento da pressão do vapor, danificando a estrutura interna do refratário [1][2][3][4][5]. Em uso, o desgaste da camada superficial por abrasão ou corrosão pode revelar ainda uma camada interior pouco protegida contra o ataque de escórias [1,2].Especificamente neste trabalho, o objetivo é verificar se um concreto refratário auto-escoante de ultrabaixo teor de cimento apresenta permeabilidades distintas em sua superfície e em seu interior e como as mesmas são afetadas pela temperatura de tratamento térmico. …”