Estudo das características de explosividade de microsferas de polímero.

Abstract

Este trabalho teve como propósito caracterizar, através de um método experimental, a explosividade de microsferas poliméricas ocas, Expancel 920 DE 40 d30, utilizadas como aditivo no fabrico de espumas sintáticas, no fabrico do cimento, são usados como adesivos, em revestimentos, entre outros, com o intuito de prevenir situações perigosas aquando o seu manuseamento. Os tamanhos destas partículas podem variar entre 35 e 55 µm, porém o seu diâmetro mais comum é cerca de 40 µm. Foram realizadas experiências de explosividade numa câmara esférica em aço de 23,9 L, no laboratório de Termodinâmica do Departamento de Engenharia Mecânica da UC, para diferentes concentrações de esferas em suspensão no ar, de modo a determinar a gama de concentrações em que pode existir explosão e valor máximo da pressão de explosão atingido nessa gama de concentrações. Foi simultaneamente determinada a variação da pressão ao longo do tempo de modo a poder determinar o índice kst, que atesta a violência da explosão.Os resultados obtidos foram determinados para quatro concentrações diferentes sendo estas de 31,25 g/m3, 62,5 g/m3, 125 g/m3 e 250 g/m3 de forma a puder entender o comportamento que a pressão e a sua variação iram ter com este aumento gradual. Os resultados obtidos para as concentrações anteriores para as pressões variaram entre os 1,7 bar e os 7,2 bar e o kst entre os 8,1 bar.m/s e os 233,4 bar.m/s. À exceção da concentração de 250 g/m3 em que a explosão era classificada como sendo St2 todas as outras eram classificadas por St1. Para além de serem testadas as microsferas Expancel, foi também testado o amido de milho para fazer uma comparação com os resultados recolhidos por outros investigadores com o objetivo de calibrar a câmara de explosão de forma a creditar os resultados que se fizeram mostrar nos ensaios. Para o amido de milho as concentrações foram de 250 g/m3, 500 g/m3 e 750 g/m3. Os resultados para estas concentrações da pressão variaram entre os 4,2 bar e os 6,6 bar com o kst com um mínimo de 33,9 bar.m/s e a atingir um máximo de 131,7 ba.m/s.Tendo em conta o kst destes ensaios, as explosões foram todas da classe St1.Este trabalho permitiu concluir que o aumento de concentração faz aumentar os valores de pressão máxima e também a variação de pressão.

This work aimed to characterize, through an experimental method, a type of polymeric microspheres used as additives called Expancel 920 DE 40 d30 Microspheres. The sizes of these particles can vary between 35 and 55 µm, but their most common diameter is around 40 µm. The importance of this activity is to know the explosive characteristics of this component in order prevent dangerous situations when handling it. They are used in many things such as an additive in the manufacture of syntactic foams and cement, used as adhesives, in automotive and industrial coatings, between others.Experiments with different concentrations were carried out and the maximum pressure value reached when subjected to an ignition source. In addition to this pressure, it was possible to obtain the variation in pressure over time and understand the difference that existed between different densities.The tests were carried out in the thermodynamics laboratory located in the Department of Mechanical Engineering at UC. The procedure was to pressurize the dust inside a container connected to the ignition chamber, which is previously in a vacuum. These two initial pressure conditions are very important in carrying out the tests, since in a real situation, the mixture of air with these particles generate a homogeneous cloud and the fact that the chamber is in vacuum and the container is pressurized allows that, when the valve that connects these two components of the equipment is opened, the particles disperse more efficiently and create an atmosphere as homogeneous as possible. Finally, the two ignitors already present in the chamber are called upon by a battery and the ignition occurs which causes an explosion. Pressure values are obtained through a very sensitive sensor that transmits the data to a computer where it can then be collected.The results obtained were determined for 4 different concentrations, these being 31,25 g/m3, 62,5 g/m3, 125 g/m3 and 250 g/m3 to understand what the pressure and its alternation will have with this gradual increase. The results obtained for pressure were between 4.5 bar and 6,1 bar. For the kst we obtained values that were between 8,1 bar.m/s and a maximum of 233,4 bar.m/s. Apart from the concentration of 250 g/m3 that was classified as being St2 the others were classified as St1. In addition to this tests for Expancel, corn starch was also tested to make a comparison with the results of experimental tests by other researchers in a way to credit the results that we obtained. For corn starch two tests were performed for each concentration being these 250 g/m3, 500 g/m3 and 750 g/m3.the pressure varied from a minimum of 4,2 bar to a maximum of 6.6 bar. The kst value had a minimum of 33,9 bar.m/s and a maximum of 131,7 bar.m/s. Looking to the results of kst we conclude that all explosions for the corn starch were classified as St1.With this work we were able to conclude that the increase of the concentration, leads to a increase of the values of maximum pressure and also the rate of change in pressure.