Dissertação de Mestrado

As propriedades mecânicas de um perfil de borracha extrudado e o seu desempenho dependem fortemente das condições do processo de vulcanização. Estudou-se então um forno contínuo (também comumente conhecido como túnel de vulcanização) a fim de se obter um modelo capaz de combinar e simular o comportamento térmico e químico de uma peça. Estes fenômenos estão diretamente ligados às variáveis que são condicionadas à posição ao longo do túnel, do tempo de residência no interior deste e da homogeneidade do composto. Por se tratar de um sistema complexo em escala industrial, o trabalho visou a utilização de instrumentos e software comuns e disponíveis no dia a dia de um técnico/engenheiro(a) de uma planta, tais como Reômetro e Microsoft Excel® para a realização da modelagem e simulação. Incialmente, coletaram-se dados da operação industrial cujo tratamento forneceu parâmetros para os estudos de modelagem e simulação. Numa segunda etapa, modelou-se o sistema e implementou-se um procedimento de cálculo do campo de temperaturas e do grau de cura do perfil de borracha, a partir de um modelo térmico considerando os mecanismos de condução, convecção e radiação térmica e de um modelo fenomenológico de cinética de cura. Os modelos térmico e cinético representaram de forma confiável o processo de vulcanização do forno contínuo, confirmando-se através da análise experimental do processo bem como de resultados obtidos na literatura. Configurou-se, assim, uma ferramenta para o gerenciamento de um processo industrial com boa confiabilidade na avaliação de produtividade de túneis de vulcanização e correlatos.

The mechanical properties of an extruded rubber profile and its performance strongly depend on the conditions of the vulcanization process. A continuous furnace (also commonly known as a vulcanization tunnel) was then studied in order to obtain a model capable of combining and simulating the thermal and chemical behavior of a part. These phenomena are directly linked to variables that are conditioned by the position along the tunnel, the residence time inside it and the homogeneity of the compound. As it is a complex system on an industrial scale, the work aimed to use common instruments and software available in the daily life of a plant technician/engineer, such as Rheometer and Microsoft Excel® for the carrying out modeling and simulation. Initially, data from the industrial operation were collected, the treatment of which provided parameters for modeling and simulation studies. In a second stage, the system was modeled and a procedure was implemented to calculate the temperature field and the degree of curing of the rubber profile, based on a thermal model considering the mechanisms of conduction, convection and thermal radiation and a phenomenological model of healing kinetics. The thermal and kinetic models reliably represented the continuous furnace vulcanization process, confirmed through experimental analysis of the process as well as results obtained in the literature. Thus, a tool was configured for managing an industrial process with good reliability in evaluating the productivity of vulcanization tunnels and related materials.