secagem de materiais porosos possivelmente contaminados ... · 2) influência dos sais solúveis no...

Secagem de materiais porosos possivelmente contaminados com sais solúveis – Projecto DRYMASS

Teresa Diaz Gonçalves

Vânia Brito

HUMIDADE

Problemas estéticos Degrada condições de habitabilidade

Reduz resistências mecânicas

Desenvolvimento biológico

Degradação por cristalização de

sais solúveis

Origens da humidade podem ser complexas e variadas

Nem sempre fácil

Soluções ineficazes ou nefastas

Diagnóstico Definição de soluções

Enquadramento

Mosteiro de Alcobaça

Centro histórico de Mértola

Mosteiro de Sta Clara-a-Nova, Coimbra

Projecto FCT: DRYMASS (refª PTDC/ECM/100553/2008)

Início: Fevereiro de 2010

Duração: 3 anos

Objectivos e Apresentação

O projecto DRYMASS é baseado na necessidade de aprofundamento do tema da secagem.

Definir soluções que promovam uma secagem eficiente

Compreender os mecanismos da degradação por cristalização de sais

Claustro Igreja de Santa Cruz, Coimbra

Secagem de materiais porososMecanismo geral bem estabelecido

1) Taxa de evaporação a partir de alguns tipos de pedra pode ultrapassar a taxa de evaporação de uma superfície livre de água?

Observado por investigadores franceses [Hammecker 1993, Jeannete 1997, Rousset-Tournier 2001]

Lacunas Influência das propriedades físicas dos materiais

Efeito dos sais solúveis

Questões de Investigação

Secagem de materiais porososMecanismo geral bem estabelecido

1) Taxa de evaporação a partir de alguns tipos de pedra pode ultrapassar a taxa de evaporação de uma superfície livre de água?

Observado por investigadores franceses [Hammecker 1993, Jeannete 1997, Rousset-Tournier 2001]

2) Influência dos sais solúveis no transporte líquido (por capilaridade) – há teses contraditórias…

Hall and Hoff [2002] => Não é relevante

Ruíz-Agudo et al. [2007] => Reduzem significativamente o fluxo capilar

3) Redução da taxa de secagem quando há sais presentes:

Não é totalmente justificada pelo abaixamento da pressão de vapor do líquido [Pel et al. 2003, Gonçalves 2007]

Qual a importância de um eventual bloqueio dos poros pelos cristais?

Lacunas Influência das propriedades físicas dos materiais

Efeito dos sais solúveis

Projecto DRYMASS � responder a estas questões, no sentido de contribuir para uma melhorcompreensão global da secagem e da degradação devida aos sais solúveis.

Questões de Investigação

Objectivo: Perceber de que forma as propriedades físicas dos materiais influenciam a taxa de secagem.

Materiais

• 5 calcários

• 1 arenito

•1 tijolo cerâmico

• 1 argamassa de cal aérea

5 níveis de rugosidade

• Polido• Corte• Abrasão com areia siliciosa (3 granulometrias diferentes)

Materiais, Métodos e ResultadosPropriedades dos materiais

Objectivo: Perceber de que forma as propriedades físicas dos materiais influenciam a taxa de secagem.

Ensaios de Secagem

• T = 20ºC• HR = 14%, 28%, 37%, 58%, 70% e 80%

Ensaios de Caracterização

• Porosidade acessível à água

• Porosimetria por intrusão de mercúrio (MIP)

• Permeabilidade ao vapor de água

• Capilaridade


Estudo da textura superficial

Ensaios de Caracterização

• Porosimetria por intrusão de mercúrio - MIP (ASTM D4404-84)

0

50

100

150

200

250

300

350

0.001 0.01 0.1 1 10

x 10

-3(c

m3 /

g)

Raio dos poros (µm)

CA

MB

T

MS

AB

CBCC0

2

4

6

0.01 0.1 1 10x 10

-3(c

m3 /

g)

Raio dos poros (µm)

Bentheimersandstone

• Porosidade acessível à água (RILEM 1980)


• Permeabilidade ao vapor de água (RILEM 1980) • Capilaridade (RILEM 1980)



Campo vertical: 3mmResolução vertical: 100nmResolução lateral: 5 µm

0

1

2

3

-100 0 100 200 300Escala de medição - S (µm)

Áre

a R

elat

iva

- R

A

MB.II.2 MB.V.2

• instrumento óptico com sonda de luz branca• determinou-se a área relativa RA

�� A superfície destes materiais tem características f ractais.

RA aumenta exponencialmente quando a escala diminui, tendendo para infinito quando esta se aproxima de zero.


Fonte: http://www.insite.com.br/fractarte/artigos.php

Fractais � formas geométricas que repetem a sua estrutura em escalas cada vez menores

Estrutura idêntica à original mesmoquando é ampliado várias vezes

Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Geometria_dos_fractais

A geometria fractal permite descreverformas complexas que não podem serdescritas pela geometria tradicional

Unidade = 200 km Comprimento = 2400 km

Unidade = 50 kmComprimento = 3400 km

Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/How_Long_Is_the_Coast_of_Britain%3F_Statistical_Self-Similarity_and_Fractional_Dimension

Mandelbrot, B. (1967) . How Long Is the Coast of Britain? Statistical Self-Similarity and Fractional Dimension. Science, New Series, Vol. 156, No. 3775. pp. 636-638



Secagem (RILEM 1980)

• Influência da textura superficial

�� Não se confirma a hipótese de haver uma influência relevante da rugosidade na taxa de secagem dos materiais.

5 níveis de rugosidade

• Polido• Corte• Abrasão com areia siliciosa (3 granulometrias diferentes)



• Influência da porosidade capilar

y = 0.7787x

R² = 0.9387

0.0

0.1

0.2

0.3

0.0 0.5 1.0

TS

(kg

.m-2

.h-1

)

Porosidade (%)

14% HR

y = 0.5833x

R² = 0.8765

0.0

0.1

0.2

0.3

0.0 0.5 1.0

TS

(kg

.m-2

.h-1

)

Porosidade (%)

37% HR

y = 0.3192x

R² = 0.82080.0

0.1

0.2

0.3

0.0 0.5 1.0

TS

(kg

.m-2

.h-1

)

Porosidade (%)

58% HR

y = 0.2792x

R² = 0.7395

0.0

0.1

0.2

0.3

0.0 0.5 1.0

TS

(kg

.m-2

.h-1

)

Porosidade (%)

70% HR

Boa correlação entre a taxa de secagem e a porosidade…



• Influência da HR

Boa correlação entre a taxa de secagem e a humidade relativa…

y = -0.0005x + 0.0519R² = 0.9467

0.00

0.02

0.04

0.06

0 25 50 75 100

TS

(g/

m2 .

s)

HR(%)T

y = -0.0005x + 0.0493R² = 0.9651

0.00

0.02

0.04

0.06

0 25 50 75 100

TS

(g/

m2 .

s)

HR(%)B

y = -0.0006x + 0.0589R² = 0.9965

0.00

0.02

0.04

0.06

0 25 50 75 100

TS

(g/

m2 .

s)

HR(%)MB

y = -0.0005x + 0.0522R² = 0.991

0.00

0.02

0.04

0.06

0 25 50 75 100

TS

(g/

m2 .

s)

HR(%)MS



• Influência da porosidade capilar e HR

+y = 0.7787x

R² = 0.9387

0.0

0.1

0.2

0.3

0.0 0.5 1.0

TS

(k

g.m

-2.h

-1)

Porosidade (%)

14% HRy = 0.5833x

R² = 0.8765

0.0

0.1

0.2

0.3

0.0 0.5 1.0

TS

(kg

.m-2

.h-1

)

Porosidade (%)

37% HR

y = 0.9887xR² = 0.9476

0.00

0.02

0.04

0.06

0.00 0.02 0.04 0.06T

S -

calc

ulad

a (g

/m2 .

s)

TS - medida (g/m2.s)

a -2.25x10-3

b 1.89x10-1

c -7.28x10-5

d 1.28x10-2

dHRccPbHRcPaTS +++= ....

Variável dependente

Porosidade capilar à Patm, Pc (-)Humidade relativa, HR (%)

Taxa de secagem, TS (g.m-2.s-1)

Preditores Bom ajustamento…

� A secagem ocorre ao nível dos poros, não havendo in dícios da presença de um filme líquido na superfície.

Diaz Gonçalves T., Brito V., and Pel L. (2012), Water vapor emission from rigid mesoporous materials during the constant drying rate period. Drying Technology, 30:5, 462-474. DOI: 10.1080/07373937.2011.647184.

Objectivo: Perceber a influência dos sais solúveis na secagem.

Materiais

• 2 calcários • 1 arenito

Soluções Salinas

Ensaios

• Capilaridade• Secagem (T = 20ºC e HR = 50%)• Permeabilidade ao vapor de água

Materiais, Métodos e ResultadosInfluência dos sais solúveis

Sal solúvel Concentração (%W)

NaCl

6

10

20

26 (Saturada)

Na2SO4

5

10

12

16 (Saturada)

NaNO3

10

35

47 (Saturada)

Capilaridade (RILEM 1980)


� Os sais solúveis influenciam o transporte líquido p or capilaridade.

• Coeficiente de absorção capilar

1) O coeficiente de absorção capilar diminui com o aumento da concentração de sal.

2) Variação mais relevante para o material com maior porosidade (CA).



� Degradação depende do tipo de sal.

• Degradação dos materiais



• Degradação dos materiais: NaCl e NaNO3

� Padrões de degradação muito idênticos.



• Degradação dos materiais: Na2SO4

� Degradação bastante distinta que varia com o materi al.

Delaminação perfeita





Destacamento da camada superficial





Formação de crosta



� Redução da taxa de secagem em presença do sal.� A diferença depende do tipo de sal e aumenta com a sua concentração.

• Curvas de secagem

Permeabilidade ao vapor de água (RILEM 1980)


� Os sais podem aumentar muito a espessura da camada de ar de difusão equivalente…

• Espessura da camada de ar de difusão equivalente

Material mais poroso (calcário Ançã) contaminado com NaCl

Provete CA.0.1 CA.0.2 CA.0.3 CA.6.1 CA.6.2 CA.6.3 CA.6.4 CA.20.1 CA.20.3 CA.20.4

Sd (m) 0.37 0.39 0.42 1.08 1.01 1.75 1.25 3.23 4.36 4.12

Propriedades dos materiais

A resolução dos problemas de humidade tem importância estratégica

• Frequência de ocorrência

• Alto impacto económico de tais problemas

A correcta abordagem destes problemas requer o avanço do estado-da-arte neste assunto

• Projecto DRYMASS

A influência da porosidade na secagem sugere que esta ocorre ao nível dos poros.

Os resultados não confirmam a hipótese de haver uma influência relevante da rugosidade na taxa de secagem dos materiais.

Conclusões (até ao momento…)

Influência dos sais solúveis

Os sais reduzem a taxa de secagem de acordo com a sua concentração, i.e., maior concentração origina maior redução, sendo o bloqueio dos poros mais significativo.

O bloqueio do poros pelos cristais pode ter um efeito muito significativo na secagem.

Confirma-se que a degradação originada pela secagem pode depender muito do tipo de sal e ainda do tipo de material.

Essa redução depende muito do tipo de material.

Conclusões (até ao momento…)

A resolução dos problemas de humidade tem importância estratégica

• Frequência de ocorrência

• Alto impacto económico de tais problemas

A correcta abordagem destes problemas requer o avanço do estado-da-arte neste assunto

• Projecto DRYMASS

Obrigada…

[email protected]@lnec.pt

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