Modelos matemáticos de transferência de calor e massa: extração de metais por membranas poliméricas e sinterização de materiais cerâmicos

O objetivo geral deste trabalho foi apresentar um estudo matemático da transferência de massa multicomponente em uma célula de extração de íons metálicos através de uma membrana polimérica plana e realizar um estudo experimental e cinético voltado para a produção de agregado sintético a partir de resíduos de bauxita. Na primeira parte do trabalho, desenvolveu-se um modelo de transferência de massa para a recuperação de íons metálicos utilizando membranas poliméricas planas. Diferentemente da maioria dos modelos existentes, que se limitam ao estudo de um único componente e não consideram a seletividade e os efeitos de múltiplos componentes na cinética de reação, propõe-se um modelo capaz de simular a extração simultânea de vários metais. Este modelo é baseado na equação de conservação de massa e foi resolvido utilizando a Abordagem das Equações Integrais Acopladas (CIEA), sendo validado com medições experimentais e simulações anteriores. Na segunda parte, foi realizado um estudo experimental e teórico utilizando um modelo cinético para a produção de agregados graúdos sintéticos a partir de resíduos de bauxita, sílica e argila. O estudo experimental incluiu a produção e caracterização dos agregados em diferentes composições. Para analisar o processo de sinterização de uma pelota em tamanho real, foi construído um pequeno forno elétrico com uma balança acoplada, permitindo o monitoramento das medidas de perda de massa em função da temperatura e do tempo. Além disso, foi realizado um estudo cinético utilizando modelos matemáticos para avaliar as principais reações de estado sólido e suas transformações de fase durante o processo de sinterização, utilizando dados experimentais de análise térmica.