PT81901B

PT81901B - Aperfeicoamentos no processo de fabrico de fibras minerais.

Info

Publication number: PT81901B
Application number: PT81901A
Authority: PT
Inventors: Francis Mosnier
Original assignee: Saint Gobain Isover
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1986-01-24
Publication date: 1994-11-30
Also published as: TR22631A; BR8600224A; ZA859804B; PT81901A; GR860207B; CA1272603A; ES551109A0; FI860170A0; US4661135A; DE3684617D1; DK16686D0; ES8702314A1; CN86100401A; EP0189354A1; JPS61178438A; CN1015540B; FI79690C; AU583085B2; ATE74337T1; FR2576671B1

Description

APERFEIÇOAMENTO NO PROCESSO DE FABRICO

DE FIBRAS MINERAIS

O invento refere-se a aperfeiçoamentos na técnica de produção de fibras minerais. Mais precisamente, o invento diz respeito a técnicas nas quais o material destinado a constituir as fibras é conduzido no estado fundido a um centrifugador ôco, em cuja periferia existem um grande número de orificios. Nestas técnicas, o material por acção da força centrifuga, é expulso sob a forma de filamentos que são projectados numa corrente gasosa a temperatura e velocidade ele vadas, corrente que corre ao longo da parede periférica do centrifugador.

i Estas técnicas de produção de fibras têm sido objecto de publicações muito numerosas. Entre as últimas, podem ser citados os pedidos de registo europeus n^Qs. 0 091 866 j e O 091 381.

Tal como se deduz da literatura anteriormente refe irida e sobretudo dos dois documentos acima indicados, as qualidades requeridas para as fibras produzidas cobrem uma gran de variedade segundo as utilizações previs ta s.

Mesmo se só considerarem os produtos destinados ao isolamento acústico e térmico, podem aparecer profundas d ifer enç a s.

Assim, os produtos deste tipo fabricados mais abundantemente são os feltros chamados ligeiros devido à sua fraca massa volumica. Estes feltros para atingir as realizações térmicas máximas são constituídos vantajosamente de fib ras muito finas (diâmetro inferior a 5 micrometros).

Os feltros ligeiros oferecem uma resistência à compressão limitada. Para outras utilizações é preferível, em consequência, um isolante constituído de fibras menos finas mas mais resistentes.

Este facto não constitui senão um exemplo das diferenças de qualidade dos produtos que podem ser solicitadas por utilizadores. Ê evidente que as condições de produção nãc são as mesmas e modificam-se conforme o tipo de produto procurado .

A fabricação das fibras correspondendo a estas exigências deve satisfazer os imperativos de rendimento e de custo de produção. Em qualquer caso, sejam quais forem os produtos preparados, é necessário que numa instalação dada e a baixo custo seja atingida a maior produção possível.

Estas várias considerações fazem com que seja desejável poder-se dispor de instrumentos de produção suscep- ] tiveis de funcionar segundo conjuntos de condições muito di- | versificados.

Assim, a técnica descrita na publicação europeia ’n². 0 091 331 oferece meios para uma produção de feltros aprj sentando um conjunto de propriedades isolantes e mecânicas que correspondem às exigências mais vulgares. As produzidas com um débito elevado e são finas. 0 dessas fibras é tal que o seu arranjo no feltro fibras sao I i

c omprímento 1 é bem isotro-i po no plano de recepção, por um lado e por outro lado confe- ί i

re ao feltro as propriedades mecânicas requeridas,

BAD ORIG” ··

Pode considerar-se, sendo de resto todas as outras qualidades iguais, que a resistência do feltro é tanto melhor quanto mais compridas forem as fibras. Para se obter uma distribuição homogénea das fibras no feltro, parece no entanto preferível que o seu comprimento seja relativamente limitado. Estas considerações não são no entanto perfeitamen te generalizáveis. A estrutura das fibras e sobretudo o facto de as suas características individuais serem muito próximas, intervêem igualmente de forma complexa no estabelecimen to dae propriedades isolantes. No seguimento, ver—se—à alguns aspectos a respeito da realização do invento.

Em função da procura, sabe-se produzir fibras muij to finas e longas segundo técnicas descritas anteriormente jnos documentos acima indicados. Entretanto, para serem obtidas fibras com estas características, vulgarmente tem de ser reduzida de forma substancial a quantidade produzida em cada instalação.

Sabe-se também manter, simultaneamente, a finura das fibras e a produção, aumentando por exemplo o efeito da estiragem obtido por meio da corrente gasosa quente. Mas vul garmente, as fibras obtidas são mais curtas e menos regula!res. São produzidos desta forma isolantes cuja massa volumij ca é relativamente elevada. Trata-se por exemplo de painéis j dispostos sobre telhados em terraços, designados com o nome j i de painéis roof e que suportam revestimentos de estanquicij ; i ^; da de. I !

i i

ί 0 invento propõe-se fornecer meios que permitem ! diversificar as combinações das Qualidades obtidas oor estas!

i técnicas. Em particular, o invenro propõe a produção de fib-ί i i ,ras finas e longas, sendo a quantidade de fiDras produzida 1 i _ ' j em cada instalação mantida a um nivel elevado e isto sem mu-I dar as características principais do cenirifugador, isto é, ; o número de orifícios, a dimensão dc canrrifuçador. erc...

BAD ORIGINAL i

Esta finalidade do invento foi atingida modificando o funcionamento do gerador da corrente gasosa quente, uti lizada para a estiragem das fibras, de tal maneira que a cor rente seja emitida ao longo do centrifugador formando um involucro cuja forma, pelo menos, na proximidade do ponto de emissão, é a dum hiperbolóide de revolução, vras, a direcção de propagação da corrente faz um certo ângulo com a paralela ao eixo

Por outras palagasosa emitida do centrifugador

A parede periférica do centrifugador ou é cilindrj. ca ou, mais vulgarmente, ligeiramente cónica. A direcção da corrente gasosa faz então um certo ângulo com a geratriz cor respondente do cilindro ou do cone.

plano tangente à parede periférica do centrifugador, que segundo o caso é paralela ou sensivelmente paralela ao eixo do centrifugador, pode conter a emissão mas também é igualmente possível que direcção de esta faça um ân guio limitado com este plano

No primeiro caso, supondo-se que do centrifugador é desprezivel, a emissão bocadura do hiperbolóide; no segundo caso, tua-se acima ou abaixo desta embocadura ficando relativamen adelgaçamento realizada na emesta emissão site pouco afastada desta.

Se em primeira aproximação, se supuser a emissão feita a partir da embocadura do hiperboloide, a direcção de à parede periférica propagaçao da corrente no plano tangente pode decorapôrse numa componente segundo a geratriz de contacto, chama da axial e numa componente perpendicular à

P^ri me ira, chamada tangene ial.

esBAD ORIGINAL

sua direcção modificação é devia fenómenos que esque a componente axial

Ê evidente que a corrente vé a inicial.

i modificar-se à medida que progride. Esta da sobretudo à inducção do ar ambiente e ta inducção provoca como a depressão sob o centrifugador

Entretanto, na zona situada na proximidade do centrifugador, quer dizer aquela em que se exercem plenamente as acçoes que conduzem à estiragem das fibras, pode considerar-se que a direcção de origem fica práticamente inalterada

Na técnica anterior, o gerador de corrente gasosa é vantajosamente do tipo descrito no pedido de patente francesa publicado sob o n2. 2 524 610. Trata-se dum gerador constituído por um queimador de combustão interna cuja construção particular apresenta várias vantagens. Este tipo de queimador é consequentemente fácil de pôr em acção. 0 seu funcionamento é estável para uma vasta gama de regimes. Permite também que emissão à volta seja obtida uma regularidade muito grande de do centrifugador. Permite ainda a produção duma corrente gasosa à temperatura e velocidade muito elevadas, ocupando um espaço limitado.

queimador deve ficar à volta do centrifugador num espaço relativamente restricto.

a combustão efectua-se nugases de combustão constitui uma fenda (da ordem duma de— ga ses no para o mistura gasosa combustível seja admitida de orm a a que circule err,

0 ac rj o s

BAD ORIGINAL

Lha. .

que ficam portanto em contacto um com o outro. De resto,

mistura gasosa combustível é introduzida de forma a percorrer uma parede trazida a uma temperatura elevada de aumentar a rapidez da sua inflamação. A temperatura em grande parte da irradiação proveniendesta parede resulta te da parede que lhe contacto directo cora

EUA n2. 3 te gasosa forma a elevada fica em frente, a qual se encontra em os gases de combustão.

Para raa i s,

215 514, utilizar um gerador que produz uma correndirigida tangencialmente ao centrifugador segundo uma direcção inclinada em relação ao eixo deste centrifugao gerador da corrente emite uma série de é conhecido sobretudo pela patente dos dor. Nesta patente jactos a partir de segundo a direcção orificios distintos cujo eixo é orientado a conferir a esses jactos

Esta disposição conduz a uma corrente gasosa desOs orificios estão contínua na periferia do centrifugador. de preferencia próximos uns dos outros, tos emitidos fundem-se rápidamente. Entretanto, tendo em con ta a distância muito escassa que separa a emissão da zona de estiragem das fibras, é evidente que esta descontinuidade de forma que os jacnao permite que seja atingida a uniformidade de tratamento ssao a partir de orificios deste tipo limita o débito gasoso disponível num espaço restricd escrito s àquele de que se pode dispor com os queimadono pedido francês n². 2 524 610. O tratamento pode atingir portanto a intensidade desejada patente dos EUA 3

785 um queimador cujos ga

791 também está proposto de combustão são emitidos ao longo do cenrrifucador com ra este componente tangencial. Paefeito, no queimador de forma anelar, a chama é prouma o interior da bad original

U6O$OíX|

Na técnica descrita nesta patente, a estiragem gasosa é garantida por dois meios distintos. Na periferia ime-j diata do centrifugador, uma chama de pouca velocidade deixa i i □ue a temperatura seja controlada sem intervir de forma sub-í

I stancial no processo de estiragem. Esta resulta da acção de I jactos gasosos dispostos em coroa concêntricamente ao centri fugador mais para além da corrente gasosa constituída pela chama branda.

Nesta patente anterior, o papel particular do quei niador explica que não seja necessário haver uma chama muito intensa contráriamente à que é obtida com os queimadores do tipo descrito no pedido francês 2 524 610.

Isto explica igualmente a razao por que a chama . pode ser formada num ponto único na periferia do queimador sem que pareça prejudicial a falta de uniformidade resultani te. Com efeito, a temperatura do centrifugador é menos sens_i ¹ vel aos desvios localizados na atmosfera circundante. A unii ί i;

formidade da temperatura à volta do centrifugador permanece bem estabelecida devido à rotação rápida. A estiragem dos filamentos por correntes gasosas requer, pelo contrário, uma homogenei^d^^j^eita ao longo de toda a periferia. È o mostra nesta//a disposição muito regular dos orifícios de que

50pragem dos jactos de estiragem. Por outro lado se, também ' ii aqui neste documento, duma certa forma, é pretendida a uni- í : !: formizaçao das condiçoes de sopragem da corrente quente ela é obtida por meio dum aumento sensível do irajecto dos gases ί de combustão no queimador antes destes atingirem o orifício ί de saída. Este alongamento da trajectória não é possível

I senão pelo facto do fluxo gasoso emitido não necessitar de ί ^! ser muito intenso. c preciso ainda sublinhar que o alongaiten • to deste irajecto com vista a uniformizar a emissão dos gai ses de combustão na periferia do centrifugador faz com que ! ' I pareça haver um desaparecimento substâncial da característi- I tan ;er>c ial '' do escoamento inicial, de tal maneira que

bad original

ras

Itjgg l3E a utilização de aletas direccionais dispostas no orifício emissão. Esta disposição só pôde ser possível (sobretudo ausência de meios de arrefecimento dessas aletas) devido baixa velocidade dos gases emitidos.


de
na
à

A análise dos documentos anteriormente referidos mostra que os respectivos inventos não dispõem de meios que satisfaçam as técnicas do presente invento que compreendem: pôr-se em prática gem enérgica, bem do unia componente correntes gasosas que garantem uma estirauniformes, segundo uma direcção comportantangenc ial.

Estes documentos não permitem tão pouco encarar-se a modificação dos queimadores do tipo dos da patente francesa 2 524 610 a presença dumas séries de orifícios distintos emitindo os jactos à saida dos queimadores ou a presença de aletas direccionais num orifício contínuo estão excluídas para que haja um funcionamento satisfatório deste tipo de queima dor

As pesquisas que levaram ao invento mostraram que era possível realizar um queimador do tipo de fluxo inverso funcionando nas condições de velocidade e de temperatura anteriores e permitindo além disso que a corrente gasosa seja emitida segundo uma direcção apresentando uma componente tan gene ial.

No pedido anterior 2 524 610, o j compreende uma multiplicidade de condutas de admissao dos i gases combustíveis dispostas ao longo de toda a periferia da I (câmara anelar de combustão. Estas condutas estão orientadas segundo o eixo principal do aueimador.

Segundo a invenção, para se criar um fluxo com com ' ponente Tangencial, as condutas de admissao são inclinadas

Idçao a e

I

BAD ORIGINAL

Verifica-se nesta disposição que os gases que saem pelo orifício contínuo apresentam uma componente tangencial sem que seja necessário recorrer-se a aletas ou meios análogos à saída do queimador, destinados a impÔr-lbes uma direcção.

A componente tangencial que lhe comunicam, segundo esta disposição do invento, é regulável essencialmente escolhendo-se a inclinação das condutas de admissão com o eixo do queimador. De forma geral, esta componente tangencial é tanto mais importante quanto maior fôr a inclinação.

Na prática, a inclinação das condutas de admissão é limitada pela de distribuir a geometria do dispositivo e pela necessidade admissão por um grande número de orifícios para ser obtida a uniformidade de funcionamento pretendida ao longo de todo o queimador. Esta inclinação não ultrapassa vulgarmente 75^δ e, de preferência, 60². Do mesmo modo, se a inclinação se tornar excessivamente reduzida, o efeito produzido é muito pouco sensível, de maneira que na prática esta inclinação não é inferior a JO² .

Conforme se verá a propósito das figuras a direc1 ção de emissão depende também da geometria da fenda a partiri da qual se efectua esta emissão.

I !

Esta fenda apresenta-se sob a forma dum orifício ί anelar cilíndrico, mas também é possível conferir-se um ade_l gaçamento limitado.

i

Conforme fôr o caso, assim a emissão se fará na embocadura do hiperbo1óide ou na proximidade deste. !

Fora da geometria do sistema, o regime do próprio I aueimador pode influenciar em si a direccao ae emissão. Fios-i ailr

*!

BAD ORIGINAL

!te tangencial e inversamente. Na prática, entretanto, as con i dições em que é efectuada a estiragem das fibras, estão conI finadas em limites relativamente estreitos no que se refere j às temperaturas. Por consequência, as modificações correspon i . w _φ identes às variações de regime sao muito limitadas.

Convêm ainda frizar que na prática o mais frequente é a inclinação da direcção da corrente gasosa ser no sen tido” de rotação do centrifugador. Entende-se por isso que a componente tangencial desta direcção é no mesmo sentido que jo movimento do centrifugador. Conforme veremos mais adiante, esta disposição favorece o alongamento das fibras produzidas invento vai ser agora descrito de forma mais pormenorizada fazendo referência às figuras dos desenhos em que

- A figura 1:

- A figura 2:

- A figura 5 apresenta em corte, uma vista parcial dum conjunto para a formação de fibras segundo o invento, é uma vista em perspectiva duma par te do queimador da figura 1, ilustra, esquematicamente, o senti do preferido dos componentes da velo c ida ò e dos gases em relação Δ rotação do centrifugador, é ura diagrama da pressão para diferentes tipos de queimadores em função da finura das fibras produzidasj é um diagrama que mostra o melhoramento das qualidades isolantes dos produtos fabricados conforme o invento .

: 60$QQ_;| ⁴ ra^Lígre·

13¾¾¾

- A figura 6: 6 um diagrama que mostra a resietên cia mecânica de produtos conforme o invento e a de produtos fabricados nas condições tradicionais,

- As figuras 7a, b c e d ilustram as condições ge^a métricas relativas à direcção de emissão da corrente gasosa na reel_i zação do invento* conjunto representado na figura 1 agrupa os vários elementos utilizados nas técnicas de produção de fibras por centrifugação e estiragem por meio duma corrente gasosa, quente, tais como as que são objecto dos pedidos de patente europeia n^Q« 0 091 866 e O 091 389* Este conjunto é composto por um centrifugador 1, fixado a um eixo 2. 0 eixo e o centrifugador estão animados dum movimento de rotação rápida por meio dum motor não representado. De forma tradicional, o eixo 2 é ôco e o material destinado a formar as fibras escoa desde os meios de alimentação (forno, ante-corpo, fieira) pei ra o eixo 2 até um cesto 3· θ material estirável espalha-se sobre o fundo do cèsto. 0 césto 3 é igualmente posto em rotação de tal maneira que o material é projectado sobre a parede periférica 4 que está perfurada com orifícios 5 e daí sob a forma de fios estreitos volumosos 6, sobre a parede riférica 7 do centrifugador 1. Esta parede periférica 7 está perfurada com orifícios muito numerosos pelos quais o material passa formando filamentos, chamados primários, relativamente finos. São estes filamentos que são projectados para fora do centrifugador na corrente gasosa, emitida pelo queimador 8. Sob a acção desta corrente, a estiragem dos filamentos primários leva à formação de fibras.

conjunto apresentado na figura 1 compreende ainda uma coroa de sopragem 9 que cria uma nuvem gasosa que envolve a corrente gasosa emitida pelo queimador 8. Esta nuvem permite que haja melhor controlo da progressão da corrente

•mitida pelo queimador que ela limita e portanto evita o contacto com os elementos estáticos vizinhos sobretudo a coroa de indução 10. Esta nuvem gasosa protege também a corrente gasosa do queimador do ar circundante, em particular, do afrouxamento ocasionado pela indução deste ar circundante,

A coroa de inducção 10 6 utilizada neste conjunto para aquecer a parte do centrifugador que se encontra mais exposta ao arrefecimento pelo contacto com o ar ambiente. Ê desejável, com efeito, que a parede periférica esteja a uma temperatura bem uniforme sobre toda a sua altura para manter idênticas as condições nas quais se formam os filamentos seja qual fôr a posição dos orifícios que os emitem sobre esta parede 7·

As disposições apresentadas acima são as que são mais vezes utilizadas. Ê evidente que estas disposições não são imperativas e que podem ser postas em prática numerosas variantes segundo os ensinamentos do invento. Em todas as variantes, no entanto, se encontram o centrifugador 1 com a sua parede perfurada de orificios e um queimador anelar 8 |que emite uma corrente gasosa quente a uma grande velocidai de ao longo da parede periférica 7.

i

I

Na forma esquematizada na figura 1, o queimador anelar 8 é composto duma câmara de combustão 11 delimitada por paredes em material refractário. Esta câmara de combustão comunica com o exterior por uma abertura de expansão 12 que se estende sobre toda a periferia do queimador. A abertura de expansão 12 é prolongada por elementos 13, 14 em aço refractário destinados a canalizar e a dirigir os gases de combustão para a periferia do centrifugador. Estes elementos 13 e 14 formam assim uma fenda contínua de largura constante Para evitar a sua deformação, os elementos de largura constante. Para evitar a sua deformação, os elementos 13 e 14 são arrefecidos por uma circulação de àgua nas suas cavidades 15 e 16. A alimentação e evacuação da Agua não estão re- 12 presentadas queimador é alimentado por uma mistura de combustível gasoso através das condutas de admissão 17. Estas condutas estão dispostas em intervalos regulares à volta da câmara. Para uniformizar as condições de alimentação, todas as condutas 17 estão em comunicação com um compartimento de alimentação anelar, único 18.

As condutas de alimentaçao 17 desembocam, cada uma por uma abertura 19 numa câmara de combustão 11 ao longo duma parede refractária 20. A configuração da câmara de combus tão 11 é tal que os gases de combustão, antes da sua emissão percorrem uma parede 21 que faz frente à parede 20. A admissão da mistura combustível na câmara 11 efectua-se em contra -corrente da evacuação dos gases queimados para facilitar as trocas térmicas e por consequência a inflamação da mistura. A inflamação é também facilitada pelo facto de a parede 21 em contacto com os gases mais quentes irradiar calor intensamente, na direcção da parede 20 que lhe fica em frente eljs vando-lbe assim a sua temperatura.

As condutas de alimentação 17 estão inclinadas em relação ao eixo geral do dispositivo, de forma pormenorizada anteriormente.

A titulo indicativo representa-se a direcção axial destas condutas a traço ponto.

Na figura 2 representa-se, esquemáticamente, por meio de setas o caminho do gaz na câmara de combustão. A inclinação inicial da admissão em relação ao eixo do queimador influencia toda a trajectória e reflecte-se na direcção do gás emitido. A combustão na câmara acarreta lógicamente uma boa elevação de temperatura e de velocidade.

cálculo mostra e a experiência confirma que a

componente tangencial da velocidade dos gases conserva-se práticamente enquanto que a velocidade global aumenta. No estabelecimento da inclinação das condutas de alimentação 17 é necessário haver um Ângulo muito mais elevado do que o Ângulo que faz a direcção dos gases à salda do queimador com o eixo do conjunto. Assim se verá nos exemplos que se seguem. Na prática, resulta daqui que as condutas 17 são muito incl_i nadas, geralmente.

Ê necessário para este tipo de queimador manter bem a combustão no interior da câmara 11. Se a chama se desenvolver mesmo parcialmente no exterior, o queimador perde uma parte da sua eficácia.

£m certa medida, a inclinação da direcção inicial dos gases na câmara de combustão acarreta um alongamento do encaminhamento dos gases nessa câmara. Daqui resulta uma ten dência para uma combustão mais completa. Por consequência, o facto de ser utilizada a injecção inclinada permite aumentar -se a carga térmica do queimador.

Foram efectuados ensaios nas condições do invento e nas condições tradicionais. A comparaçao dos resultados mostra as possibilidades novas oferecidas operando segundo o invento.

Nestes ensaios, o dispositivo centrifugador é do tipo do representado na figura 1. 0 diâmetro do centrifuga— dor é de 600 mm e a velocidade periférica é de aproximadamen te 60 m/s. 0 queimador é alimentado cora uma mistura de ar/gás natural de Groningue. A mistura de ar/-gás é regulada para que a temperatura de emissão à salda do queimador seja de 155OQC.

A injecção efectua-se por uma série de 48 orifícios dispostos regularmente. Os orifícios têm um diâmetro de 16 mm. Para o dispositivo tradicional, a direcção dos orifi14

cios 17 á paralela ao eixo do queimador. Na forma segundo o invento, os orificios 17 são inclinados. Os ensaios aqui indicados correspondem respectivamente a inclinações escolhidas de forma a que, para as condições de funcionamento moderadas, o escoamento dos gases à saída do queimador seja resí pectivamente de 16^ e 22° em relação ao eixo do queimador.

No queimador que leva a uma corrente gasosa emitida segundo um ângulo de 1ÓQ, a inclinação das condutas de alimentação 17 é ligeiramente superior a 50^Q; para um queimador em que o gás seja emitido fazendo um ângulo de 22&, a inclinação das condutas é de aproximadamente 68Q.

A fabricação do queimador é vantajosamente realizada por moldagem de cimento refractário vasado sobre uma matriz que em seguida é destruída. Conforme indicado no pedido francês 2 524 610, a matriz è por exemplo em poliestireno expandido. A destruição neste caso pode ser obtida por dissolução por meio dum solvente.

Para constituir as condutas, a matriz pode ser com |pletada por tubos mais rígidos, por exemplo em policloreto jde vinilo. Também é possível furar as condutas uma vez consItituída a parede refractária.

Como indicado na figura 1, é preferível, para comodidade da fabricação, constituir a câmara de combustão por uma montagem de várias peças refractárias, Na forma representada, esta câmara compreende três partes correspondendo respectivamente às paredes 20, 21 e 22.

As paredes refractárias da câmara de combustão são mantidas, vantajosamente, em posição por um involucro metálico formado de vários elementos 23, 24, 25 montados de forma tradicional por meios não representados.

Um conjunto de paredes metálicas 26, 27 constitui

- 12 aui vantajosamente um recinto duplo no qual a mistura combustível circula e se aquece antes de penetrar na câmara de combustão «

A regulação da alimentação de mistura combustível efectuada a montante do queimador modificando-se a pressão com a ajuda de meios tradicionais não representados. A mistura gasosa é levada até ao recinto duplo por uma ou várias canalizações 28.

Vantajosamente, na extremidade das condutas de alimentação 17, situada ao lado do compartimento 18, está disposta iima camisa 29. A secção interna das camisas 29 pode ser escolhida de forma a ser o diafragma de abertura das con dutas 17·

Era todos os ensaios comparativos efectuados, foram preparados produtos com o mesmo micronaire, segundo o méto; do tradicional com o queimador cuja sopragem 6 paralela ao eixo, e segundo o método do invento com um queimador impondo uma componente tangencial.

Na falta do estudo completo da estrutura das fibras tomadas isoladamente, escolhe-se comparar os feltros com o mesmo micronaire, porque lhe correspondem propriedades, sobretudo isolantes, que deveriam ser análogas se as fibras fossem idênticas num ensaio e no outro. As variações verificadas são manifestações de modificações na estrutura das fib ras.

A medida do micronaire efectua-se segundo a norma ASTM-D—1148-78. Segundo esta norma, tuna dada massa de fibras (2; 2,5;··.; 3,5; 6g) enredadas é disposta num compartimento percorrido por uma corrente gasosa a uma dada pressão. A resistência à passagem da corrente gasosa, que 6 medida pelo débito do gás circulante, constitui o micronaire. Este micronaire 6 tanto menor quanto mais finas e mais longas forem

- 16 as fibras e se opuserem portanto mais A passagem da corrente gasosa.

A operação mais simples para modificar o micronaire num sentido determinado consiste em modificar a pressão do queimador. Evidentemente que esta pressão depende da pre_s são da mistura gasosa combustível injectada no queimador e esta pressão traduz-se também directamente sobre a velocidade dos gases emitidos, velocidade e pressão crescem em conjunto .

A figura 4 é um diagrama que mostra as variações de pressão dinAmica à saída do queimador expressa em milímetros de coluna de Agua, de três queimadores indicados anteriormente em função do micronaire das fibras produzidas. Constata-se para todas as condições, para um mesmo micronaire, que a pressão é tanto maior quanto mais elevada fôr a componente tangencial da velocidade de emissão dos gases de combustão.

Nos dois casos correspondentes ao invento (inclinação de emissão 16^ e 22°), a componente tangencial é no sentido de rotação do centrifugador.

Pode supôr-se que se a pressão tiver de ser mais elevada para haver o mesmo micronaire, é devido ao facto de a propagação da corrente gasosa, efectuando-se parcialmente no sentido de rotação do centrifugador, para manter a acção de estiragem dos gases necessitem de ter uma velocidade global dos gases e por consequência uma pressão mais elevadas. Daqui resulta que o consumo energético é igualmente um pouco mais elevado no caso do invento.

As vantagens da realização do invento referem-se principalmente As qualidades das fibras que são obtidas. Estas qualidades mecânicas e isolantes são particularmente vantajosas quando as fibras são muito finas. Como indicá- 12 -

_w /inferiores/ taos, a obtenção de fibras muito finas (micronaires/a 3/5 g) resulta principalmente do aumento da pressão do queimador.

Nas configurações tradicionais, verifica-se que o aumento de pressão leva a fibras muito curtas se esta fôr ex cessivamente forte. Com uma corrente com componente tangencial no sentido de rotação do centrifugador como representado na figura 3, as fibras finas obtidas são menos chocadas no momento da sua formação e, por consequência, são sensíve_l mente mais longas.

Exprimentalmente os melhores resultados, no que diz respeito ao comprimento das fibras pelo modo de realização do invento, são obtidos quando o queimador funciona de tal forma que a componente tangencial da velocidade dos gases emitidos é sensivelmente igual à velocidade periférica do centrifugador.

Não é sistemáticamente pretendida a obtenção de fibras longas. Para as aplicações em que são preferidas fibras mais curtas, utilizar-se-à ou um queimador tradicional ou eventualmente um queimador segundo o invento mas cuja componente tangencial dos gases emitidos é de sentido inverso ao da rotação do centrifugador. Constata-se com efeito neste caso a formação de fibras ainda mais curtas que as obtidas segundo o modo tradicional.

Além disso, neste caso, a realização da corrente gasosa com componente tangencial de sentido inverso ao de rotação do centrifugador permite, tudo o demais permanecendo igual, que seja reduzida a pressão do queimador e assim o consumo energético.

Nos exemplos de realização correspondentes ao invento e nas condições de velocidade indicadas anteriormente para o centrifugador, tenta-se portanto, para se obter fibras longas, regular-se a velocidade tangencial para 6θ m/s

aproximadamente. Nos dois casos considerados, isto foi obtido para uma velocidade global de emissão da ordem de 210m/s.

aperfeiçoamento do produto segundo o invento é evidente nas suas qualidades isolantes sobretudo para os

I produtos com pouca massa volumica. A figura 5 apresenta os resultados de medida de conductividade térmica em função da massa volumica do feltro constituído.

Nas duas séries de ensaios cujos resultados correspondem Às curvas representadas, as fibras são do mesmo micronaire: F 2,5/5 g. 0 queimador segundo o invento (curva II) forma uma corrente gasosa cuja componente tangencial está inclinada a 16². A curva I corresponde a um queimador tradic ional.

Foi observado que sendo idênticas todas as outras condições, o feltro obtido nas condições do invento oferece melhores características , o que se traduz por uma conductividade térmica menor para um feltro com a mesma massa volumica, ou o que é equivalente, a uma mesma conductividade | térmica para uma massa volumica menor.

I

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Pode ser atribuído este aperfeiçoamento a um alongamento e a uma melhor homogeneidade do conjunto das fibras. 0 estudo estatístico do diâmetro das fibras produzidas segundo o invento mostra em particular uma dispersão muito fraca. 0 histograma do diâmetro das fibras é muito estreito e não apresenta senão um único máximo.

A apreciação do comprimento das fibras resulta Igualmente da resistência mecânica à tracção dos feltros isolantes. Compreende-se que os feltros são tanto mais resistentes quanto mais longas forem as fibras que os constituem. Com efeito, a coesão mecânica é função do enredamento das fibras. Quanto mais compridas elas forem, mais numerosas são as ligações garantidas nos pontos de contacto pelo li- 12 -

gante.

A figura 6 indica oa resultados de medidas de resistência à tracção de amostras de feltros produzidos nas condições tradicionais e segundo o invento.

Nos ensaios realizados, o débito dos centrifugadores foi mantido em 20 toneladas/dia, o que constitui uma produção grande e vulgarmente não é favorável à obtenção de fibras com bons resultados. O micronaire para estes ensaios foi regulado em F 4/5 g.

O queimador segundo o invento origina uma componente tangencial de 16& aproximadamente.

As medidas são efectuadas segundo as prescrições da norma ASTM-C-681-7Ó. Para esta norma, os anéis cortados no feltro são submetidos a uma tracção até à sua ruptura.

diagrama da figura 6 foi estabelecido para massa voluniicas de feltro variáveis.

Verifica-se neste diagrama uma resistência aumentada para os feltros fabricados segundo o invento (curva I) em relação aos que correspondem às condições tradicionais (curva II).

Da realização das condiçoes do invento resultam ainda outras vantagens.

fibras no transportador

Em particular sobre o qual, a distribuição das estas sao recolhidas imediatamente após a sua produção é melhorada de forma sen sível. Isto provem dum efeito do tipo do que foi descrito anteriormente no pedido de patente europeia 0 072 300.

Verifica-se que o véu de fibras que se forma a jusante do centrifugador é muitíssimo mais aberto quando o queimador produz uma corrente gasosa com componente tangen20

ciai aumento da largura do véu de fibras é tal que é possível reduzir, ou mesmo suprimir, os meios utilizados tradicionalmente para se distribuir as fibras sobre a totalidade da largura do transportador.

A abertura do véu de fibras resulta evidentemente da modificação introduzida no escoamento das correntes gasosas. As figuras 7a a 7d ilustram esquemáticamente o que é o escoamento no modo segundo o invento.

As figuras 7a e 7c representam o caso em que a emissão dos gases se faz na posição que designámos como a embocadura do hiperbolóide. A direcção V do escoamento gasoso.; está compreendida no plano P tangente à parede periférica do centrifugador

Esta direcção V decompõe-se numa direcção axial Va e numa direcção tangencial Vt. 0 mais corrente é a direcção tangencial ser no mesmo sentido que a rotação do centrifugador.

A circulação dos gases, supondo-se em primeiro aproximação que não é perturbada pelos fenómenos de inducção, equivale a um hiperbolóide tal como o representado na figura 7c. Esta progressão acompanha sensivelmente uma certa abertura da nuvem de fibras, abertura sensivelmente maior do que a que resulta nas formas tradicionais duma emissão sem componente tangencial.

ligeiro adelgaçamento cónico do centrifugador, que foi reproduzido nas figuras, fica práticamente sem influência nas condições de emissão. Por esta razão, no caso das figuras 7a e 7c, a emissão pode ser feita a partir duma fenda anelar cilíndrica tal como a representada na figura

1.

- 21 I

Aa figuras 7b e 7d apresentam o caso duma emissão situada a jusante da embocadura do hiperbolóide formado pelo escoamento gasoso. Convém notar que mesmo neste caso, a •missão fica localizada na proximidade imediata do centrifugador C para que a corrente gasosa preserve toda a sua eficácia .

No caso considerado, a direcção de emissão V deixa de estar situada no plano P. Decompõe-se como anteriormente numa componente axial Va , numa componente tangencial Vt Às quais se junta uma componente chamada radial Vr. Na forma apresentada, esta componente radial é centrifuga. A esta configuração corresponde uma abertura mais sensível do váu de fibras na zona de estiragem. Em todos os casos, a componente radial da emissão é relativamente fraca em relação Às outras componentes.

RESUMO

O invento diz respeito às técnicas de formação de fibras com preendendo uma estiragem centrífuga combinada com uma corren te gasosa quente, efectuada por um queimador.

De acordo com o invento, o queimador emite uma nuvem de gases contínua ao longo da periferia do centrifugador. Essa nuvem de gases é realizada de molde a que o seu escoamento se processe, na origem, com a forma dum hiperbolóide. Esse escoamento 6 obtido alimentando o queimador por meio de condutas de alimentação (17) inclinadas em relação ao eixo do queimador.

Claims

REIVINDICAÇÕES

I^a. - Processo de produção de fibras minerais compreendendo a centrifugação do material destinado a formar as fibras, no estado fundido, através de orifícios situados na periferia do centrifugador, a emissão duma corrente gasosa a velocidade e temperaturas elevadas ao longo do centrifugador para arrastar e estirar os filamentos de material, saldos dos orifícios do orgão de centrifugação, a corrente gasosa de estiragem formando uma nuvem contínua, uniforme, à volta do orgão de centrifugação percorrendo a periferia deste orgão, caracterizado pelo facto de a direcção de emissão da corrente gasosa de estiragem comportar uma componente tangencial ao centrifugador de forma que a nuvem gasosa se escoe formando um hiperbolóide.
2^a. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a componente tangencial da direcção de emissão da corrente gasosa ser obtida injectando a mistura combustível na câmara de combustão do gerador da corrente gasosa de estiragem segundo uma direc ção inclinada em relação ao eixo do centrifugador.
3^a. - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de a componente tangencial ao centrifugador da direcção de emissão dos gases de estiragem ser orientada no sentido de rotação do centrifugador.
4^a. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de a componente tangencial da velocidade de emissão dos gases de estiragem ser sensivelmente igual à velocidade periférica do centrifugador .
5^a. - Queimador de combustão interna compreendendo uma câmara de combustão (11) de forma anelar que desemboca numa abertura de expansão (12) e elementos (13, 14) que delimitam um orifício de emissão circular contínuo, a direcção deste orifício sendo sensivelmente paralela ao eixo do queimador, a alimentação da mistura gasosa combustível sendo fei ta na câmara de combustão (11) por condutas de alimentação (17) que desemboca na câmara (11) essas condutas sendo dirigidas de forma a que a alimentação dos gases se faça ao longo duma parede (20) da câmara de combustão (11) e em contra-corrente do movimento dos gases de combustão, os quais percorrem uma parede (21) situada em frente da parede (20) percorrida pela mistura gasosa combustível, na sua admissão, caracterizada pelo facto de as condutas de alimentação (17) serem dirigidas de forma a fazer um ângulo com o eixo do queimador.
6^a. - Queimador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de o ângulo das condutas de alimentação (17) com o eixo do queimador ser inferior a 75^c o de preferência inferior a 6θ².
7^a. - Queimador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de o ângulo das condutas de alimentaçao (17) cora a paralela ao eixo do queimador ser superior a 30°·
8^a. - Queimador de acordo com uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo facto de as condutas de alimentação (17) estarem formadas numa parede refractária (20) que constitui a câmara de combustão (11).
9^a. - Queimador de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de as condutas de alimentação (17) estarem todas em comunicação com um compartimento anelar (18) que distribui a mistura combustível de forma uniforme ao conjunto das condutas (17), ® extremidade das condutas de alimentação (17) que desembocam no comparti

- 22 mento (18) estando munida duma camisa (19) que protege esta extremidade e faz de diafragma da conduta (17).

Correspondente pedido foi depositado em França, sob ο η^β. 85 01042, em 25 de Janeiro de 19θ5, cuja priorida de reivindica.