Simulation of cooling process of grain using the computational fluid mechanics / Simulação do processo de resfriamento de grãos usando a mecânica dos fluidos computacional

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

A safra de grãos 2007/2008 foi uma das maiores na história do Brasil. Foram produzidos em torno de 143,87 milhões de toneladas, com destaques para o milho e soja, que respondem por aproximadamente 84% desse total. A aeração é feita com o objetivo de manter a qualidade inicial dos grãos durante o período de armazenamento, conservando a temperatura dos grãos baixa e inibindo o desenvolvimento de pragas. Entretanto, em locais de clima tropical ou subtropical, muitas vezes, é difícil executar a aeração com ar ambiente com sucesso, sendo necessário resfriar o ar para efetuá-la. Nesse contexto, a mecânica dos fluidos computacional (CFD) surge como técnica importante para predição, manipulação e estudo dos processos de resfriamento em sistemas de armazenamento de grãos. Assim, objetivou-se com este trabalho modelar o processo de resfriamento de grãos armazenados a granelutilizando a técnica de CFD aplicada a meios porosos. Foi modelado um caso advectivo-difusivo unidimensional, em regime transiente, com solução analítica conhecida. As simulações foram xiv realizadas variando-se o número de Péclet (Pe), com o objetivo de averiguar se o programa ANSYS CFX sp1 possui alguma limitação para a solução de problemas desse tipo. O segundo caso foi um estudo do escoamento de ar em um leito fixo poroso, considerando-se a variação da porosidade axial devido à compactação dos grãos, em que as medidas experimentais de Devilla et al. (2005) foram comparadas com os resultados obtidos nas simulações. O terceiro caso estudado foi um problema deresfriamento de grãos de soja em um leito fixo, validado com dados experimentais. No primeiro caso, verificou-se que, quanto menor o valor de Pe, maior o gradiente do escalar entre a entrada e saída da coluna (predomínio do termo difusivo). Observou-se, ainda, que para elevados valores de Pe um refinamento de malha deve ser efetuado para minimizar o efeito da falsa difusão. Entretanto, o programa computacional não apresentou limitações que impeçam a análise de problemas adivectivo-difusivos. Os resultados obtidos pelo modelo proposto no segundo caso apresentam bom ajuste em relação aos resultados experimentais. O erro relativo associado foi baixo (6,86%), e a diferença em relação aos dados experimentais pode ser explicada pelo fato de que neste trabalho não foi considerada a variação da porosidade axial e radial pelo acúmulo de partículas finas. O modelo proposto é válido e possibilita a simulação de sistemas de escoamento de ar em silos armazenadores de grãos. Os resultados do terceiro caso indicam a boa concordância entre os dados experimentais, confirmando a validade do modelo proposto. Desse modo, conclui-se que o modelo termofluidodinâmico em meios porosos proposto para o resfriamento é válido e pode ser utilizado em outros estudos de sistemas de resfriamento de grãos.

ASSUNTO(S)

resfriamento de grãos finite volume escoamento em meios porosos cooling grain volumes finitos flow in porous media engenharia agricola

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