Modelagem Matemática e Otimização do Fluxo de Ar em Armazéns Graneleiros

Abstract

A qualidade e a conservação dos grãos depende diretamente do sistema de armaze- namento. Problemas e ineficiências na fase de armazenagem podem acarretar, além de perdas significativas do produto armazenado, alto gasto de energia e recursos. Para mini- mizar estas perdas, é importante um sistema de aeração adequado e eficiente, abrangendo um fluxo de ar uniforme em todo o domínio da massa de grãos, obtendo-se, assim, uma armazenagem segura e eficaz por um longo período. Esta Tese tem como objetivo mode- lar matemática e computacionalmente a distribuição do fluxo de ar 3D e a transferência de calor durante o processo de aeração em sistemas reais de armazenamento de grãos, confrontando os resultados da simulação com os dados observacionais e propor um perfil otimizado do fluxo de ar. O problema formulado do fluxo de ar 3D foi resolvido por meio do Método dos Elementos Finitos, com geometrias e malhas tetraédricas de sistemas reais de armazenamento de grãos. Para avaliar a efetividade da distribuição de ar nos armazéns graneleiros, foi utilizado o critério da vazão específica local. Com os resulta- dos, foi possível realizar a análise da pressão do ar, da vazão específica global e local, da velocidade do ar e da transferência de calor em todo o domínio da massa de grãos. Foram realizadas análises da distribuição ideal do fluxo de ar em armazéns graneleiros. Foi proposto um esquema otimizado de aeração, visando maior uniformidade da distri- buição da vazão específica local, que resulta em um melhor desempenho do sistema e com controle contínuo do processo de aeração. Foi construído um instrumento adequado para obter dados observacionais da pressão em diferentes profundidades da massa de grãos, em armazéns graneleiros horizontais. Foram obtidos dados da pressão e da temperatura em sistemas reais de armazenamento. Também foi realizada uma análise de diferentes modelos de transferência de calor na massa de grãos, e um dos modelos unidimensionais foi selecionado e expandido para três dimensões. Nos modelos de temperatura, foi mos- trado que, usando a última leitura de dados obtidos como nova condição inicial, houve o aumento da precisão da simulação. Os dados obtidos na simulação foram validados com dados observacionais obtidos nos sistemas reais de armazenamento, mostrando boa concordância.