Modelagem matemática e simulação computacional do escoamento de grãos em secadores de fluxo misto utilizando o método dos elementos discretos

Abstract

As condições dos grãos durante o período de colheita não são propícias ao armazenamento dos mesmos, pois estes apresentam índices elevados de umidade e impurezas, que podem ocasionar perdas significativas caso não sejam realizados os procedimentos de limpeza e secagem dos mesmos antes de armazená-los. Dentre as medidas preventivas contra a perda de grãos póscolheita, a principal é a secagem, que consiste em retirar o excesso de água presente nos grãos sem alterar suas propriedades físicas, químicas e biológicas. Este trabalho tem como objetivo modelar matemática e computacionalmente o escoamento de grãos em um secador de calhas com fluxo misto, utilizando-se para isso o método dos elementos discretos (MED), a fim de investigar os efeitos que as propriedades físicas e morfológicas dos grãos exercem sobre seu escoamento. A fim de validar os parâmetros inseridos no modelo, inicialmente foram realizados experimentos e estes foram replicados com a utilização do método dos elementos discretos em simulações computacionais 3D e quasi-2D (com espessuras de 4 a 7 partículas na dimensão reduzida). Posteriormente, os resultados das simulações foram confrontados com resultados de experimentais. Os resultados indicam que o método dos elementos discretos foi capaz de simular corretamente o escoamento de grãos nos aparatos experimentais, tanto para simulações 3D, quanto para simulações quasi-2D, apresentando uma pequena divergência entre os dados experimentais e os dados das simulações, contudo, pode-se observar que entre os ambientes 3D e quasi-2D com espessura de 7 partículas os resultados são praticamente idênticos. A partir desta constatação, um ambiente de simulação quasi-2D com espessura de 7 partículas, replicando a geometria interna de um secador de fluxo misto foi desenvolvido, utilizando fronteiras periódicas em todos os eixos. Os resultados apresentam concordância com os dados apresentados na literatura por autores que realizaram experimentos de escoamento de grãos em geometrias de secadores de fluxo misto. Além disso, pode-se constatar que o fluxo de grãos apresenta escoamento consideravelmente mais lento nas regiões abaixo das calhas de entrada e saída de ar. Desta forma, pode-se concluir que a utilização de simulações quasi-2D com esta espessura podem ser utilizadas para simular experimentos com acurácia similar à obtida em simulações 3D.