Modelagem Matemática Tridimensional de Espalhamento de Grãos e Impurezas por Meio do Método dos Elementos Discretos.

Abstract

Melhorias na concepção e desempenho de equipamentos utilizados nas operações póscolheira requerem o conhecimento das propriedades físicas e do comportamento dinâmico dos materiais granulares para que se desenvolva uma operação segura e eficiente. Devido às grandes dimensões de algumas unidades armazenadoras, por vezes, controlar toda a massa de grãos armazenada se torna uma tarefa difícil. Estudos experimentais e simulações numéricas são ferramentas poderosas que podem ajudar a entender e prever o comportamento dinâmico do material granular, o método dos elementos discretos é um método numérico atualmente empregado para abordar estes problemas. Temas como a termometria, a aeração e o processo de secagem já vem sendo amplamente estudados, porém, outro fator muito importante e pouco pesquisado é a distribuição de grãos em silos e armazéns graneleiros. A presente Tese tem como objetivo desenvolver a modelagem matemática e computacional do funcionamento de um espalhador de grãos usado em silos e armazéns graneleiros, utilizando o método dos elementos discretos, e incorporando ao modelo o efeito da resistência do ar para diferentes tipos de grãos e impurezas. Para a realização dos experimentos de distribuição de grãos de soja e impurezas, foi construído um espalhador de grãos em escala reduzida, e para as simulações computacionais, foi usado o software Yade. Para inserção da resistência aerodinâmica no método dos elementos discretos, foram realizados experimentos para obtenção dos parâmetros de arrasto aerodinâmico. Para obtenção da velocidade terminal foi usada a técnica do leito fluidizado, para outros parâmetros como área de projeção, foi desenvolvido um algoritmo de processamento de imagens digitais em Matlab. Com esse algoritmo foi possível conseguir informações importantes sobre a morfologia de grãos e impurezas. Foram analisados grãos de aveia, milho e soja em quatro diferentes teores de umidade, além de impurezas contidas nos mesmos. Os dados médios dos experimentos foram usados para modelagem das partículas por meio do método dos elementos discretos. Como resultados é possível destacar que o método dos elementos discretos foi validado para obtenção da velocidade terminal de grãos de aveia, milho e soja e impurezas usando clumps para modelar as sementes. É possível concluir também que o método dos elementos discretos pode ser usado para prever a trajetória de grãos de soja, desde que o coeficiente de arrasto da partícula esteja inserido no modelo. O método dos elementos discretos também foi validado para a distribuição de soja e impurezas, e os resultados alcançados com as simulações mostraram boa concordância com os dados experimentais.