Modelagem e simulação de sistemas de injeção de gás ozônio para fumigação de grãos de milho (Zea mays L.) utilizando a mecânica dos fluidos computacional

• Ano de defesa: 2009
• Autor(a) principal: Pereira Júnior, João Rodrigues
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; BR; Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ; Mestrado em Engenharia Agrícola; UFV
• Palavras-chave em Português: CFD; Ozônio; Fumigação; Modelagem; Milho; Ozone; Fumigation; Modeling; Corn; CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
• Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/3544

A safra nacional de grãos 2007/2008 foi uma das maiores na história do Brasil, atingindo uma marca em torno de 143,87 milhões de toneladas, com destaque para o milho que responde por, aproximadamente, 40,7% (58,58 milhões de toneladas) deste total. O controle de pragas em grãos armazenados tem sido feito por meio de fumigação e a fosfina é o principal produto usado. São muito escassas as opções para substituir a fosfina, o que representa um grande risco de desenvolvimento de resistência dos insetos a esse produto. O gás ozônio, um forte oxidante, é uma nova tecnologia com potencial para o controle de pragas. Diante deste contexto e devido aos sistemas nacionais de armazenamento que tornam os testes experimentais essencialmente dispendiosos, a mecânica dos fluidos computacional (CFD) desponta como uma importante técnica para predição, manipulação e estudo dos processos de injeção do gás ozônio em sistemas de armazenamento de grãos. Sendo assim, objetivou-se com este trabalho modelar um sistema de injeção de gás ozônio para utilização em armazéns a granel utilizando a técnica de CFD aplicada a meios porosos. Foram modelados dois casos unidimensionais de transporte de massa por convecção-difusão e difusão-reação com soluções analíticas conhecidas. As simulações foram realizadas variando-se o número de Péclet (Pe), no primeiro caso, e o módulo de Thiele (λ), no segundo. Foram sugeridos e ajustados os modelos para a cinética de decomposição e saturação do ozônio. O terceiro caso foi um estudo do transporte de O3 em um leito fixo em que as medidas experimentais de Kells et al. (2001) foram comparadas com os resultados obtidos nas simulações. O quarto caso estudado foi um problema de transporte de ozônio em um leito fixo de milho em que foram avaliadas duas formas de injeção do gás ozônio em um silo de armazenamento. Para o primeiro caso, verificou-se que quanto menor o valor de Pe maior é o gradiente de concentração entre a entrada e saída da coluna (predomínio do termo difusivo). Observou-se que para elevados valores de Pe, um refinamento de malha deve ser efetuado. No segundo caso, verificou-se que, para altos valores do λ, os gradientes de concentração de ozônio são elevados e ocorre rápido consumo devido à reação (predomínio do fenômeno reativo em relação ao difusivo). O módulo de Thiele para o ozônio é 41, o que decorre em maior taxa de decomposição em relação à taxa de difusão na massa de grãos. Desta forma, diferente da aplicação de fumigantes tais como a fosfina, o ozônio deve ser aplicado por um fluxo convectivo. Os resultados obtidos pelo modelo proposto no terceiro caso apresentam um bom ajuste em relação aos resultados experimentais. O erro associado é baixo e a diferença em relação aos dados experimentais pode ser explicada pela diferença nas propriedades físicas do milho utilizadas. O modelo proposto é válido e possibilita a simulação de sistemas de injeção de ozônio em colunas. Foram simulados dois sistemas de injeção de ozônio: pela base do silo e por sondas. Para atingir a concentração de 50 ppm de ozônio (dose letal para insetos) em mais de 95 % da massa de grãos é necessária uma injeção mínima de ozônio pela base e por sonda de 1,27 kg s-1 e 9,50 kg s-1, respectivamente. Desta forma, conclui-se que a injeção pela base do silo é mais eficiente, pois requer um menor fluxo de massa. O modelo proposto para o transporte de ozônio em meios porosos é válido e pode ser utilizado em outros estudos de sistemas de injeção de ozônio em grãos.