Simulação de deterioração e de distribuições de temperatura e teor de umidade em uma massa de grãos armazenados em silos com aeraçã

• Ano de defesa: 2002
• Autor(a) principal: Devilla, Ivano Alessandro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Palavras-chave em Português: Engenharia Agrícola; Armazenamento; Processamento; Produtos Vegetais; Qualidade; Aeraçao; Ciências Agrárias
• Link de acesso: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/9433

Este trabalho teve como objetivo geral a modelagem da distribuição de ar, de transferência de calor e de massa e da deterioração em um sistema constituído de grãos de milho armazenados em um silo metálico provido de aeração. Os objetivos específicos foram: (a) determinar, experimentalmente, os parâmetros (condutividade térmica, calor específico, difusividade térmica e massa específica) envolvidos nos modelos; (b) desenvolver, utilizando a técnica de elementos finitos, um modelo computacional, bidimensional, para predizer a distribuição de ar no interior de uma massa de grãos sob aeração; (c) desenvolver um modelo bidimensional para determinação da distribuição de temperatura e de teor de umidade no sistema durante o processo de aeração usando os resultados obtidos pelo modelo de distribuição de ar; (d) implementar um modelo para determinação da deterioração da massa de grãos utilizando os resultados obtidos pelo modelo de distribuição de temperatura e umidade e (e) obter, experimentalmente, as distribuições de temperatura e de teor de umidade, em uma massa de grãos de milho armazenada em um silo metálico cilíndrico, dotado de aeração visando à validação dos modelos de distribuição de ar e da transferência de calor e de massa. Equacionou-se a condutividade térmica de amostras de milho (w m -1 °C -1 ), com teor de umidade (U), na faixa de 11,3 a 18,4% b.u., como: k = 0,0024 U+0,127 ± 0,004302; o calor específico de amostras de milho (kJ kg -1 °C -1 ), com teor de umidade faixa de 11,3 a 18,4% b.u., como: c p = 0,0636 U + 1,0662. No modelo de distribuição de ar, o sistema modelado, consistiu de uma massa de grãos de milho (13% b.u.) contida, até uma altura de 1,6 m, em um silo metálico cilíndrico de 1,8 m de raio. O sistema foi considerado simétrico em relação ao eixo longitudinal central do silo, eixo Y. Escoamento de ar foi introduzido na parte inferior do sistema, através de uma abertura simulando um duto circular perfurado (largura de 0,2 m). A técnica de elementos finitos foi utilizada na modelagem da distribuição de ar do no silo. O sistema foi discretizado em 1550 elementos retangulares, totalizando 1632 nós. Foi considerado, nas simulações, que o produto oferece resistências ao escoamento do ar nas direções horizontal e vertical. O modelo para distribuição de ar no silo foi validado por meio de experimentos usando-se condições similares às simuladas e um fluxo de ar de 0,0157 m 3 s -1 m -2 de chapa perfurada. O sistema modelado (distribuição de ar), supracitado, foi utilizado no modelo de distribuição de temperatura, teor de umidade e deterioração dos grãos durante o processo de aeração. Desenvolveu- se um software, utilizando a linguagem Basic, para simular as variações de temperatura, teor de umidade e deterioração dos grãos de milho armazenados em silo metálicos cilíndricos durante o processo de aeração. O programa é composto de uma seção de entrada de dados e de três rotinas principais: (a) rotina para determinação da vazão de ar que aflue ou eflui de cada face dos elementos; (b) rotina para percorrer a malha de elementos; e (c) rotina para simulação das variações de temperatura, teor de umidade e deterioração dos grãos durante o processo de aeração. Visando, a validação do modelo de distribuição de temperatura e de teor de umidade, desenvolvido neste trabalho, grãos de milho (Zea mays L.), adquiridos pelo Centro de Produção da Universidade Federal de Viçosa, (safra 2000/2001), foram armazenados em um silo metálico cilíndrico, similar ao usado nas simulações. O lote continha grãos de diferentes variedades. Termopares "tipo T" (cobre-constantan) foram posicionados dentro do silo, em 11 pontos. Os valores das variáveis pertinentes ao experimento foram registrados com o auxílio de um sistema automático de aquisição de dados. Dois testes usando aeração contínua nos grãos foram executados, sendo que, antes de iniciar cada teste, a massa de grãos foi aquecida até, aproximadamente, 28 oC. Cada teste de aeração teve duração de 96 h, e durante os testes foram realizadas amostragens diárias em diversos pontos da massa de grãos, para determinação do teor de umidade. A distribuição de ar, proveniente das simulações, indicou a existência de zonas de baixa velocidade na massa de grãos, situadas na sua parte inferior, próximas ao centro do silo e à sua parede. As velocidades do ar na superfície da massa de grãos, simuladas e experimentais, tenderam a serem uniformes. A utilização da técnica de elementos finitos para a predição da distribuição do fluxo de ar, em silos providos de sistema de aeração, mostrou-se satisfatória e envolveu um erro relativo médio de 6,9%. O modelo de distribuição de temperatura, teor de umidade e deterioração dos grãos armazenados em silos metálicos cilíndricos, durante o processo de aeração, mostrou-se adequado. Os erros médios envolvidos na predição da temperatura e do teor de umidade foram inferiores a 9 e 6%, respectivamente. A deterioração média dos grãos, estimada pelo modelo, foi de 2,8 x10 -4 %.