Simulação do processo de resfriamento de grãos usando a mecânica dos fluidos computacional - Coelho, Marcelo Pereira (2009)
A safra de grãos 2007/2008 foi uma das maiores na história do Brasil. Foram produzidos em torno de 143,87 milhões de toneladas, com destaques para o milho e soja, que respondem por aproximadamente 84% desse total. A aeração é feita com o objetivo de manter a qualidade inicial dos grãos durante o período de armazenamento, conservando a temperatura dos grãos baixa e inibindo o desenvolvimento de pragas. Entretanto, em locais de clima tropical ou subtropical, muitas vezes, é difícil executar a aeração com ar ambiente com sucesso, sendo necessário resfriar o ar para efetuá-la. Nesse contexto, a mecânica dos fluidos computacional (CFD) surge como técnica importante para predição, manipulação e estudo dos processos de resfriamento em sistemas de armazenamento de grãos. Assim, objetivou-se com este trabalho modelar o processo de resfriamento de grãos armazenados a granelutilizando a técnica de CFD aplicada a meios porosos. Foi modelado um caso advectivo-difusivo unidimensional, em regime transiente, com solução analítica conhecida. As simulações foram xiv realizadas variando-se o número de Péclet (Pe), com o objetivo de averiguar se o programa ANSYS CFX sp1 possui alguma limitação para a solução de problemas desse tipo. O segundo caso foi um estudo do escoamento de ar em um leito fixo poroso, considerando-se a variação da porosidade axial devido à compactação dos grãos, em que as medidas experimentais de Devilla et al. (2005) foram comparadas com os resultados obtidos nas simulações. O terceiro caso estudado foi um problema deresfriamento de grãos de soja em um leito fixo, validado com dados experimentais. No primeiro caso, verificou-se que, quanto menor o valor de Pe, maior o gradiente do escalar entre a entrada e saída da coluna (predomínio do termo difusivo). Observou-se, ainda, que para elevados valores de Pe um refinamento de malha deve ser efetuado para minimizar o efeito da falsa difusão. Entretanto, o programa computacional não apresentou limitações que impeçam a análise de problemas adivectivo-difusivos. Os resultados obtidos pelo modelo proposto no segundo caso apresentam bom ajuste em relação aos resultados experimentais. O erro relativo associado foi baixo (6,86%), e a diferença em relação aos dados experimentais pode ser explicada pelo fato de que neste trabalho não foi considerada a variação da porosidade axial e radial pelo acúmulo de partículas finas. O modelo proposto é válido e possibilita a simulação de sistemas de escoamento de ar em silos armazenadores de grãos. Os resultados do terceiro caso indicam a boa concordância entre os dados experimentais, confirmando a validade do modelo proposto. Desse modo, conclui-se que o modelo termofluidodinâmico em meios porosos proposto para o resfriamento é válido e pode ser utilizado em outros estudos de sistemas de resfriamento de grãos.