Simulação da variação de temperatura em milho armazenado em silo metálico

• Ano de defesa: 2001
• Autor(a) principal: Andrade, Ednilton Tavares de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Palavras-chave em Português: Armazenamento de grãos; Elementos finitos; Transferência de calor; Qualidade; Milho; Ciências Agrárias
• Link de acesso: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/9418

Este trabalho teve como objetivo geral a modelagem da transferência de calor em uma massa de grãos de milho, armazenada em um silo metálico, na presença de fontes internas de calor e condições ambientais externas variáveis. Os objetivos específicos foram: (a) simular variações de temperatura em um sistema tridimensional com fontes internas de calor para predizer a distribuição de temperatura no interior do silo, usando a técnica de elementos finitos; (b) determinar, experimentalmente, os parâmetros envolvidos no modelo; (c) obter, experimentalmente, a distribuição temporal de temperatura em uma massa de grãos de milho armazenada em um silo cilíndrico visando a validação do modelo; (d) investigar o efeito temporal das variações das condições externas na qualidade da massa de grãos armazenada. Foi utilizado um silo vertical (cilíndrico e de chapa de aço corrugado), de 3,6 m de diâmetro e 2,2 m de altura. A altura da massa de grãos, no interior do silo, foi igual a 1,7 m. Foi considerado no modelo uma transferência de calor tridimensional, em regime transiente, com geração interna de calor (simulando desenvolvimento de fungos e insetos) e influências dos elementos meteorológicos do ambiente externo (temperatura do ar, radiação solar e velocidade do vento). A solução aproximada da equação de transferência de calor por condução (tridimensional, transiente e com geração de calor) foi obtida usando a técnica de elementos finitos. Inicialmente, o sistema foi dividido em 1728 elementos tridimensionais, do tipo SOLID70, totalizando 2169 nós. Para a obtenção de equações que descrevessem as temperaturas às quais os contornos da massa de grãos (superfície superior, inferior e lateral) ficaram submetidos, houve necessidade de determinar os seguintes parâmetros: (a) fluxo de radiação solar; (b) coeficiente de convecção para a parede externa do silo-ar ambiente; (c) coeficientes de convecção para superfícies da massa de grãos e (d) taxa de calor gerada por insetos e fungos. Visando a validação do modelo de transferência de calor desenvolvido neste trabalho, grãos de milho (Zea mays L.) foram armazenados em uma estrutura metálica, similar à usada nas simulações. Os grãos (variedade “Vencedor”), provenientes da safra de janeiro de 2000 e procedentes do Município de Viçosa-MG, foram colhidos e trilhados mecanicamente. Os grãos, com um teor de umidade inicial médio de 13,1% b.u. foram armazenados no silo durante 161,5 dias (20 de junho a 29 novembro de 2000). Termopares “tipo T” (cobre-constantan) foram posicionados em 64 pontos dentro do silo. Quarenta destes pontos localizavam-se no interior da massa de grãos, enquanto que os outros, localizavam-se na superfície inferior, superior e acima da massa de grãos. Os valores das variáveis pertinentes ao experimento foram registrados com auxílio de um sistema automático de aquisição de dados. Durante o período de armazenamento dos grãos de milho, amostras do produto foram coletadas, a cada trinta dias, visando o acompanhamento da qualidade do material (testes padrão de germinação, massa específica, condutividade elétrica e teor de umidade). A modelagem, usando a técnica de elementos finitos, de transferência de calor tridimensional em uma massa de grãos de milho, armazenada em silo metálico, sujeito às variações da temperatura ambiente, mostrou-se adequada, podendo ser utilizada em outras aplicações. O erro percentual médio das temperaturas simuladas, durante o armazenamento do produto, foi de aproximadamente 2,2%. Equacionou-se a condutividade térmica de amostras de milho, com um teor de umidade (U) na faixa de 8,6 a 17,1% b.u., como: k = 0,00434 U + 0,10473 (±0,00501) W m -1 oC -1 . O erro aproximado na utilização desta equação é de 3%; o calor específico de amostras de milho, com um teor de umidade na faixa de 8,6 a 17,1% b.u., equacionado como: C = 54,453 U + 1332,7 J kg -1 oC -1 ; As superfícies externas do silo situadas na região Norte e Sul foram, respectivamente, a mais quente e a mais fria, durante o período de armazenamento; gradientes de temperatura, existentes na superfície externa do silo, são uma função da radiação solar. Porém, estes gradientes não puderam ser observados em camadas mais profundas do silo. A modelagem, usando a técnica de elementos finitos, da transferência de calor tridimensional em uma massa de grãos de milho, armazenada em silo metálico, sujeito às variações da temperatura ambiente e com geração de calor não proporcionou resultados satisfatórios. As temperaturas simuladas na massa de grãos foram sempre maiores que os valores experimentais. Existe a necessidade da introdução da transferência de calor por convecção natural no modelo. A qualidade fisiológica dos grãos foi afetada pelo período de armazenagem do produto. Entretanto, a localização dos grãos no interior do silo não influenciou na manutenção de sua qualidade; exceção se faz à camada superior da massa (1,7 m), onde ocorreu uma redução significativa de qualidade do produto, devido a problemas durante o período de armazenamento. Grãos armazenados na superfície superior apresentaram maior perda de qualidade que aqueles armazenados na superfície inferior, devido aos maiores gradientes de temperatura e umidade relativa impostos aos grãos, nesta região, durante o período de armazenamento. A qualidade física dos grãos foi afetada pelo período de armazenagem; os grãos armazenados próximos às superfícies do silo, interface com o ambiente, foram os mais afetados.