Métodos de resolução dos modelos

Utilizou-se para a resolução dos modelos propostos o Método dos Volumes Finitos para resolver o caso da passagem de ar através do riser no software ANSYS Fluent e o Método dos Elementos Discretos (DEM) para resolver a interação gás-sólido pelo software ROCKY.

O software ANSYS Fluent valendo-se da fluidodinâmica computacional (CFD), auxilia a análise de sistemas que envolvem fluxo de fluidos, transferência de calor, combustão, etc, por meio de simulação computacional baseada nos volumes finitos para a solução das equações da continuidade. No caso desse trabalho foi utilizado o algoritmo SIMPLE.

Tal algoritmo utiliza a relação entre velocidades e correções de pressão para forçar a conservação de massa e obter o campo de pressão.

Assim, para a resolução do problema de passagem do ar no tubo utilizado nas simulações gerou-se uma malha no software ICEM 14.0, contendo os volumes de controle no interior do mesmo, nos quais o software Fluent aplicou seu algoritmo para resolução do modelo proposto.

Para o caso da simulação 1 via a malha projetada no tubo foi desenvolvida de modo a ter um bom grau de refinamento, uma vez que apenas os resultados relativos à passagem de ar serão utilizados para posterior acoplamento com a avaliação discreta das partículas.

A seguir, são apresentadas as Figuras 58 em que se detalha a malha utilizada na resolução do modelo com acoplamento 1 via, sendo a mesma não-estruturada, composta por elementos hexaédricos, contendo um total de 98.383 destes e 93.800 nós.

Figura 58: Malha utilizada na simulação 1 via a) malha inteira b) detalha saída inferior c) detalhe da saída superior d) detalhe da alimentação.

Já para o caso do acoplamento 2 vias, as tradicionais recomendações de CFD a respeito do refinamento da malha para a captura precisa de limites pode ser ignorada. Isso porque esse tipo de acoplamento usa um procedimento de médias de células vizinhas com o objetivo de evitar frações de alto volume em uma determinada célula do domínio CFD, distribuindo o volume das partículas que estão posicionadas nos limites celulares entre as células adjacentes.

Assim, esta metodologia é proposta para lidar com um grande número de partículas dentro de uma célula da malha e não para lidar com partículas maiores que esta. Portanto, é recomendado que o tamanho da malha seja maior do que o maior tamanho de partícula em todo o domínio da simulação.

Algumas regiões com geometria detalhada e gradientes fortes podem ter células menores, mas os resultados do acoplamento 2 vias nessas regiões serão menos precisos.

A malha projetada para a simulação do acoplamento 2 vias pode ser vista em detalhes nas Figuras 59. Assim como a malha gerada para ser utilizada no acoplamento 1 via, a malha é não estruturada e composta por elementos hexaédricos, só que nesse caso num total de 10.790 e 9.843 nós, com a maioria dos elementos com dimensões na ordem de centímetros.

Figura 59: Malha utilizada na simulação 2 vias a) malha inteira b) detalha saída inferior c) detalhe na saída superior d) detalhe na alimentação.

Assim, os resultados da passagem de ar pelo tubo foram importados para o software ROCKY que resolveu as equações dos modelos de movimento das partículas levando em consideração a interação dessas com o fluido. Reiterando, no caso 1 via apenas o fluido influenciou no movimento das partículas, já no caso 2 vias o movimento das partículas pode causar mudanças no comportamento do fluido.

Os softwares utilizados para a resolução dos modelos propostos neste trabalho foram o ANSYS Fluent (http://www.ansys.com/Products/Fluids/ANSYS-Fluent), versão 16.2, e o Rocky DEM (http://www.rocky-dem.com/), versão 3.11. .

Os hardwares utilizados foram:

- 1 Microcomputador com processador Intel Core i5-4400 (3M cache 3,7Ghz) com 8Gb de memória DDR3 1600MHz

- 1 Placa de vídeo GeForce GTX TITAN X, cujas especificações do fabricante podem ser consultadas em: http://www.nvidia.com.br/object/geforce-gtx-titan-x- br.html#pdpContent=0

As simulações 1 via duraram cerca de 10 dias cada, as 2 vias aproximadamente o dobro, em torno de 20 dias cada.

CAPÍTULO 5

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Antes de apresentar os resultados da simulação, é importante mostrar a caracterização das partículas simuladas. Avaliando as partículas que compõe as diferentes frações para formar o bagaço integral, notou-se que a fração considerada medula apresenta uma relação comprimento/largura unitária podendo ser modelada por esferas, já as fibras e a casca com valores mais altos das relações de comprimento/largura podem ser modeladas por cilindros (RASUL et al, 1998). A relação de aspecto, definida como a proporção do comprimento projetado no eixo de simetria para o diâmetro máximo normal ao eixo, apresentado na Tabela 6, item 4.2, permite classificar o grupo 1 de partículas separadas como medula, grupos 2, 3 e 4 como fibra e grupos 5, 6 e 7 como casca (CLIFT et al., 1978).

Classificando as partículas como proposto por Geldart, Tabela 6, item 4.2, foi possível identificar três grupos diferentes, o grupo A é constituído por partículas finas que podem apresentar comportamento homogêneo, o grupo B apresenta tamanhos intermediários de partículas e fluxo heterogêneo e o grupo D constituído por partículas grosseiras que apresentam fluidização com formação de canais preferenciais normalmente encontrados em leitos de jorro. Assim, conclui-se que a medula pertence ao grupo A, a fibra ao grupo B e casca ao grupo D (GELDART, 1973). A classificação das partículas é importante para entender que tipo de partícula foi separada em experimentos de simulação e também nas considerações da construção de equipamentos reais para separar as frações específicas do bagaço.

A seguir são apresentados os resultados das simulações considerando a simulação 1 via com o bagaço a umidade de equilíbrio e as simulações 2 vias com o bagaço a umidade de equilíbrio e também úmido.