3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.2 Resultados Experimentais e Simulados
Para validar a modelagem matemática do fluxo de grãos em diferentes condições de escoamento, foram confrontados os resultados obtidos nas simulações e no experimento.
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Na figura 3.2 o aparato está em um ângulo de 30°, as calhas nesta imagem estão posicionadas a 60º, no entanto ainda para este ângulo do aparato, foram realizadas simulações para os ângulos das calhas de 30º e 90°. Assim pode-se verificar que para esta angulação houve uma discrepância maior de erro quando a simulações em MED e os experimentos realizados, e também o tempo de escoamento foi mais longo.
Na figura 3.3 o aparato está inclinado a 45° e as calhas estão inclinadas a 30°. Foram realizadas outras simulações com esta inclinação do aparato e as calhas inclinadas a 60° e 90°. Com a realização desta simulação pode-se verificar que com o aumento da angulação houve uma concordância maior dos tempos da descarga que na figura 3.2.
Já na figura 3.4 a angulação do aparato foi de 90°, para esta angulação do aparato também foram realizadas outras simulações com os ângulos das calhas de 30° e 90°, as demais imagens das simulações realizadas podem ser observadas no apêndice. Pode-se perceber que a simulação em MED previu um fluxo de descarga com melhor precisão que as demais simulações das figuras anteriores.
Nesse sentido pode-se concluir que para o ângulo máximo do aparato de 90° houve melhor exatidão que nas demais simulações. Na tabela abaixo está um quadro comparativo nas diferentes condições de escoamento.
Tabela 3.2: Comparativo entre a simulação no Woo e experimento.
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Como pode ser visto no quadro comparativo, quanto maior o ângulo do aparato mais semelhante se torna a simulação em MED com o experimento. É possível analisar que o tempo e o padrão do fluxo da descarga possuem boa aceitação e precisão com relação aos experimentos.
A comparação entre os resultados experimentais e simulados mostram que o DEM pode prever adequadamente as principais características de um fluxo de partículas, assim, pode-se verificar que o comportamento das partículas de grãos flui mais rápido no centro do secador onde possuem velocidades maiores e menos atrito do que as partículas que ficam próximas à parede do aparato (Fig. 3.6). Essas partículas fluem com velocidades verticais menores devido ao efeito do atrito ser mais elevado (Mellmann, 2014).
Assim a figura 3.5 mostra o padrão do fluxo dos grãos tendo como parâmetro algumas partículas coloridas de soja em quatro diferentes tempos.
Figura 3.5: Padrão do escoamento das partículas em diferentes momentos.
Fonte: O autor, 2016.
Como se pode observar na figura 3.6 as paredes laterais e também as calhas ocasionam atrito nas partículas granulares, o que propicia em um fluxo não homogêneo. Isso está em concordância com os estudo de Keppler et al. (2011) onde os autores afirmam que as partículas localizadas rente as paredes do secador sofrem grande influência de atrito
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ocasionando em um retardo no fluxo. Nesse sentido, a massa de grãos que não encontra obstáculos possui um escoamento mais rápido comparado aos grãos que possuem atrito, o que acarreta em uma distribuição de velocidade não uniforme.
Ainda em concordância com Keppler et al.(2011), é possível compreender que o material granular em secadores de fluxo misto possuem velocidades verticais diferentes, resultando em diferentes tempos de residência da massa dos grãos.
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CONCLUSÕES
Essa dissertação apresentou a modelagem do fluxo de grãos de soja em diferentes condições de escoamento utilizando o Método dos Elementos Discretos. A construção de um aparato permitiu comparar o fluxo do material granular com o fluxo da simulação computacional e verificar a validade do sistema.
Através da construção do aparato pode-se verificar e analisar o funcionamento de um secador de fluxo misto industrial e compreender como ocorre o fluxo do material granular sob diferentes obstáculos de escoamento e também como acontece esse processo.
Com este estudo pode-se notar que as calhas posicionadas nas paredes do secador representam consideráveis obstruções no fluxo das partículas, percebendo que o padrão do fluxo não é homogêneo o que torna a velocidade não uniforme.
Assim como previsto na literatura, verificou-se que o tempo de escoamento dos grãos posicionados no centro do secador ocorre com velocidades maiores do que grãos localizados mais próximos da parede do aparato.
Verificou-se ao longo das simulações e experimento que o ângulo de inclinação do aparato bem como o ângulo da calha interfere no tempo e no padrão de escoamento.
A capacidade do modelo em prever a descarga foi testada por meio de procedimentos de validação, confrontando os resultados obtidos com os observados no aparato experimental. Assim as comparações entre as simulações computacionais e os experimentos mostram que o DEM prevê adequadamente as principais características do fluxo das partículas.
A construção de uma simulação no software Woo com aplicações em MED constituiu uma solução eficiente para o sistema permitindo analisar e avaliar o desempenho do fluxo de grãos, onde no MED os elementos são descontínuos, permitindo simulações com grande deformação sem necessidade de remalhamento, sendo este uma técnica computacionalmente lenta e complexa.
Ainda em relação ao modelo em DEM, analisou-se que a estrutura da partícula na forma esférica previu de maneira eficaz o padrão do fluxo de grão comparado com o experimento real.
Segue alguns itens como sugestão para trabalhos futuros:
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Realizar testes para analisar o fluxo de ar no interior do secador;
Melhorar o design do aparato de modo a homogeneizar o processo de secagem; Realizar testes e verificar a influência das paredes laterais sobre o fluxo de grãos; Mudar os parâmetros constitutivos dos materiais de análise e compará-los com os
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APÊNDICE
Imagens das simulações realizadas no software Woo.
Figura 3.6: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 30º e calhas 30º.
Fonte: o autor, 2015.
Nesta posição de calhas a 30º e o aparato também a 30º, pode-se perceber que até o instante 12s há uma boa precisão de escoamento tanto no aparato como na simulação no software Woo. Após este momento há uma discrepância de fluxo.
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Figura 3.7: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 30º e calhas 60º.
Fonte: o autor, 2016.
Para esta inclinação das calhas a 60° também se observa uma diferença significativa de escoamento em todos os instantes.
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Figura 3.8: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 30º e calhas 90º.
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Figura 3.9: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 45º e calhas 30º.
Fonte: o autor, 2016.
Para esta simulação, com o ângulo do aparato a 45º verifica-se uma melhor uniformidade no escoamento, tanto no real quanto no simulado.
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Figura 3.10: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 45º e calhas 60º.
Fonte: o autor, 2016.
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Figura 3.11: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 45º e calhas 90º.
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Figura 3.12: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 90º e calhas 30º.
Fonte: o autor, 2016.
Verifica-se uma boa precisão no escoamento, no entanto ainda há diferenças quanto à angulação das calhas a 30°.
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Figura 3.13: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 90º e calhas 60º.
Fonte: o autor, 2016.
Observa-se que quanto maior a angulação das calhas e do aparato, melhor precisão há no escoamento dos grãos.
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Figura 3.14: Comparação entre o fluxo de grãos de soja para o ângulo do aparato de 90º e calhas 90º.
Fonte: o autor, 2016.
Nota-se boa precisão entre o escoamento real e simulado para este ângulo das calhas a 90°.
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