Análises numérica e experimental das pressões em silos verticais de fundo plano com diferentes relações altura/diamêtro (H/D).

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: DORNELAS, Karoline Carvalho.
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG
Texto Completo: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/28842
Resumo: Na conjuntura econômica mundial, o crescimento vertiginoso da produção e exportação dos setores de agroindústria e de alimentos do Brasil, consolida o país como papel fundamental no setor, principalmente das commodities soja e milho, entretanto, o déficit de armazenagem configura um dos desafios da cadeia produtiva. Nesse contexto, os silos verticais metálicos apresentam-se como soluções alternativas tanto para indústrias quanto para produtores agropecuários. Contudo, silos são estruturas que podem apresentar elevadas falhas estruturais, especialmente pela diversidade de variáveis que afetam o comportamento das tensões e deformações nas paredes e fundo. Objetivou-se com o trabalho avaliar as pressões exercidas por produto granular (milho) nas paredes lisas de silo vertical, para diferentes relações de altura e diâmetro (H/D igual a 1, 2 e 3, respectivamente) e fundo plano concêntrico. As pressões estáticas e dinâmicas foram avaliadas em um silo piloto, cujo projeto baseia-se no princípio de modelos de Pieper e Schütz utilizado como padrão pela norma alemã DIN 1055-6 (2000), com capacidade total de armazenagem de 2,35 m3. Com base nos resultados experimentais, determinou-se experimentalmente o coeficiente de sobrepressão para as configurações estudadas. Para obtenção das propriedades físicas e de fluxo do produto foram realizados ensaios empregando-se equipamento de cisalhamento translacional conjugado com célula de cisalhamento denominada Jenike Shear Cell (TSG 70-140), de acordo com a metodologia recomendada pela British Materials Handling Posteriormente Board - BMHB. A partir destes resultados experimentais de pressões, pode-se confrontar os valores com as principais normas estrangeiras vigentes (ANSI/ASAE EP433.1:2019 e EN 1991-4:2006) e modelos teóricos (Rankine-Calil (2005) para silos baixos e Jenike et al. (1973) para silos esbeltos, fazendo-se um comparativo entre os principais métodos de previsão de pressões. Posteriormente, realizou-se simulação numérica, utilizando modelos de elementos finitos (MEF) para avaliar as pressões normais à parede. Os resultados obtidos numericamente foram comparados com as pressões normais nas paredes do silo obtidas experimentalmente. Estas informações se fazem importantes, por ser necessária ao projeto e desenvolvimento de silos, visando à integridade da estrutura e equipamentos durante o processamento de produtos, para diversas combinações entre relações H/D e formas de descarregamento. Os dados obtidos experimentalmente apresentam substancial contribuição. Conclui-se que a formulação de Rankine-Calil é a mais indicada parra silos metálicos de fundo plano baixos e a formulação de Jenike é a mais adequada para silos metálicos esbeltos de fundo plano (H/D=3). Em relação à análise comparativa das normas estrangeiras e dados experimentais, constatou-se que para a fase dinâmica, as pressões horizontais da parede podem exceder as obtidas pelo método de cálculo proposto pela ANSI/ASAE S433.1 para a relação H/D = 2, para silos cuja relação H/D=3, dentre as normas analisadas, a EN 1991-4:2006 ajustou-se melhor aos dados experimentais. Os coeficientes de sobrepressão obtidos decresceram ao longo da altura do silo. Os coeficientes de sobrepressão médios foram 1.11, 1.38 e 1.21, para H/D igual a 1, 2 e 3, respectivamente.
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Nesse contexto, os silos verticais metálicos apresentam-se como soluções alternativas tanto para indústrias quanto para produtores agropecuários. Contudo, silos são estruturas que podem apresentar elevadas falhas estruturais, especialmente pela diversidade de variáveis que afetam o comportamento das tensões e deformações nas paredes e fundo. Objetivou-se com o trabalho avaliar as pressões exercidas por produto granular (milho) nas paredes lisas de silo vertical, para diferentes relações de altura e diâmetro (H/D igual a 1, 2 e 3, respectivamente) e fundo plano concêntrico. As pressões estáticas e dinâmicas foram avaliadas em um silo piloto, cujo projeto baseia-se no princípio de modelos de Pieper e Schütz utilizado como padrão pela norma alemã DIN 1055-6 (2000), com capacidade total de armazenagem de 2,35 m3. Com base nos resultados experimentais, determinou-se experimentalmente o coeficiente de sobrepressão para as configurações estudadas. Para obtenção das propriedades físicas e de fluxo do produto foram realizados ensaios empregando-se equipamento de cisalhamento translacional conjugado com célula de cisalhamento denominada Jenike Shear Cell (TSG 70-140), de acordo com a metodologia recomendada pela British Materials Handling Posteriormente Board - BMHB. A partir destes resultados experimentais de pressões, pode-se confrontar os valores com as principais normas estrangeiras vigentes (ANSI/ASAE EP433.1:2019 e EN 1991-4:2006) e modelos teóricos (Rankine-Calil (2005) para silos baixos e Jenike et al. (1973) para silos esbeltos, fazendo-se um comparativo entre os principais métodos de previsão de pressões. Posteriormente, realizou-se simulação numérica, utilizando modelos de elementos finitos (MEF) para avaliar as pressões normais à parede. Os resultados obtidos numericamente foram comparados com as pressões normais nas paredes do silo obtidas experimentalmente. Estas informações se fazem importantes, por ser necessária ao projeto e desenvolvimento de silos, visando à integridade da estrutura e equipamentos durante o processamento de produtos, para diversas combinações entre relações H/D e formas de descarregamento. Os dados obtidos experimentalmente apresentam substancial contribuição. Conclui-se que a formulação de Rankine-Calil é a mais indicada parra silos metálicos de fundo plano baixos e a formulação de Jenike é a mais adequada para silos metálicos esbeltos de fundo plano (H/D=3). Em relação à análise comparativa das normas estrangeiras e dados experimentais, constatou-se que para a fase dinâmica, as pressões horizontais da parede podem exceder as obtidas pelo método de cálculo proposto pela ANSI/ASAE S433.1 para a relação H/D = 2, para silos cuja relação H/D=3, dentre as normas analisadas, a EN 1991-4:2006 ajustou-se melhor aos dados experimentais. Os coeficientes de sobrepressão obtidos decresceram ao longo da altura do silo. Os coeficientes de sobrepressão médios foram 1.11, 1.38 e 1.21, para H/D igual a 1, 2 e 3, respectivamente.In the global economic situation, the vertiginous growth of production and exports of the agroindustry and food sectors in Brazil, consolidates the country as a fundamental role in the sector, mainly of soy and corn commodities, however, the storage deficit configures one of the challenges of the chain productive. In this context, metallic vertical silos are presented as alternative solutions for both industries and agricultural producers. However, silos are structures that can present high structural failures, especially due to the diversity of variables that affect the behavior of stresses and deformations in the walls and bottom. The objective of this work was to evaluate the pressures exerted by a granular product (corn) on the smooth walls of a vertical silo, for different height and diameter ratios (H/D equal to 1, 2 and 3, respectively) and concentric flat bottom. Static and dynamic pressures were evaluated in a pilot silo, whose design is based on the principle of Pieper and Schütz models used as standard by the German standard DIN 1055-6 (2000), with a total storage capacity of 2.35 m3. Based on the experimental results, the overpressure coefficient was experimentally determined for the studied configurations. To obtain the physical and flow properties of the product, tests were carried out using translational shear equipment combined with a shear cell called Jenike Shear Cell (TSG 70-140), according to the methodology recommended by the British Materials Handling Posterior Board - BMHB . From these experimental pressure results, the values can be compared with the main current foreign standards (ANSI/ASAE EP433.1:2019 and EN 1991-4:2006) and theoretical models (Rankine-Calil (2005) for low silos and Jenike et al.(1973) for slender silos, making a comparison between the main pressure prediction methods.Later, a numerical simulation was carried out, using finite element models (FEM) to evaluate the pressures normal to the wall. The numerically obtained results were compared with the normal pressures on the silo walls obtained experimentally. This information is important, as it is necessary for the design and development of silos, aiming at the integrity of the structure and equipment during the processing of products, for different combinations between H/D ratios and unloading forms. The data obtained experimentally present a substantial contribution. It is concluded that the Rankine-Calil formulation is the most indicated for low flat bottom metal silos and the Jenike formulation is the most suitable for flat bottom slender metal silos (H/D=3). Regarding the comparative analysis of foreign standards and experimental data, it was found that for the dynamic phase, the horizontal wall pressures can exceed those obtained by the calculation method proposed by ANSI/ASAE S433.1 for the ratio H/D = 2, for silos whose H/D=3 ratio, among the norms analyzed, the EN 1991-4:2006 adjusted better to the experimental data. The overpressure coefficients obtained decreased along the height of the silo. TheEn la coyuntura económica mundial, el vertiginoso crecimiento de la producción y las exportaciones de los sectores de agroindustria y alimentos en Brasil, consolida al país como un papel fundamental en el sector, principalmente de commodities de soya y maíz, sin embargo, el déficit de almacenamiento configura uno de los Desafíos en la cadena productiva. En este contexto, los silos verticales metálicos se presentan como alternativas de solución tanto para las industrias como para los productores agrícolas. Sin embargo, los silos son estructuras que pueden presentar fallas estructurales altas, especialmente debido a la diversidad de variables que inciden en el comportamiento de los esfuerzos y deformaciones en las paredes y fondo. estaba dirigido con el trabajo de evaluar las presiones que ejerce el producto granular (maíz) sobre las paredes lisas del silo vertical, para diferentes relaciones de altura y diámetro (H/D igual a 1, 2 y 3, respectivamente) y fondo plano concéntrico. Se evaluaron presiones estáticas y dinámicas en un silo piloto, cuyo diseño se basa en el principio de los modelos de Pieper y Schütz utilizados como estándar por la norma alemana DIN 1055-6 (2000), con una capacidad total de almacenamiento de 2,35 m3. Basado en los resultados experimentos, el coeficiente de sobrepresión se determinó experimentalmente para las configuraciones estudió. Para obtener las propiedades físicas y de fluidez del producto se realizaron pruebas usando un equipo de corte traslacional combinado con una celda de corte denominada Jenike Shear Cell (TSG 70-140), según la metodología recomendada por los británicos Junta de Manejo de Materiales Posteriormente - BMHB. A partir de estos resultados experimentales de presiones, los valores se pueden comparar con las principales normas extranjeras vigentes (ANSI/ASAE EP433.1:2019 y EN 1991-4:2006) y modelos teóricos (Rankine-Calil (2005) para silos bajos y Jenike et al. (1973) para silos esbeltos, haciendo una comparación entre los principales métodos de pronóstico de presiones Posteriormente se realizó una simulación numérica, utilizando modelos de elementos finitos (MEF) para evaluar las presiones normales de la pared. Los resultados obtenidos numéricamente fueron en comparación con las presiones normales en las paredes del silo obtenidas experimentalmente. Estos la información cobra importancia, ya que es necesaria para el diseño y desarrollo de silos, con el objetivo a la integridad de la estructura y equipo durante el procesamiento de productos, por varios combinaciones entre ratios H/D y formas de descarga. Los datos obtenidos experimentalmente hacer una contribución sustancial. Se concluye que la formulación de Rankine-Calil es la más adecuada para silos metálicos bajos de fondo plano y la fórmula de Jenike es la más adecuada para silos metales esbeltos con fondo plano (H/D=3). En cuanto al análisis comparativo de normas fuentes extranjeras y datos experimentales, se encontró que para la fase dinámica, las presiones horizontales de la pared puede exceder los obtenidos por el método de cálculo propuesto por ANSI/ASAE S433.1 para el Relación H/D = 2, para silos cuya relación H/D=3, entre las normas analizadas, EN 1991-4:2006 se ajustó mejor a los datos experimentales. Los coeficientes de sobrepresión obtenidos disminuyeron con el tiempo. a lo largo de la altura del silo. Los coeficientes de sobrepresión medios fueron 1,11, 1,38 y 1,21 para H/D igual a 1, 2 y 3, respectivamente.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Tecnologia e Recursos Naturais - CTRNPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLAUFCGNASCIMENTO, José Wallace Barbosa do.NASCIMENTO, J. W. B.NASCIMENTO, JOSÉ W. B.http://lattes.cnpq.br/9274991135144621LOPES NETO, José Pinheiro.LOPES NETO, J. P.LOPES NETO, JOSÉ P.http://lattes.cnpq.br/1800101850675185GOMES, Josivanda Palmeira.GOMES, J. P.http://lattes.cnpq.br/2132187008397683CALIL JUNIOR, Carlito.CALIL JUNIOR, C.http://lattes.cnpq.br/9623336278199725GOMES, Francisco Carlos.GOMES, F. C.http://lattes.cnpq.br/9656483363249006CHEUNG, Andrés Batista.CHEUNG, A. B.http://lattes.cnpq.br/1543643691353412DORNELAS, Karoline Carvalho.2022-12-092023-02-15T14:16:59Z2023-02-152023-02-15T14:16:59Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/28842DORNELAS, Karoline Carvalho. Análises numérica e experimental das pressões em silos verticais de fundo plano com diferentes relações altura/diamêtro (H/D). 2022. 192 fl. (Tese de Doutorado), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2022. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/28842porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2023-02-15T14:18:36Zoai:localhost:riufcg/28842Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512023-02-15T14:18:36Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false
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