Transferência de calor em um silo armazenador de arroz: uma abordagem pelo método explícito das diferenças finitas para dois modelos transientes unidimensional e bidimensional

• Autor(a) principal: Toni, Pétra Thalía De
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca
• Texto Completo: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/9206
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA; Modelagem matemática; Arroz; Armazenagem de grãos; Transferência de calor

O arroz e um dos cereais mais consumidos no mundo, sendo uma das culturas mais importantes no Sul do Brasil, porém, é um grão suscetível ao dano térmico, mecânico e, principalmente, ao ataque de pragas e fungos quando submetido a condições inadequadas de temperatura e umidade. Devido a isso, necessita de muitos cuidados em seus processos de colheita e pós-colheita, para que chegue em bom estado ao consumidor. Dentre esses cuidados, está a necessidade de um armazenamento cuidadoso em seu silo, pois uma má estocagem pode acarretar em prejuízos irreparáveis aos produtores, como perda total ou parcial dos grãos e, por consequência, prejuízo monetário. Nesse sentido, a modelagem matemática permite avaliar e prever dentro de certos parâmetros, não livre de erros, a temperatura interna de um silo e, assim, analisar a melhor ferramenta preventiva para que o grão mantenha suas propriedades físicas e nutricionais ideais. Nesse sentido, através das relações de modelos matemáticos, visa-se reduzir os danos provenientes das más conduções do processo relacionado a armazenagem do grão. Assim, o principal objetivo do presente trabalho é modelar o processo de transferência de calor pelo método explícito das diferenças finitas, aplicado a um protótipo de silo contendo grãos de arroz em casca, e comparar os dados simulados com os experimentais existentes na literatura. Buscando realizar essa comparação, apresentar-se-á dois modelos matemáticos transientes, sendo eles: unidimensional e bidimensional. Nos dois modelos, serão analisados a difusividade térmica dos grãos com valor médio e variável (com a umidade e a temperatura do grão). As simulações numéricas foram obtidas através da plataforma ´ Google Colaboratory e, por meio destas, foram analisados os gráficos entre as aproximações de ordem dois e quatro para o modelo unidimensional com difusividade térmica com valor médio e, para aproximação de ordem dois os modelos unidimensional com difusividade térmica variável e bidimensional com valor médio e variável. Além disso, foram analisados os índices estatísticos, os coeficientes de correlação e determinação entre as temperaturas observadas e a predita. A metodologia escolhida mostrou-se satisfatória, pois os dados obtidos aproximam-se dos dados da literatura, se adequando ao processo físico do sistema. Nesse sentido, a metodologia é de suma importância para problemas mais complexos, como no caso da difusividade térmica variável, uma vez que para equações diferenciais parciais não lineares não é viável tal resolução de forma analítica, sendo esse o diferencial da pesquisa. Ademais, os índices estatísticos são próximos aos valores ideais, tendo correlação positiva muito forte para ambos os cabos dos modelos unidimensional e bidimensional (valor médio e variável).