Aplicação da termodinâmica de processos irreversíveis à análise de secagem e determinação de propriedades térmicas de materiais porosos, por meio de funções de base radial

• Autor(a) principal: Santos, Gisele Tessari
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: LOCUS Repositório Institucional da UFV
• Texto Completo: http://locus.ufv.br/handle/123456789/713
• topic: Funções de base radial; Secagem; Radial basis functions; Drying; CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA

Este trabalho é composto por três seções. As duas últimas seções estão relacionadas à análise do processo de secagem de um grão de trigo. A primeira seção apresentou uma nova técnica numérica para resolver problemas transientes de dispersão de contaminantes em solos não saturados. O esquema numérico serviu como base para resolver as complexas equações de secagem. Grãos cereais são úteis para a humanidade e naturalmente complexos. Eles são anisotrópicos, termos-sensíveis e biologicamente degradáveis sob variações psicrométricas adversas. A secagem adequada pode minimizar o ataque de insetos, o crescimento de fungos, deterioração da qualidade e efeitos indesejáveis das condições ambientais. O número de variáveis que definem a secagem de grãos é grande e inclui, entre outras, propriedades termofísicas do produto, forma, composição biológica e comportamentos do teor de água e térmico, grau de anisotropia, uso final e custo. A segunda seção deste trabalho teve como objetivo analisar a secagem de um grão de trigo a fim de saber sobre seu comportamento sob diversas condições ambientais para um eventual controle refinado das condições de secagem. Nesta direção, um modelo de termodinâmica de processos irreversíveis composto de um sistema de duas equações diferenciais parciais não-lineares, com a temperatura e o teor de água de equilíbrio como variáveis dependentes, foi resolvido. O método de solução numérica consistiu de uma forma modificada do esquema de funções de base radial cúbica. Resolveu-se o modelo em coordenadas esféricas e coordenadas cilíndricas, com condições de contorno convectivas. Soluções com condições de contorno de Dirichlet e coordenadas esféricas também foram investigadas e comparadas com as outras soluções. Os resultados mostraram excelente acurácia dos modelos propostos, apontando que o uso de condições de contorno de Dirichlet pode levar a altos gradientes hídricos e térmicos na superfície. Apresentou-se uma breve análise a respeito do efeito de forma e anisotropia sobre o modelo esférico isotrópico proposto. Apresentaram-se e discutiram-se, em detalhes, resultados gráficos completos para quatro diferentes condições de secagem. A terceira parte deste estudo consistiu da análise da secagem de um grão de trigo com formatos de elipsóide prolato e de esfera a fim de melhor definir o modelo apropriado para simular o processo de secagem e permitir eventual projeto de secadores com minimização de danos causados pelos stresses hídricos e térmicos. Assim como na segunda seção deste trabalho, utilizou-se, para simular a secagem de trigo, um modelo embasado na termodinâmica de processos irreversíveis composto de um sistema de duas equações diferenciais parciais não lineares. O esquema de solução numérica consistiu de uma forma modificada do método de funções de base radial cúbica, utilizado para resolver o modelo em coordenadas cilíndricas, com condições de contorno convectivas. Os coeficientes obtidos incluem os coeficientes de transporte de líquido, vapor e de convecção de massa. Os resultados compararam-se, favoravelmente, com os resultados simulados e com os dados experimentais de Fortes et al. (1981a). Apresentou-se também uma breve discussão a respeito do efeito de forma e anisotropia na modelagem de secagem. Apresentaram-se os resultados para a condição de secagem especificada pela temperatura de bulbo seco de 47,0°C, umidade relativa de 33,8%, teor de água inicial do grão de trigo de 0,211 (base seca) e velocidade do ar de 1,5 m/s. Como dito anteriormente, a primeira seção deste trabalho serviu como base para o estudo do modelo de secagem de camada fina por meio da abordagem proposta por Fortes e Okos (1981). A principal motivação foi o fato de se disporem de soluções numéricas benchmark para o problema analisado de poluição de solos. Apresentou-se, então, o método de funções de base radial (FBR) com uma modificação no tratamento do processo de integração como uma ferramenta para resolver as equações de dispersão de contaminantes. Compararam-se sua precisão com a solução de referência obtida por meio da versão unidimensional do programa comercial HYDRUS. Os resultados mostraram que o método de FBR proposto é uma opção adequada para resolver problemas dominados pela advecção e problemas de transporte de solutos em solos. A solução obtida por meio do HYDRUS apresentou dispersão numérica para a concentração de soluto, enquanto o esquema de FBR modificado levou a soluções sem dispersão ou falsa difusão. O método apresentou-se, portanto, como uma opção para obtenção de soluções precisas.