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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Título [PT]: Transferência simultânea de calor e massa em secagem de grãos de cereais : uma abordagem por elementos de contorno
Autor(es): William Gonçalves Vieira
Palavras-chave [PT]:

Transferência de calor. Transferência de massa. Problemas de elementos de contorno. Métodos. Secagem de cereais. Transferência de calor e massa. Brasil.

Resumo: A secagem é um importante processo para conservação de grãos de cereais durante sua armazenagem. Para ser realizada de maneira adequada, é necessário conhecer seus mecanismos. No estudo destes mecanismos, é fundamental a utilização de experimentos de laboratório acompanhando uma situação real de secagem,e, de posse destes dados de laboratório, é que o mecanismo pode ser simulado computacionalmente. O estudo computacional, que é o objetivo deste trabalho, modela o fenômeno físico matematicamente e o processo é simulado numericamente. Neste trabalho, para modelagem matemática do problema de secagem, foi realizado um balanço de massa e energia em um corpo esférico chegando-se às equações da difusão de calor e massa. Nas equações obtidas, o termo - envolvendo gradiente mássico na equação da difusão térmica e o termo de vaporização de umidade na condição de contorno, tornam o problema acoplado, o que difere dos trabalhos existentes na literatura. A escolha do perfil esférico justifica-se por algumas espécies de grãos apresentarem forma aproximadamente esférica e pelas facilidades matemáticas. É utilizado o método de Elementos de Contorno para resolução do modelo, aproveitando a estrutura algébrica e computacional do modelo matemático. Além do modelo acoplado, foi resolvido um modelo desacoplado, com objetivo de comparar os resultados dos dois modelos. A modelagem foi aplicada a um grão de soja, considerado como um corpo esférico, poroso e isotrópico, com 3.5 mm de raio. As equações integrais resultantes da aplicação do método de Elementos de Contorno ao problema com e sem acoplamento de umidade, foram resolvidas pelo método de Colocação, utilizando-se 11 pontos de discretização no domínio, com elementos quadráticos e interpolando linearmente, também usando elementos quadráticos no tempo. Os resultados de umidade obtidos numericamente são comparáveis aos obtidos analiticamente e aos disponíveis na literatura. Os resultados de temperatura obtidos numericamente a partir do modelo com acoplamento de massa são comparáveis aos da literatura e se afastam dos resultados obtidas pelo modelo sem o termo de acoplamento de massa. Conclui-se então que o modelo com termo de acoplamento é adequado quando se deseja uma avaliação precisa do fenômeno. Esses resultados mostram também que o método de Elementos de Contorno se constitui numa técnica importante para analisar esses tipos de modelos por sua precisão, estabilidade e facilidade de programação computacional. Abstract: Drying is an important process for grains conservation during their storage. In order to be done it in a suitable way it is necessary to know its mechanisms. These mechanisms are studied by laboratories experiments and follow a real drying situation and then simulating this mechanisms in computer. The computer studies, which is the scope of this work, simulate the physics of the phenomena by mathematical equations and the process is numerically simulated by the Boundary Elements Method. For this, it was done both mass and energy balance in a spherical body and it was obtained the equations of mass and heat diffusion. In the resulted equations, the expressions involving mass gradient in the thermical diffusion equations and humidity vaporization expression in the boundary condition, become coupled the model in a way that is different from others in literature. The choice of spherical shape is because the mathematical facilities and by the fact of several grains present spherical shape profile. Boundary Element Method is used in order to take numerical and computational advantages from the mathematical model. Furthermore, an uncoupled model was also solved, in order to compare results from two models. The suggested modeling was applied to one soybean grain, considering it as a spherical, porous and isotropic body with 3.5 mm radius. The integral equations obtained by applying the boundary element method to the problem with and without moisture coupling was solved by the collocation method, using quadratic discretization in domain, and linear interpolation in time. The moisture results, obtained numerically, have good agreement to analytical and available literature results. The temperature's results obtained by the model with mass coupled were similar to literature results and they differ from the results obtained by the uncoupled mass term model. It concludes that the coupled model is suitable when one wish a precise evaluation from the phenomenon. Outcomes also show that the boundary element method is an important technique for analyzing cereal grain drying behavior by diffusion equation due its precision, stability and computers processing facilities.

Idioma: Português Data de Publicação: 1997 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Luiz Henry Monken e Silva Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Departamento de Engenharia Química Nível: Dissertação (mestrado)/ UEM: Pós-Graduação em Engenharia Química

Responsavel: beth
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: WilliamGV.pdf
Tamanho: 865 Kb (885298 bytes)
Criado: 06-08-2013 20:12
Atualizado: 06-08-2013 20:22
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