Propriedades físicas e de fluxo de produtos granulares para projeto de silo
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i10.18754Palavras-chave:
Milho; Trigo; Célula de cisalhamento de Jenike; Características de fluxo.Resumo
O conhecimento das propriedades físicas e de fluxo dos produtos a se armazenar são fundamentais para determinação do tipo de fluxo em silos, tremonhas e transportadores, possibilitando manuseio e processamento adequados do produto, de tal modo que se obtenha uma estrutura econômica, segura e com durabilidade, assumindo elevado interesse no Brasil pelo fato do país não possuir norma de dimensionamento e projeto dessas estruturas. Buscou-se neste trabalho contornar essa limitação pela determinação das propriedades físicas e de fluxo de dois produtos agrícolas expressivos nacionalmente (grãos de milho e trigo) que poderão ser inseridas em uma futura norma brasileira de ações e fluxo em silos. Na obtenção dos dados, foi utilizado o aparelho de cisalhamento direto por translação (TGS 70-140) e duas superfícies de parede: aço liso e rugoso, por serem os materiais com maior possibilidade de uso na construção de silos. Determinou-se as propriedades de fluxo (peso específico consolidado, angulo de atrito interno instantâneo, efetivo ângulo de atrito interno instantâneo, ângulo de atrito com a parede e coesão) e as propriedades físicas (granulometria e teor de umidade) dos produtos. Os valores experimentais foram confrontados com os prescritos pelas normas estrangeiras Eurocode 1 e ISO 11697. Com base nos resultados obtidos, verifica-se que as propriedades de ambos os produtos diferem dos valores propostos pelas referidas normas, estando alguns parâmetros superestimados em relação aos obtidos experimentalmente. Os valores obtidos poderão ser utilizados como parâmetros para elaboração de projeto de silo, predição de equipamentos e processamento do tipo de fluxo para as cultivares nacionais de milho e trigo, respeitando as especificidades intrínsecas as cultivares nacionais.
Referências
Alonso-Miravalles, L., Zannini, E., Bez, J., Arendt, E. K. & O'Mahony, J. A. (2020). Physical and flow properties of pseudocereal-based protein-rich ingredient powders. Journal of Food Engineering, 281: 109973.
Ambrose, R. P. K., Jan, S. & Siliveru, K. (2016). A review on flow characterization methods for cereal grain-based powders. Journal of Food Measurement and Characterization, 96: 359-364.
Baroni, G. D., Benedeti, P. H. & Seidel, D. J. (2017). Cenários prospectivos da produção e armazenagem de grãos no Brasil. Revista Thema, 14(4): 55-64.
BMHB - British Materials Handling Board. Draft code of practice for the design of silos, bins, bunkers and hoppers. Berkshire: BMHB, 1985. 143p.
Calderón, C. A., Olivares, M. C. V., Uñac, R. O. & Vidales, A. M. (2017). Correlations between flow rate parameters and the shape of the grains in a silo discharge. Powder Technology, 320: 43-50.
Calil Júnior, C. (1984). Sobrepeciones em las paredes de los silos para almacenamiento de productos pulverulents cohesivos. Tese de Livre Docência, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.
Calil Júnior, C. (1990). Recomendações de fluxo e de cargas para o projeto de silos verticais. Tese (Livre Docência) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.
Calil Júnior C, Cheung AB (2007) Silos: Pressões, fluxo, recomendações para o projeto e exemplos de cálculo. São Carlos: EESC. 232p.
Cheng, X. D., Lu, L. L. & Shi, C.X. (2012). The experimental research on friction properties of wheat. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 27(4):15-19.
CONAB - Companhia Nacional de Abastecimento (2021). Acompanhamento safra brasileira de grãos, v.8– Safra 2020/21, n. 4 - Quarto levantamento, Brasília, p. 1-85, Janeiro 2021. ISSN 2318-7913. https://www.conab.gov.br/info-agro/safras/graos/boletim-da-safra-de-graos.
Costa, C. A. da, Lopes Neto, J. P., Nascimento, J. W. B. do, Diniz, M. J. & Silva, V. R. da. (2014). Propriedades mecânicas e de fluxo de produtos agroindustriais. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 18:774–780.
EN 1991-4: EUROCODE 1. Actions on structures - Part 4: Silos and tanks. European Committee for Normalisation. 108 p.
Fank, M. Z., Nascimento, J. W. B. do, Cardoso, D. L., Meira, A. S. & Willrich, F. L. (2018). Pressões verticais e força de fricção compressiva em um grande silo. Engenharia Agrícola, 38 (4): 498-503.
Fank, M. Z. (2017). Pressões em silos verticais cilíndricos metálicos: determinação experimental e cálculos teóricos por normas estrangeiras. Campina Grande: UFCG. 170p. Tese Doutorado.
Fank, Marivone Z., Nascimento, José W. B. do, Cardoso, Décio L., Meira, Ariadne S., & Willrich, Fábio L. (2018). Vertical pressures and compressive friction force in a large silo. Engenharia Agrícola, 38(4): 498-503.
Fonseca, J. J. S. Metodologia da pesquisa científica. Fortaleza: UEC, 2002. Apostila.
Fürll, C. & Hoffmann, T. (2015). Assessment of the flow properties of crushed grain products depending on the granulometric condition. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 17(4): 377–386.
García-Triñanes, P., Luding, S. & Shi, H. (2019). Tensile strength of cohesive powders. Advanced Powder Technology, 30(12): 2868-2880.
Gil, A. C. Como elaborar projetos de pesquisa. 4. ed. São Paulo: Atlas, 2007.
Gerhardt, T. E. & Silveira, D. T. Métodos de pesquisa. Porto Alegre: Editora da UFRGS, 2009.
Grudzień, K., Chaniecki, Z. & Babout, L. (2018). Study of granular flow in silo based on electrical capacitance tomography and optical imaging. Flow Measurement and Instrumentation, 62: 186-195.
Guo, Z., Shan, Z., Du, D., Zhao, M. & Zhang, M. (2018). Experimental investigation on the flow properties of sand granules in the process of sand mold printing. Rapid Prototyping Journal, 24(9): 1599-1608.
Horabik, J., Parafiniuk, P. & Molenda, M. (2016). Experiments and discrete element method simulations of distribution of static load of grain bedding at bottom of shallow model silo. Biosystems Engineering, 149: 60-71.
International Organization for Standart. ISO 11697. Bases for design of structures: Loads due to bulk materials. Switzerland: International Standard. London, 2012.
Jager, P. D., Bramante, T. & Luner, P. E. (2015). Assessment of pharmaceutical powder flowability using shear cell‐based methods and application of Jenike's methodology. Journal of Pharmaceutical Sciences, 104(11): 3804-3813.
Jin, Y., Lu HF, Guo, X. L. & Gong, X. (2018). The effect of water addition on the surface energy, bulk and flow properties of lignite. Fuel Processing Technology, 176: 91-100.
Lopes Neto, J. P. & Nascimento, J. W. B. do (2013). Características de fluxo e projeto de tremonhas cônicas em silos verticais. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 17(3): 339-345.
Lopes Neto, J. P., Nascimento, J. W. B. do & Fank, M. Z. (2014). Forças verticais e de atrito em silos cilíndricos com fundo plano. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 18(6):652–657.
Macri, D., Chirone, R., Salehi, H., Sofia, D., Materazzi, M., Barletta, D., Lettieri, P. & Poletto, M. (2020). Characterization of the bulk flow properties of industrial powders from shear tests. Processes, 8(5): 540.
Malagalage, A., Ratnayake, C., Saasen, A., Thomassen, T. & Von-Hafenbrädl, F. O. (2018). Flow properties of drill cuttings with varying drilling fluid content using jenike shear testing. Chemical Engineering & Technology, 41(8): 1544-1550.
Mallick, S. S., Rohilla, L., Garg, V. & Setia, G. (2018). Modeling flow properties of fine dry powders using particle morphological properties and its effects on geometry of fly ash evacuation hoppers. Particulate Science & Technology, 36(4): 464–472.
Meira, A. S., Mota, E. L., Bandeira, D. J. A., Silva, V. R. & Silva, L. A. (2019). Propriedades de fluxo e pressões para projeto de silo vertical armazenador de açúcares. Revista Engenharia na Agricultura – Reveng, 27(2): 104-110.
Mellmann, J., Hoffmann, T. & Fürll, C. (2013). Flow properties of crushed grains as a function of the particle shape. Powder Technology, 249:269-273.
Mitra, H., Pushpadass, H. A., Franklin, M. E.E., Ambrose, R. P.K., Ghoroi, C. & Battula, S. N. (2017). Influence of moisture content on the flow properties of basundi mix. Powder Technology, 312:133-143.
Moya, M., Aguado, P. J. & Ayuga, F. (2013). Mechanical properties of some granular agricultural materials used in silo design. Intitute of Agrophysics, 27:181-193.
Nascimento, J. W. B. do. (1996). Estudos de silos metálicos prismáticos para fábricas de ração. São Carlos: Tese Doutorado USP, 222p.
Palma, G. (2005). Pressões e fluxos em silos esbeltos (h/d ≥ l,5). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. Dissertação de Mestrado.
Ramírez-Gómez, Á. (2016). Research needs on biomass characterization to prevent handling problems and hazards in industry. Particulate Science & Technology, 34(4): 432–441.
Ripp, M., Debele, Z. A. & Ripperger, S. (2015). Determination of Bulk Flow Property of tef Flour and Seed and Design of a Silo. Particulate Science & Technology, 33(5): 494–502.
Salehi, H., Barletta, D. & Poletto, M. (2017). A comparison between powder flow property testes. Particuology, 32:10-20.
Siliveru, K., Ambrose, R.P.K. & Vadlani, P.V. (2017). Significance of composition and particle size on the shear flow properties of wheat flour J. Sci. Food Agric., 97:2300-2306.
Souza, G. F. M. V., Miranda, R. F., Barrozo, M. A. S. (2015). Soybean (Glycine max L. Merrill) Seed Drying in Fixed Bed: Process Heterogeneity and Seed Quality.Drying Technology, 33(14): 1779-1787.
Stasiak, M., Molenda, M., Bańda, M. & Gondek, E. (2015). Mechanical properties of sawdust and woodchips. Fuel, 159: 900-908.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2021 Karoline Carvalho Dornelas; Valneide Rodrigues da Silva; Yokiny Chanti Cordeiro Pessoa; José Wallace Barbosa do Nascimento
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.
