AIRE 2 SOFTWARE PARA O DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE AERAÇÃO

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1 AIRE 2 SOFTWARE PARA O DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE AERAÇÃO CLAYTON VIEIRA FRAGA FILHO 1 DANIELA DE CARVALHO LOPES 2 VALDONI RODRIGUES ROCHA 3 PAULO MÁRCIO DE FREITAS 4 EVANDRO DE CASTRO MELO 5 RESUMO O dimensionamento adequado de sistemas de aeração é essencial para que resultados satisfatórios sejam obtidos com a aplicação desta tecnologia. Os procedimentos e regras utilizados no dimensionamento de sistemas de aeração envolvem métodos iterativos e uma grande quantidade de cálculos, tornando este processo dispendioso. Portanto, foi desenvolvido um software que realize este dimensionamento e auxilie o profissional da área de armazenamento nesta tarefa. O software AIRE 2 é capaz de realizar o dimensionamento de sistemas de aeração por insuflação em graneleiros com fundo plano, silos com fundo plano e silos com fundo cônico. O AIRE 2 foi desenvolvido utilizando-se o ambiente Borland Delphi 7.0 e o banco de dados Microsoft Access, sendo compatível com processadores Pentium e superiores. De acordo com testes realizados, pode-se concluir que o software AIRE 2 apresenta resultados satisfatórios, recomendando-se sua utilização como ferramenta de apoio a professores, estudantes, engenheiros e consultores da área de armazenagem. PALAVRAS CHAVE: aeração de grãos, dimensionamento, armazenamento. AIRE 2 - SOFTWARE FOR AERATION SYSTEMS SIZING ABSTRACT The suitable aeration systems sizing is essential for reliable results be achieved by using this technology. Procedures and rules used in aeration systems sizing require several iterative methods and many calculations, becoming a hard work process. Therefore, was developed a computer program that realizes this sizing and helps storage professionals. This program, named AIRE 2, was developed for accomplishing up-flow aeration systems sizing for flat storages, flat-bottom bins and cone-bottom bins. AIRE 2 was developed using Borland Delphi 7.0 and Microsoft Access database. Requires a Pentium PC or higher. According to tests results, can be conclude that AIRE 2 is capable of sizing aeration systems in a reliable way. It s recommended as a help tool for teachers, students, engineers and consultants that work with stored grain. KEYWORDS: grain aeration, sizing, storage. 1 Analista de Sistemas, Cientec, Av. P. H. Rolfs 305/20 - Viçosa - MG - clayton@cientec.net 2 Doutoranda, DEA UFV, , Viçosa, MG, danielaclopes@gmail.com. 3 Analista de Sistemas, Cientec, Av. P. H. Rolfs 305/20 - Viçosa MG valdoni@cientec.net 4 Especialista, Cientec, Av. P. H. Rolfs 305/20 - Viçosa MG paulo@cientec.net 5 Professor, DEA UFV, , Viçosa, MG, evandro@ufv.br

2 1. INTRODUÇÃO O dimensionamento de sistemas de aeração consiste na determinação da capacidade da estrutura de armazenagem, na seleção dos ventiladores mais apropriados (tipo, potencia, vazão total de ar requerida e eficiência), no dimensionamento e localização dos dutos e no dimensionamento das saídas para exaustão do ar na estrutura de armazenagem (NAVARRO e NOYES, 2001). Para que estes parâmetros sejam determinados é necessário conhecer o tipo de grão que será armazenado e suas propriedades (massa específica e ângulo de repouso), o tipo de estrutura que será utilizada (silo com fundo plano, graneleiro com fundo plano, ou silo com fundo cônico), se a massa de grãos possui pico ou não, as dimensões da estrutura armazenadora e a vazão específica de ar requerida. Estes dados de entrada influenciam diretamente nos resultados do dimensionamento e a variação de quaisquer deles pode modificar significativamente a configuração do sistema de aeração projetado. As etapas mais importantes, durante o dimensionamento de sistemas de aeração é a seleção dos ventiladores e o dimensionamento dos dutos. A determinação destes dados requer a utilização de métodos iterativos, tornando os procedimentos demorados e cansativos. Surge, então, a necessidade de um software que realize estes cálculos e facilite o trabalho do profissional da área de armazenamento de grãos. Objetiva-se com este trabalho apresentar o software AIRE 2, desenvolvido, utilizando o ambiente Borland Delphi 7.0 e banco de dados Microsoft Access. O AIRE 2 é capaz de realizar o dimensionamento de sistemas de aeração por insuflação em graneleiros com fundo plano, silos com fundo plano e silos com fundo cônico, baseando-se nas regras e procedimentos operacionais citados por HOLMAN (1960), NAVARRO e NOYES (2001), BROOKER et. al (1992), e SILVA et. al (2000). 2. MATERIAIS E MÉTODOS O dimensionamento de sistemas de aeração foi dividido em várias etapas cujas execuções dependem de cálculos específicos e da observação de algumas regras. As primeiras etapas consistem nos cálculos da área da base e do volume da estrutura de armazenagem. A capacidade de armazenamento total do silo ou graneleiro variará com seu volume e com a massa específica do produto, como estima a equação 1. V ρ C S = (1) 1000 em que: CS = Capacidade da estrutura de armazenagem, t;

3 V = Volume da estrutura de armazenagem, m3; ρ = Massa específica do produto, kg m-3. A vazão total de ar requerida para o sistema de aeração, expressa em m 3 /min -1, está diretamente relacionada com a vazão específica de ar, fornecida como dado de entrada. A ventilação na parte superior da instalação é um aspecto muito importante no projeto de sistemas de aeração, sendo outra etapa no dimensionamento. As áreas das saídas de ar devem ser projetadas visando minimizar as perdas de pressão na saída do ar. O sistema pode requerer várias saídas para evitar que ar úmido se localize na parte superior da unidade armazenadora. O AIRE 2 indica a área total da seção transversal destas saídas (equação 2), que é projetada para permitir uma velocidade média do ar igual a 300 m/min -1, de acordo com recomendações apresentadas por HOLMAN (1960) e NAVARRO e NOYES (2001). Qt AE = (2) 300 em que: AE = Área de escape para o ar no teto da estrutura, m2; Qt = Vazão de ar total requerida, m3 min-1; A seleção do ventilador depende, principalmente, da vazão de ar requerida e da resistência oferecida pelo produto ao fluxo de ar. Esta resistência é chamada de pressão estática, sendo o fator mais significante em um sistema típico de aeração. Para estimar a pressão estática o AIRE 2 utiliza a equação apresentada por HUKILL e IVES (1955), baseada nos dados obtidos por SHEDD (1953) e adotada como padrão pela "American Society of Agricultural Engineers" (ASAE). Como a altitude da região onde o sistema será implantado influencia na seleção do ventilador, o AIRE 2 utiliza a equação 3, apresentada por ALÉ (2001), para corrigir o ponto de operação dos ventiladores cadastrados e avaliar, para uma determinada curva característica, como seria o comportamento do ventilador para uma condição diferente da condição padrão (102,325 kpa e 25 ºC). 101,325(T + 273) PEc PE0 = (3) 294Patm em que: PE 0 = Pressão estática para as condições padrão, mmca; PEc = Pressão estática para as condições de operação, mmca; T = Temperatura para as condições de operação do ventilador, ºC; Patm = Pressão atmosférica para as condições de operação, kpa.

4 Com os resultados da pressão estática e da vazão de ar requerida, o ventilador será selecionado para o sistema de aeração, com base em curvas características de rendimento e velocidade de alguns ventiladores disponíveis no mercado. Isto é feito verificando-se, dentre os ventiladores cadastrados na base de dados do software AIRE 2, aquele que apresenta melhor rendimento para o ponto de operação (pressão estática versus vazão de ar) do sistema projetado. O banco de dados dos ventiladores foi montado digitalizando-se as suas curvas características e gerando-se equações, relacionando pressão estática e volume de ar, para certos valores de rendimento e velocidade angular. Assim, a partir do ponto de estado do sistema de aeração dimensionado é possível, por meio de interpolação, obter uma estimativa destes parâmetros para os vários ventiladores cadastrados e decidir qual o mais apropriado. As equações foram geradas utilizando-se planilha eletrônica e ajustando-se os dados por meio de regressão polinomial. Ainda na etapa de seleção dos ventiladores a potência elétrica requerida pelo motor do ventilador é estimada, aplicando-se a equação 4 (BROOKER et al, 1992). Qt PE P = (4) 4500 η em que: P = Potência do motor do ventilador, cv; PE = Pressão estática, mmca; η = Rendimento do ventilador, decimal. Durante a aeração, o risco de perdas quantitativas e qualitativas no produto armazenado gera a necessidade de um gerenciamento rigoroso e constante, observando se o movimento da frente de resfriamento é uniforme através da massa de grãos (NAVARRO e NOYES, 2001). Por isso, esta é a principal preocupação durante a etapa do dimensionamento do sistema de dutos. De maneira geral, os comprimentos dos dutos, as distâncias entre dutos perfurados e paredes do silo e entre dutos perfurados são calculados de acordo com regras da geometria. Segundo NAVARRO e NOYES (2001), a distância entre dutos não deve ser maior que a altura da massa de grãos e a distância da parede ao duto próximo a ela não deve exceder metade da altura da massa de grãos. O número de dutos é determinado de maneira iterativa, buscando-se uma combinação entre largura e comprimento total de dutos perfurados que gere uma área maior ou igual à área requerida para chapa perfurada e cuja razão entre o caminho

5 mais longo e o caminho mais curto percorridos pelo ar seja menor ou igual a 1,5 (HOLMAN, 1960). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO O software AIRE 2 foi utilizado por professores e estudantes do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa e do Departamento de Ingeniería Agrícola da Universidad de Valladolid (Espanha). Os resultados obtidos com o software foram comparados com dados determinados manualmente, verificando-se que o AIRE 2 é capaz de realizar de maneira satisfatória e confiável o dimensionamento de sistemas de aeração para graneleiros com fundo plano, silos com fundo plano e silos com fundo cônico. Os dados de entrada do AIRE 2 são previamente avaliados, garantindo-se que os resultados apresentados respeitem as regras estabelecidas para o correto dimensionamento de sistemas de aeração. Em caso de informação indevida pelo usuário o AIRE 2 exibirá uma mensagem de alerta pedindo ao mesmo que corrija o valor fornecido, além de informar-lhe os limites recomendados. A Figura 1 apresenta a entrada de dados do software desenvolvido. Observa-se que, além dos dados fornecidos nesta etapa, o usuário do software pode acessar a aba Configuração e alterar os valores do fator de compactação, velocidade do ar máxima permitida na saída e ao longo dos dutos, larguras máxima e mínima permitidas para os dutos e o incremento utilizado na avaliação destas larguras. Existe, também, a possibilidade de cadastrar ou excluir tipo de grãos e estruturas de armazenagem com dimensões específicas. A Figura 2 mostra o relatório final, contendo os resultados do dimensionamento executado pelo AIRE 2. Este relatório pode ser gravado em arquivo com extensão.doc ou impresso. Acessando a opção Cadastros, e a tela Ventiladores é possível visualizar todos os ventiladores cadastrados na base de dados do AIRE 2. A Figura 3 exibe o esquema do dimensionamento que pode ser gravado em arquivo com o formato.jpg e representa planta baixa do fundo da estrutura de armazenagem. Por meio desta tela é possível visualizar com mais facilidade como os dutos serão dispostos, seguindo-se o dimensionamento proposto.

6 Figura 1. Tela para entrada de dados do software AIRE 2. Figura 2. Tela com o relatório escrito exibido pelo AIRE 2.

7 Figura 3. Tela do AIRE 2 em que o esquema do dimensionamento é exibido. 4. CONCLUSÕES A utilização do AIRE 2 é recomendada como ferramenta de apoio a professores, estudantes, consultores e demais profissionais da área de armazenamento de grãos. Por meio deste software os profissionais da área de armazenagem serão capazes de obter o dimensionamento de sistemas de aeração, de maneira rápida e confiável, para graneleiros com fundo plano, silos com fundo plano e silos com fundo cônico. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALÉ, J. F. Sistemas de ventilação industrial - Ventiladores. Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrônica, LSFM, PUCRS. Abril de BROOKER, D. B.; BARKER-ARKEMA, F. W.; HALL, C. W. Drying and storage of grains and oilseeds. AVIBook, New York, 1992, 440p. HOLMAN, L. E. Aeration of grain in comercial sotrages. Guia técnico, n o 178, Agricultural Markenting Service, U.S., Department of Agriculture, Washington, D.C., HUKILL, W. V.; IVES, N. C. Radial airflow resistance of grain. Agric. Eng., 1955, 36,

8 NAVARRO, S.; NOYES, R. T. The mechanics and physics grain aeration management. Crc Press, USA, 647p., SHEDD, C. K. Resistance of grains and seeds to airflow. Agric.Eng., 1953, 34, SILVA, J. S.; LACERDA FILHO, A. F. e DEVILLA, I. A. Aeração de grãos armazenados. In: Secagem e armazenagem de produtos agrícolas. SILVA, J.S. (editor). Editora Aprenda Fácil, Viçosa, MG, 2000.