Análise numérica e experimental de sistemas de transporte pneumático para adubadores agrícolas

Abstract

Este trabalho de tese apresenta um comparativo entre os resultados numérico e experimental das análises de dois diferentes tipos de rotores radiais utilizados em um sistema de adubação agrícola a uma rotação de 4000 rpm. Para validação da análise numérica realizaram-se experimentos em uma bancada de testes utilizando um anemômetro de fio quente para as medidas de velocidade e um tubo de Pitot para as tomadas de pressão de acordo com a norma para ensaios em laboratório. Após a validação experimental dos modelos matemáticos dos rotores em bancada de testes foi realizada uma simulação do sistema de aplicação do adubador agrícola para avaliar o comportamento da distribuição de ar ao longo dos bocais. O campo turbulento foi obtido com a média de Reynolds (Reynolds Averaged Navier Stokes - RANS) e o modelo de turbulência utilizado para o fechamento do conjunto de equações foi o modelo k-Épsilon de duas equações. O software de fluido dinâmica computacional CFX 18.1 foi utilizado para a obtenção das soluções das equações de transporte, que utiliza a técnica dos Volumes Finitos como método numérico. Em todos os modelos foram utilizadas malhas não estruturadas tetraédricas geradas pelo software comercial ICEM CFD 18.1. Os principais resultados mostraram que a metodologia empregada é adequada e apta a reproduzir o comportamento fluidodinâmico do escoamento do ar para este tipo de aplicação evitando a necessidade de protótipos.

This thesis presents a numerical and experimental comparison of two different types of radial fans used in an agricultural fertilizer spreader at a rotation of 4000 rpm. The numerical analysis was validated through experiments conducted on a test bench using a hot-wire anemometer for velocity measurements and a Pitot tube for pressure readings according to the norm for laboratory assays. A simulation of the agricultural fertilizer spreader was carried out after the experimental validation of the mathematical models of the radial fans on the test bench to evaluate the air distribution behavior along the nozzles, which was compared to the experimental results. A turbulent field was obtained using the Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) and the k-Epsilon turbulence model was used for two equations. The computational fluid dynamics software CFX 18.1 was used to solve the transport equations. Unstructured tetrahedral meshes generated by the ICEM CFD 18.1 software were used in all models. The applied method is adequate and able to reproduce the fluid-dynamic behavior of airflow in pneumatic systems of agricultural fertilizer spreaders, avoiding the need for prototypes.