De forma geral, a análise fluidodinâmica computacional (Computer Fluid Dynamics – CFD) é conhecida por aplicar o método dos volumes finitos (FVM) em problemas de escoamento de fluidos, transferência de calor, entre outros, a partir de conceitos dos métodos numéricos e da Termofluidodinâmica. Já o método dos elementos discretos (DEM) é aplicado quando o objetivo é analisar os deslocamentos e rotações de corpos discretos. Antes de prosseguir, para compreender as diferenças entre os métodos, veja este conteúdo em um artigo apresentado previamente no blog. Neste artigo, entenda como a Kot Engenharia aplicou ambos os conceitos na análise em um sistema de transferência de minério.
Análise CFD-DEM em sistema de transferência de minério
Primeiramente, um chute de transferência é um componente comumente encontrado entre correias transportadoras utilizado para direcionar o fluxo de material no processo de descarga. Nesse contexto, uma empresa cliente instalou um novo chute em sua planta com o objetivo de reduzir a geração e emissão de poeira ao meio exterior. Entretanto, o novo chute não apresentou tal desempenho, sendo escopo do trabalho da Kot identificar os fenômenos responsáveis pela geração e saída de poeira devido à transferência de minério ao ambiente.
Inicialmente foi avaliado o comportamento do fluxo de granéis por meio do DEM em software específico. Como resultado, concluiu-se que não havia risco de entupimento, conforme ilustrado na Figura 1.
Figura 1: Fluxo de material no chute – FONTE: Acervo Kot.
Em seguida, o mesmo software foi utilizado para um acoplamento entre CFD e DEM, com o objetivo de avaliar o fluxo de ar dentro do chute. Assim, foi possível perceber a formação de vórtices na região interna e uma zona de alta turbulência, o que aumenta a geração de poeira. Esses resultados são apresentados na Figura 2.
Figura 2: Fluxo de ar durante a descarga do chute – FONTE: Acervo Kot.
Além disso, para compreender de maneira mais detalhada o fenômeno observado, foi realizado o estudo do fluxo de ar no transportador de recebimento do material. Nesse caso, tal transportador possui um sistema próprio para o controle de poeira, com transição para a cobertura da correia, que possui a mesma função. Para isso, a análise foi realizada por meio de uma ferramenta de fluidodinâmica computacional, a qual utiliza o FVM como base.
Os resultados demonstraram que o sistema de controle de poeira atende bem ao seu objetivo. Entretanto, na região de transição entre o sistema e a cobertura convencional da correia, foram percebidos fatores favoráveis à geração de poeira, visto que não há um enclausuramento. A formação de vórtices pode ser vista na Figura 3. Por outro lado, na saída da cobertura, é visível que o fenômeno é amenizado.
Figura 3: Seções transversais na entrada e saída da cobertura – pressões (P) e velocidades (U) do fluxo de ar – FONTE: Acervo Kot.
Além disso, foram analisadas as regiões de turbulência ao longo da região coberta do transportador, conforme Figura 4, onde as linhas representam o fluxo de ar. Dessa forma, percebe-se, mais uma vez, que a região de transição é o ponto mais crítico em relação às correntes de ar.
Figura 4: Fluxo de ar na região da cobertura – FONTE: Acervo Kot.
Sendo assim, o chute e a região de transição do sistema de controle de poeira para a cobertura são os responsáveis pela elevada geração e fuga de poeira. Com base nos resultados, a Kot Engenharia apresentou as causas destes problemas e desenvolveu soluções, as quais envolvem alterações geométricas para adequar o fluxo e métodos de se obter uma melhor recirculação do fluxo de ar.
A Kot Engenharia possui a experiência e os recursos necessários para realizar simulações envolvendo análises DEM e CFD, como o caso descrito neste artigo. Consulte nossa equipe para mais informações!
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