Estudo das alterações de escoamento em torno de pilhas cónicas em função da sua erosão

Palavras-chave: Erosão pelo vento,Velocidade do vento,pilha de armazenamento

De um modo geral, erosão é um conceito frequentemente utilizado.  Entendamos como erosão do vento, ou eólica, o conjunto de processos, como o  arranque, transporte e acumulação de partículas e/ou poeiras, por consequência directa  da acção do vento. O transporte de partículas por acção do vento envolve a sua elevação  da superfície da pilha, dispersão atmosférica, e a sua deposição novamente na superfície  da pilha ou em zonas afastadas desta.   É em zonas áridas, com pouca vegetação como os desertos, que mais se verifica a erosão eólica. No entanto, também em ambientes industriais, onde haja o  armazenamento de grandes quantidades de materiais granulares, como por exemplo  carvão, torna-se necessário avaliar os problemas ambientais acarretados pelas poeiras  geradas, mas também problemas operacionais e económicos, dado a quantidade de  material passível de ser arrastado.   Trata-se de um estudo complexo, devido à quantidade de parâmetros que devem ser tidos em conta, tais como as características do vento, a geometria das pilhas,  as alterações da superfícies, os parâmetros das partículas, possíveis protecções para as  mesmas, etc. Embora dependente de muitos outros parâmetros, a erosão por acção do  vento é fundamentalmente condicionada pela velocidade do vento.   O estudo aqui apresentado, foca a simulação numérica do escoamento em torno de uma pilha de armazenamento erodida, tomando por base os casos  experimentais testados. Esses casos são os da pilha desprotegida, pilha protegida por  quebra-ventos sólidos, situados a diferentes distâncias (H, 2H, 3H, 4H) e com  orientações .= 0º, 10º, 20º e 40º, e ainda os casos de pilhas protegidas por barreiras com  70% de porosidade e .=20º e 40º, situadas às distâncias H e 2H.   Pretende-se avaliar o potencial de utilização da simulação computacional na  previsão do escoamento na proximidade da superfície da pilha sujeita à erosão. Para tal,  correlaciona-se o fluxo erodido com a velocidade prevista numericamente, em  diferentes situações.     Constata-se que, nalguns dos casos estudados, essa correlação era razoavelmente satisfatória, nomeadamente nas situações da pilha desprotegida ou  abrigada por uma barreira porosa.   Nos casos da pilha protegida por quebra-ventos sólidos, devido à existência  de uma extensa zona de recirculação, muito material era arrastado para junto da  barreira, pelo que não se verificou qualquer correlação entre o material erodido e a  velocidade. Assim, concluiu-se que a ferramenta computacional não permite a  estimativa do fluxo de erosão nesses casos. Ainda assim, permite obter uma estimativa  para o campo de escoamento. Efectivamente, partindo das simulações no caso da  barreira sólida, verificou-se que a velocidade do escoamento, contrária ao sentido do  escoamento incidente, é particularmente intensa junto da face de montante da pilha, o  que está de acordo com a observação experimental do arrastamento de material dessa  zona para junto da barreira. Verifica-se ainda que a recirculação é menos significativa  para os casos das barreiras sólidas situadas à distância de 3H e 4H.   Nas situações de ventos laterais, aquelas em que as barreiras estão posicionadas obliquamente em relação ao escoamento incidente, verificou-se que a  protecção é mais eficiente num dos lados da pilha, o que está de acordo com as  medições experimentais da deformação da pilha. Nos casos das barreiras porosas, a  velocidade prevista evidencia um visível decréscimo, comparativamente ao caso da  pilha desprotegida, o que é coerente com a menor deformação medida nos ensaios  experimentais.   Assim, pode concluir-se que, de uma forma geral, a simulação numérica é uma boa ferramenta para investigação destas situações, susceptível de fornecer uma boa  estimativa para a velocidade esperada na proximidade da pilha. A informação obtida  através do CFD pode assim ser usada para estimar o potencial de erosão.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias