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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DE TELAS POROSAS SOBRE A
AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Karin Ceroni Malcum
Porto Alegre
Dezembro de 2006
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KARIN CERONI MALCUM
AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DE TELAS POROSAS SOBRE A
AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em
Engenharia na modalidade Acadêmico
Porto Alegre
Dezembro de 2006
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K243a Malcum, Karin Ceroni
Avaliação dos efeitos de telas porosas sobre a aerodinâmica
de pilhas de carvão / Karin Ceroni Malcum. – 2006.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Rio
Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Civil. Porto Alegre, BR-RS, 2006.
Orientação: Prof. Dr. Acir Mércio Loredo-Souza
Profª. Dr.ª Edith Beatriz Camaño Schettini
1. Túnel de vento. 2. Telas porosas. 3. Carvão. 4. Vento.
I. Loredo- Souza, Acir Mércio, orient. II. Camaño Schettini,
Edith Beatriz, orient. III. Título.
CDU-624.042.4(043)
KARIN CERONI MALCUM
AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DE TELAS POROSAS SOBRE A
AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Esta dissertação de mestrado foi julgada adequada para a obtenção do título de MESTRE EM
ENGENHARIA e aprovada em sua forma final pelos professores orientadores e pelo Programa
de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Porto Alegre, 13 de dezembro de 2006.
Prof. Acir Mércio Loredo Souza
Ph.D, University of Western Ontario, Canadá
Orientador
Prof. Edith Beatriz Camaño Schettini
Dr., Institut Polytechnique de Grenoble, França
Orientadora
Prof. Fernando Schnaid
Coordenador do PPGEC/UFRGS
BANCA EXAMINADORA
Prof. Mário José Paluch (UPF)
Dr., Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof. Adrián Roberto Wittwer (UNNE)
Dr., Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof. Luiz Emílio de Sá Brito de Almeida (UFRGS)
Dr., Universite de Paris XI (Paris-Sud), França
Aos meus pais, Antonio e Scheyla,
pois sem seu amor e dedicação nenhuma das
minhas conquistas teriam sido alcançadas.
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos professores Acir Mércio Loredo-Souza e Edith Beatriz Camaño Schettini,
orientadores deste trabalho, pela dedicação, paciência e amizade durante o período de
desenvolvimento das atividades.
Agradeço aos colegas do Laboratório de Aerodinâmica das Construções, Elvis Antônio
Carpeggiani, Fabrício De Paoli, Gustavo Javier Zani Núñez, Josué Argenta Chies, Leandro
Inácio Rippel, Maria Cristina Dolz Bênia, Miguel Chaves Custódio e Paulo Francisco Bueno,
pela amizade, apoio e contribuição na realização dos ensaios.
Agradeço aos colegas de mestrado do PPGEC, tanto do Meio Ambiente quanto de Estruturas,
em especial a Daniel Alexandre Nunes, Fabrício De Paoli, Juliana Ana Chiarello e Ariela da
Silva Torres pelo companheirismo, amizade e cooperação enquanto estávamos no mesmo
barco.
Agradeço à minha família pela franca compreensão durante os meus períodos de ausência...
Agradeço aos meus verdadeiros amigos por entenderem quando eu não podia estar presente. E
por não terem se magoado com as freqüentes recusas nesse período aos convites para as festas
e happy-hours.
Agradeço ao Fabrício por ter me acompanhado em minha trajetória desde a graduação, por me
estimular, por estar sempre ao meu lado, nos bons e maus momentos. Agradeço o
companheirismo e todas as vezes que me deu o ombro, nos momentos mais angustiantes desta
jornada. Agradeço por fazer parte da minha vida e por dividir comigo a alegria deste
momento.
À Companhia Vale do Rio Doce pela oportunidade de estudo e pela autorização de
divulgação dos resultados.
À Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES, pelo
auxílio financeiro durante a execução deste trabalho.
Agradeço também a todos aqueles que acreditam em nós, mesmo quando parecemos ousados
em nossas buscas...
Às vezes ouço passar o vento;
e só de ouvir o vento passar,
vale a pena ter nascido.
Fernando Pessoa
viii
SUMÁRIO
Lista de Figuras
x
Lista de Tabelas
xiii
Lista de Símbolos
xiv
Resumo
xvii
Abstract
xviii
1 Introdução 01
1.1 Considerações iniciais 01
1.2 A questão do uso do carvão 03
1.3 A problemática ambiental 05
1.4 Caracterização do problema: vento em pilhas de carvão 08
1.5 Objetivos do trabalho 10
1.6 Estrutura da Dissertação 10
2 Caracterização do fenômeno e revisão bibliográfica 11
2.1 Caracterização do fenômeno 11
2.2 Os mecanismos de transporte das partículas 12
2.3 Mecanismos de proteção 18
2.3.1 A aerodinâmica do quebra-vento 18
2.3.2 Proteção de pilhas de carvão 21
3 Ensaios em túnel de vento 25
3.1 O programa experimental 25
3.2 O Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann 39
3.3 Características do vento simulado 41
3.4 Medição das pressões na superfície da pilha 44
3.4.1 Considerações gerais 44
3.4.2 Coeficientes aerodinâmicos 45
3.5 Medição das velocidades do vento 48
3.6 Visualização do escoamento 50
ix
4 Resultados 51
4.1 Análise dos resultados referentes às velocidades 51
4.1.1 Perfis verticais de velocidades 51
4.1.2 Velocidades tangenciais 56
4.2 Análise dos resultados referentes às pressões 59
4.3 Visualização do escoamento 69
5 Conclusões e sugestões 71
5.1 Conclusões 71
5.2 Sugestões para trabalhos futuros 72
6 Referências 74
6.1 Referências consultadas 74
6.1 Referências adicionais 77
Anexo A
78
Anexo B
86
x
LISTA DE FIGURAS
Capítulo 1
Figura 1.1 – Visão de um pátio de armazenamento de carvão.
02
Figura 1.2 – Reservas mundiais de carvão no ano de 2002.
04
Figura 1.3 – Gráfico comparativo entre os anos de 1995 e 2005 do panorama de
produção e consumo mundial de carvão.
05
Figura 1.4 – Processo de erosão de uma pilha de material estéril.
08
Capítulo 2
Figura 2.1 – Balanço de forças em um grão isolado.
14
Figura 2.2 – Balanço de forças em um grão inserido em uma pilha.
15
Figura 2.3 – Mecanismos de movimento de um grão.
17
Figura 2.4 – Trajetórias de uma partícula em saltação e em suspensão.
18
Figura 2.5 – Linhas de corrente de um escoamento com barreira sólida.
19
Figura 2.6 – Linhas de corrente de um escoamento com barreira porosa.
19
Figura 2.7 – Diferentes configurações da extremidade da tela.
22
Figura 2.8 – Telas instaladas em POSCO, Coréia do Sul.
23
Figura 2.9 – Telas instaladas em POSCO, Coréia do Sul.
24
Capítulo 3
Figura 3.1 – Características geométricas da pilha padrão estudada.
25
Figura 3.2 – Localização das tomadas de pressão na pilha projetada.
26
Figura 3.3 – Modelo da pilha de carvão.
26
Figura 3.4 – Ensaio do modelo com tela a barlavento (configuração AB MSX).
28
Figura 3.5 – Ensaio do modelo com tela a sotavento (configuração EF MSX).
29
Figura 3.6 – Ensaio do modelo com telas a barlavento e a sotavento (configuração
AB LRX + EF LSX).
29
Figura 3.7 – Configurações dos ensaios com uma tela a barlavento.
30
Figura 3.8 – Configurações dos ensaios com uma tela a sotavento.
31
Figura 3.9 – Configurações dos ensaios com duas telas (a barlavento e sotavento).
32
Figura 3.10 – Configurações dos ensaios com uma tela a barlavento.
33
xi
Figura 3.11 – Configurações dos ensaios com uma tela a sotavento e com duas telas (a
barlavento e a sotavento).
34
Figura 3.12 – Imagem das malhas utilizadas na confecção das telas.
35
Figura 3.13 – Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann.
40
Figura 3.14 – Desenho esquemático da vista superior do Túnel de Vento Prof. Joaquim
Blessmann.
40
Figura 3.15 – Características do vento simulado (expoente p = 0,23).
42
Figura 3.16 – Vista interna do túnel de vento mostrando os elementos simuladores.
43
Figura 3.17 – Sistema de medição de pressões com transdutores elétricos.
46
Figura 3.18 – Fotografia de um ensaio típico com multimanômetro.
46
Figura 3.19 – Esquema de um manômetro tipo Betz.
48
Figura 3.20 – Sistema de medição de velocidades instantâneas.
49
Figura 3.21 – Esquema de funcionamento de um anemômetro de fio-quente
50
Capítulo 4
Figura 4.1 – Localização dos perfis verticais de velocidades (dimensões em cm).
51
Figura 4.2 – Resultados dos perfis 1 a 3.
52
Figura 4.3 – Resultados dos perfis 4 a 6.
53
Figura 4.4 – Resultados dos perfis 8 e 9.
54
Figura 4.5 – Posicionamento dos pontos de medição na face a barlavento da pilha
(dimensões em cm).
56
Figura 4.6 – Coeficientes de velocidades médias (C
v
).
58
Figura 4.7 – Coeficientes dos valores rms das flutuações de velocidade (C´
v
).
58
Figura 4.8 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 0º).
61
Figura 4.9 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 30º).
62
Figura 4.10 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 120º)
63
Figura 4.11 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (EF OSX 120º)
63
Figura 4.12 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 90º).
65
Figura 4.13 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (EF MRX 90º).
65
Figura 4.14 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 60º).
66
Figura 4.15 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (EF LSY 60º).
66
Figura 4.16 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (AB ORY EF OSY 90º).
67
Figura 4.17 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (AB MSX EF MRX 90º).
68
Figura 4.18 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (AB LRY EF LRY 90º).
68
Figura 4.19 – Visualização do escoamento com fumaça.
69
xii
Figura 4.20 – Visualização do escoamento com fumaça.
69
Figura 4.21 – Visualização do escoamento com haste flexível.
70
Figura 4.22 – Visualização do escoamento com haste flexível.
70
Figura 4.23 – Visualização do escoamento com haste flexível.
70
xiii
LISTA DE TABELAS
Capítulo 1
Tabela 1.1 – Percentuais médios aproximados da composição nos diversos ranks do
carbono.
03
Capítulo 3
Tabela 3.1 – Coordenadas da projeção das tomadas de pressão na superfície externa do
modelo.
27
Tabela 3.2 – Caracterização das malhas utilizadas na confecção das telas.
31
Tabela 3.3 – Configurações utilizadas nos ensaios com uma tela a barlavento (posição
AB).
36
Tabela 3.4 – Configurações utilizadas nos ensaios com uma tela a barlavento (posição
CD).
37
Tabela 3.5 – Configurações utilizadas nos ensaios com duas telas (a sotavento e a
barlavento).
38
Tabela 3.6 – Configurações utilizadas nos ensaios com uma tela a sotavento (posição
EF).
39
Capítulo 4
Tabela 4.1 – Coeficientes de velocidades médias (C
v
).
57
Tabela 4.2 – Coeficientes dos valores rms das flutuações de velocidade (C´
v
).
57
xiv
LISTA DE SÍMBOLOS
Letras Romanas
B
A
)
Intervalo entre os pontos A e B
A
F
r
Força de atrito
D
F
r
Força de arrasto
L
F
r
Força de sustentação
g
r
Força de aceleração da gravidade
n
r
Vetor normal ao plano de contato entre grãos
P
r
Força peso
A
P
r
Força de contato no ponto A do grão com seu grão adjacente
B
P
r
Força de contato no ponto B do grão com seu grão adjacente
R
r
Vetor resultante
A Ponto de contato entre dois grãos contíguos
B Ponto de contato entre dois grãos contíguos
c
a
Coeficiente de arrasto
c
p
Coeficiente de pressão
p
c
Coeficiente de pressão médio
v
C
Coeficiente de velocidade média
v
C´
Coeficiente dos valores
rms das flutuações de velocidade
D Diâmetro do grão
f Coeficiente de atrito dos grãos
f Parâmetro adimensional de Gandemer (1979)
F Força
f
G
e f
G
´ Funções de relação entre parâmetros do grão
G Propriedade genérica do grão
g
1
, g
2
,..., g
n
Parâmetros dos grãos
h Altura da tela, barreira ou quebra-vento
H Altura da pilha
I Intensidade da turbulência
xv
I
l
Intensidade do componente longitudinal da turbulência
k
0
Coeficiente do túnel de vento que vincula q e ∆p
A
L Dimensão característica, comprimento
L
l
Macroescala do componente longitudinal da turbulência
L Macroescala da turbulência
m Massa da partícula
p Pressão atmosférica no momento do ensaio
p(t) Pressão instantânea em um tempo t
p
Valor médio de p(t) em um intervalo de tempo de
amostragem T
p
Expoente da curva de potência teórica ajustada ao perfil de
velocidades médias (neste trabalho,
p = 0,23)
p
0
Pressão atmosférica padrão, igual a 760mmHg
p
0
Pressão de pico
p
1
, p
2
Pressões medidas no manômetro tipo Betz
q
Pressão dinâmica ao longe
2
2
1
Uq
ρ
=
Pressão dinâmica de referência
q
(
Pressão dinâmica de pico
Re Número de Reynolds
s Reta suporte da força de sustentação
s´
Reta paralela a s que contém o ponto final de
P
r
T
b
Trajetória de uma partícula
T
s
Trajetória aleatória de uma partícula
T
k
Temperatura em kelvin
t
Tempo
T
Intervalo de tempo de amostragem
u
1
, u
2
,..., u
i
Módulo da velocidade do escoamento em uma determinada
direção
V Velocidade do vento
U
Velocidade média de vento na direção paralela à superfície
da pilha
U
ref
Velocidade média de referência no topo da pilha
xvi
()
zU
Velocidade instantânea do vento
()
zU
Velocidade média temporal
u(z)
Flutuação de velocidade
()
zu´
Valor rms da flutuação de velocidade média do vento na
direção paralela à superfície da pilha
()
zV
Velocidade média do vento na altura z
ref
V
Velocidade média do vento em uma altura de referência
x
ref
=450mm dentro do túnel (equivalente à cota longitudinal
do túnel)
z Altura a partir do terreno
z Cota acima do nível de referência (piso do túnel de vento)
z
0
Rugosidade do terreno
z
i
Altura da camada i
z
ref
Cota do eixo longitudinal do túnel = 450mm
Letras Gregas
α
Ângulo formado entre o plano horizontal e a reta suporte s
ε
Porosidade ou permeabilidade da tela
A
∆p
Diferença de pressão entre anéis piezométricos no
convergente do túnel de vento
γ
s
Peso específico do grão
µ
Viscosidade cinemática
θ
Ângulo formado entre o plano horizontal e a superfície
inclinada da pilha
ρ
Massa específica
ρ
s
Massa específica do grão
Ψ
Ângulo de atrito entre os grãos
(τ
0
)´
cr
Tensão limite de cisalhamento atuante no grão
(τ
0
)
cr
Tensão crítica de cisalhamento atuante no grão
τ
0
Tensão de cisalhamento atuante no grão
xvii
RESUMO
MALCUM, K. C. Avaliação dos efeitos de telas porosas sobre a aerodinâmica de pilhas
de carvão. 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre.
O manuseio de matéria-prima bruta utilizada na indústria pode gerar emissões durante o seu
transporte, armazenamento e eventual mistura. A atuação dos ventos em pátios abertos de
armazenamento de carvão que existem em termelétricas, siderúrgicas e zonas de mineração
pode acarretar no transporte e dispersão de partículas de carvão a grandes distâncias e a
alturas consideráveis. É desejável reduzir a emissão do poluente sem interferir na atividade
operacional destes pátios de carvão, de forma a se obter ganhos ambientais e econômicos. Os
efeitos da utilização de telas de proteção para reduzir o transporte eólico de partículas de
carvão foram estudados através de ensaios em túnel de vento, medindo-se as distribuições das
pressões médias e flutuantes sobre a superfície de um modelo reduzido, em escala 1/125, de
uma pilha representativa de um pátio real de estocagem de carvão. Distintas porosidades de
tela (68%, 53%, 37% e 0%), em três distintas configurações, dois afastamentos e a duas
diferentes alturas foram testadas. Além das medidas de pressões, o campo de velocidades
sobre a superfície e entorno das pilhas foi obtido através de medições com sistema de
anemometria de fio quente. Percebe-se claramente que as velocidades médias do vento são
mais altas próximo ao topo da pilha, e que a presença das telas causa uma redução destas
velocidades nas regiões mais críticas. As telas com porosidades intermediárias mostraram-se
mais eficazes em minorar os efeitos nocivos provocados pela combinação das sucções na
superfície com as velocidades tangenciais de arrasto. Verificou-se que a redução da
porosidade implica em uma redução na velocidade do vento atuante na pilha.
Quando
posicionada a barlavento, a tela com porosidade 0% (placa) causou um aumento da zona de
recirculação atrás da mesma, aumentando, portanto, as sucções sobre a superfície da pilha.
Entretanto, quando posicionada a sotavento, a placa sólida implicou em reduções
significativas das pressões médias sobre a pilha. De uma forma geral, as telas com
porosidades variando de 53% a 68% foram mais eficazes em reduzir as flutuações de pressão
na face a barlavento da pilha, sem aumentar significativamente as pressões médias.
Entretanto, as telas com porosidade em torno de 37% foram as mais eficientes em reduzir os
picos de pressão que se desenvolvem a partir de incidências oblíquas do vento.
Palavras-chave: Vento, Carvão, Erosão Eólica, Telas Porosas, Túnel de Vento.
xviii
ABSTRACT
MALCUM, K. C. The effects of porous fences on the aerodynamics of coal piles. 2006.
Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil,
UFRGS, Porto Alegre.
The effects of using wind fences to reduce wind-blown coal dust were studied through wind
tunnel tests. The mean and fluctuating pressure distributions over the surface of reduced coal
pile models were measured. The tests were performed at a 1/125 scaled model of a typical
coal pile. Different fence porosities (68%, 53%, 37%, 0%) as well as different fence positions
and heights were tested. Further to the pressure measurements, the field velocities over the
surface and surroundings of the piles were obtained through hot-wire anemometry
measurements. The fence with no porosity (0%) caused and increase in the re-circulating zone
behind the fence, therefore increasing the negative pressures over the pile surface, being soon
disregarded. The fences with porosities ranging from 53% to 68% were most effective in
reducing the pressure fluctuations on the windward face of the pile, without increasing
significantly the mean pressures over it. These pressures are closely related to the dust
emissions from the surface, directly affecting the surrounding environment. Although most
effective for reducing pressure fluctuations, the best combined effect together with the drag
surface velocities were found for the fences with intermediate porosities. The 37% porosity
fence was the most effective in reducing the oblique wind induced peak pressures.
Key Words: Wind; Coal; Erosion; Aeolian Transportation; Wind Fences; Wind Tunnel.
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 1
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Capítulo 1 – Introdução
1.1 Considerações Iniciais
A qualidade do ar no nosso planeta tem passado por várias mudanças ao longo da
história. Atividades antropogênicas, desenvolvidas especialmente desde o século XIV,
quando o carvão começou a substituir a madeira como fonte principal de energia, claramente
perturbaram o ecossistema terrestre.
Segundo Parker (1978), já em meados do ano de 1257, a Rainha Eleonor do Reino
Unido, esposa de Henry III, trocou a cidade de Nottingham por Tutbury devido à fumaça
presente no ar. O Committee on Air Pollution do Reino Unido fez, em 1953, estimativas de
custos dos danos causados pela poluição atmosférica em algumas cidades do Reino Unido,
que somados chegariam a 250 milhões de libras anuais.
O manuseio de matéria-prima bruta utilizada na indústria pode gerar emissões
durante o seu transporte, armazenamento e eventual mistura. A intensidade que ocorrem as
emissões é influenciada, entre outras coisas, pelo uso de proteções, pelo grau de exposição à
atmosfera e pela utilização de aspersores de água ou outras substâncias. A utilização da
aspersão de água sobre o material é um recurso bastante empregado atualmente. Segundo a
United States Environmental Protection Agency (2001), embora a sua utilização possa ser
benéfica em alguns materiais como minérios secos, em outros materiais pode não ser tão
eficiente.
O fenômeno de erosão de partículas na superfície do solo que ocorre freqüentemente
em pátios abertos de armazenamento de carvão de termelétricas, siderúrgicas e zonas de
mineração pode causar sérios problemas ambientais, além da própria perda de material,
resultando em desperdício desnecessário de investimento da empresa. A atuação de ventos
fortes pode acarretar no transporte e dispersão dessas partículas de carvão a grandes
distâncias e a alturas consideráveis. A figura 1.1 mostra a imagem de um pátio de
armazenamento de carvão em Vitória, Espírito Santo, submetido à erosão eólica.
Barreiras de proteção naturais ou artificiais têm sido muito utilizadas com finalidades
e aplicações diversas, e hoje em dia estão sendo adotadas adicionalmente à aspersão de
líquidos nas pilhas para o controle da dispersão para a atmosfera de material particulado
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 2
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
proveniente da indústria, como é o caso do pó de carvão presente em empresas mineradoras
e siderúrgicas.
Figura 1.1 – Visão de um pátio de armazenamento de carvão.
É desejável reduzir a emissão das pilhas de carvão sem interferir na atividade
operacional dos pátios de estocagem, de forma a se obter ganhos ambientais e econômicos.
De forma prática, deve-se tentar conciliar da melhor forma possível o posicionamento e a
configuração dessas barreiras nos pátios de armazenamento, minimizando essas emissões
indesejadas.
Entretanto, o mecanismo de erosão eólica é de difícil entendimento, uma vez que o
fenômeno de dispersão é complicado e depende de muitos fatores como materiais
envolvidos, topografia e condições meteorológicas do local. Por sua complexidade, esse
fenômeno é de difícil modelagem numérica e não estão disponíveis muitas relações
empíricas para a modelagem da erosão de material particulado.
A exploração de qualquer recurso natural do planeta consiste em uma atividade
potencialmente poluidora. Nos últimos anos, a opinião pública e a sociedade têm se
sensibilizado com as demandas ambientais, cobrando, embora ainda de forma incipiente,
uma nova visão por parte da indústria e dos governantes com relação às questões
ambientais.
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 3
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
1.2 A questão do uso do carvão
Milhões de toneladas de carvão são, hoje em dia, extraídas e utilizadas para usos que
vão desde a simples queima do carvão para geração de energia até a fabricação de coque
metalúrgico empregado em alto-fornos para a produção de aço.
O carvão é uma rocha sedimentar combustível, constituída de material vegetal
heterogêneo depositado em ambiente úmido, soterrado e compactado em bacias
originalmente pouco profundas. Neste ambiente, protegido da ação do oxigênio, os restos
vegetais sofrem um processo de decomposição pela ação de bactérias anaeróbias, sob ação
da pressão das camadas sobrepostas e do calor (de origem geotérmica e de intrusões ígneas)
ao longo de milhões de anos (GUERRA, 2000).
Segundo Abreu (1973) apud Guerra (2000), o carvão possui teores de carbono,
hidrogênio e oxigênio variáveis de acordo com os diversos estágios de transformação dos
restos vegetais. Durante o processo de carbonificação ocorre gradualmente um aumento do
teor de carbono e uma diminuição dos teores de oxigênio e hidrogênio. Nesse processo de
transformação, a celulose passa por diversas etapas (denominadas rank ou grau de
evolução), que são usualmente nomeadas turfa, linhito, hulha, antracito e grafite. Quanto
maior o rank de um carvão, maior será o percentual de carbono na sua composição. A tabela
1.1 apresenta a composição média de carbono de cada etapa do processo.
Tabela 1.1 – Percentuais médios aproximados da composição nos diversos ranks do carbono.
Fonte: Guerra (2000).
Rank
Teor de Carbono [%]
Celulose 45
Turfa 55 a 60
Linhito 65 a 75
Hulha 75 a 85
Antracito
»
95
Grafite
»
100
Segundo dados de Scott (1994) apud Krell (2000), o consumo médio mundial de
carvão para uso siderúrgico ultrapassa 500 milhões de toneladas por ano, sendo menor
apenas que o consumo para geração de energia elétrica. Embora menos de 15% das reservas
mundiais tenham as propriedades necessárias para a coqueificação, o principal uso do
carvão na indústria siderúrgica é a produção de coque para uso em alto-forno. No Brasil, o
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 4
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
maior consumo de carvão também ocorre na produção de coque de alto-forno, sendo que
atualmente a totalidade do carvão utilizado para esta finalidade é importada.
Neves e Chaves (2000) estimam que as reservas de carvão brasileiras sejam da
ordem de 32,3 milhões de toneladas de carvão, sendo que a maior parte dessas reservas está
localizada no sul do país, principalmente no estado do Rio Grande do Sul. A figura 1.2
indica, em milhões de toneladas, as reservas mundiais de carvão no ano de 2002. Verifica-se
que as reservas de carvão estão bem distribuídas na Ásia (com exceção do Oriente Médio),
na América do Norte (com exceção da Groenlândia) e na Oceania. Na Europa, estão
concentradas no Leste Europeu, na Alemanha e no Reino Unido. A África e a América
Central são escassas desse recurso, sendo que as poucas reservas existentes estão
concentradas na África do Sul. O Brasil concentra, juntamente com a Colômbia, grande
parte das reservas sul-americanas.
A figura 1.3 mostra o comparativo entre os anos de 1995 e 2005 do panorama de
produção e consumo mundial de carvão. Segundo dados da BP, o mercado de carvão
praticamente dobrou nos últimos 10 anos, impulsionado pelos Estados Unidos e pela China,
que é atualmente o maior país consumidor de carvão, contribuindo com 80% do crescimento
da demanda mundial.
Figura 1.2 – Reservas mundiais de carvão no ano de 2002.
Fonte: BRASIL - ANEEL (2005).
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 5
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 1.3 – Gráfico comparativo entre os anos de 1995 e 2005 do panorama de produção e consumo
mundial de carvão. Fonte: Adaptado de BP (2006).
1.3 A problemática ambiental
Poluentes atmosféricos podem ser encontrados na natureza na forma de gases, como
o monóxido de carbono (CO) e os óxidos de nitrogênio (NO
x
), ou na forma de material
particulado, que são substâncias líquidas ou sólidas de tamanho microscópico ou
submicroscópico, entretanto com dimensões maiores que as dimensões moleculares. O
material particulado pode ser classificado de acordo com o tamanho de suas partículas, que
variam desde diâmetros menores que 0,1 µm até diâmetros maiores que 2,5 µm (Zanetti,
1990). A origem desse material pode ser natural (como a erosão do solo, erupções
vulcânicas e incêndios em áreas florestais), industrial (como o pó de insumos industriais
como o carvão) ou automotiva (como as emissões veiculares).
Para Frank (1989) apud Guerra (2000), o conhecimento da atmosfera é fator
importante nos estudos de poluição atmosférica, tanto pela sua condição de receptora das
emissões como por sua condição de agente sobre os meios físico, biológico e social. Como
corpo receptor, promove a dispersão de poluentes de diversas fontes, que podem atingir
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 6
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
áreas muito distantes do local de emissão. Como agente, o clima condiciona os processos
que agem sobre o meio físico, interagindo com as ações antropogênicas.
Quando lançados na atmosfera, estes poluentes freqüentemente geram condições
insalubres da qualidade do ar e, algumas vezes, concentrações em níveis letais. Além disso,
sabe-se que os poluentes atmosféricos podem causar efeitos perniciosos a longo prazo, de
difícil previsão.
Para Williamson (1973) apud Zanetti (1990) qualquer substância adicionada ao
ambiente pode ser definida como contaminante quando causar uma modificação da
composição geoquímica média do ambiente. Os poluentes, por sua vez, são substâncias às
quais se associam efeitos negativos no meio-ambiente. O limiar que diferencia um de outro
é muito tênue, uma vez que esta classificação está baseada no conhecimento dos efeitos
deletérios de uma substância pelo homem, conhecimento este que se aprofunda com o passar
do tempo e com o avanço da pesquisa científica. A indústria farmacêutica possui vários
exemplos de substâncias que em determinado momento da história eram consideradas
seguras para o uso humano, e que com o passar do tempo mostraram-se não ser tão
inofensivas.
Os efeitos adversos de contaminantes e poluentes atmosféricos podem incluir
liberação de odores no meio-ambiente, disfunções do sistema respiratório (como bronquite,
enfisema pulmonar, reações alérgicas e câncer de pulmão), efeitos mutagênicos e
cancerígenos no ser humano, danos a obras de arte e edificações nas cidades (como abrasão,
deposição, ataque químico e corrosão eletroquímica), danos ecológicos em geral e mudanças
meteorológicas.
Na vizinhança de cidades e zonas industriais, as partículas em suspensão no ar
podem inclusive afetar o processo de fotossíntese das plantas, em função da redução da
intensidade e qualidade da luz, além de causar irritação nas vias respiratórias de animais.
Metais pesados e outros elementos traços podem ser ingeridos por animais quando essas
partículas se depositam nas superfícies expostas das plantas usadas como alimentação
(Parker, 1978).
Problemas ocupacionais podem surgir quando trabalhadores ficam expostos a
ambientes contaminados. A população pode ser prejudicada quando aglomerados
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 7
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
residenciais estiverem situados dentro da região afetada. Além disso, o leito de cursos
d’água podem ser colmatados, causando danos ao ecossistema aquático.
No Brasil, em 1989, o Conselho Nacional do Meio Ambiente instituiu, através da
Resolução 005/1989, o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar (PRONAR). O
Programa tem a função de proteger a saúde e o bem-estar da população brasileira e melhorar
a sua qualidade de vida, servindo como instrumento básico de gestão ambiental. O objetivo
da Resolução é permitir de forma ambientalmente segura, o desenvolvimento econômico-
social do país, limitando a nível nacional a emissão de poluentes atmosféricos (BRASIL,
CONAMA, 1989b).
Introduz-se na legislação brasileira, com esta resolução, o conceito de padrões de
qualidade do ar, até então inexistentes. Os padrões primários são aquelas concentrações de
poluentes que, uma vez ultrapassadas, podem implicar em danos à saúde da população.
Definem, portanto, os níveis máximos toleráveis de concentração dos poluentes. Os padrões
secundários, por sua vez, caracterizam concentrações tais que abaixo delas prevê-se um
mínimo efeito adverso sobre a população, à fauna, flora, materiais e meio-ambiente em
geral. Definem, dessa maneira, os níveis máximos desejados de concentração de poluentes
(BRASIL, CONAMA, 1989b).
No ano seguinte foi publicada a Resolução número 003/1990 que define como
poluente atmosférico “qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em
quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis
estabelecidos, e que tornem ou possam tornar o ar impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde;
inconveniente ao bem-estar público; danoso aos materiais, à fauna e flora e prejudicial à
segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade.” (BRASIL,
CONAMA, 1990c).
A utilização do carvão para geração de energia é uma atividade altamente
impactante, uma vez que gera quantidades significativas de resíduos (cinzas e rejeitos),
ocasionando entre outras coisas, acidificação e assoreamento dos recursos hídricos e
alterações da geomorfologia local.
O processo de mineração do carvão a céu aberto implica em lançar, no meio
ambiente, águas derivadas da drenagem das minas com baixo pH e altas concentrações de
hidróxidos e óxidos de ferro, manganês e outros metais, devidos ao processo de
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 8
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
decomposição da pirita do carvão quando colocada em contato com a água e com o ar
(SCHEIBE, 2002).
O transporte ferroviário do carvão também pode ser capaz de produzir impacto
ambiental em áreas residenciais e agrícolas, particularmente aquelas que estejam próximas
ou sejam atravessadas pela ferrovia. Estudos de Ferreira e Vaz (2004) e Ferreira et al (2003)
procuram viabilizar uma solução eficiente de cobertura dos vagões ferroviários para reduzir
a emissão de material particulado durante a etapa de transporte do carvão.
Dentre as principais implicações na saúde humana da exploração do carvão, as
doenças pulmonares sobressaem-se, sendo as pneumoconioses as mais prevalentes. A
pneumoconiose é uma doença ocupacional decorrente da inalação de poeiras inorgânicas e
orgânicas em suspensão nos ambientes, que leva a alterações do parênquima pulmonar
(setor responsável pela troca de gases no aparelho respiratório), podendo comprometer a
função pulmonar.
1.4 Caracterização do problema: vento em pilhas de carvão
Conforme Helgen e Moore (1996) apud Ortiz e Teixeira (2002), a erosão física em
pilhas de material estéril (figura 1.4) e o lançamento de rejeitos finos geralmente fazem com
que se ultrapasse a capacidade de transporte de sedimentos em sistemas fluviais receptores
resultando no assoreamento do leito fluvial e em alargamento da planície de inundação.
Figura 1.4 – Processo de erosão de uma pilha de material estéril.
Fonte: Loredo-Souza et al (2006).
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 9
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Para a United States Environmental Protection Agency (2001), as emissões
industriais podem ser reduzidas através da aplicação de medições, métodos, processos,
sistemas e técnicas. Estas atividades podem incluir:
Redução do volume de poluentes ou eliminação das emissões através da
mudança de processos ou adoção de novos materiais;
Sistemas ou processos de enclausuramento para eliminar emissões;
Coleta, captura ou tratamento de poluentes quando estes são liberados de um
processo, chaminé, armazenagem ou pontos de fuga de emissões;
Projeto, equipamento, trabalho prático ou procedimento operacional,
incluindo treinamento de funcionários e certificação.
A aspersão de água nas estradas e acessos e a plantação de cortinas verdes
normalmente compostas por eucaliptos no entorno das áreas industriais e ao longo das
estradas permanentes procuram minimizar os efeitos da propagação dos materiais
particulados no ambiente.
Uma forma de abordagem do problema é a modelagem física de problemas de
erosão eólica de materiais particulados como o carvão através de modelos em escala
reduzida testados em túneis de vento de camada limite atmosférica. Esse tipo de modelagem
permite a simulação de diversos parâmetros do problema e de várias soluções alternativas
para comparação dos resultados.
Foram feitos estudos em túnel de vento por Loredo-Souza et al (2006) com o
objetivo de analisar uma situação específica de erosão de pilhas de carvão em um pátio de
estocagem da Companhia Vale do Rio Doce, em Vitória, no Espírito Santo, e avaliar a
possibilidade de proteção do pátio com telas de proteção. Dentro deste contexto, este
trabalho de dissertação analisou parte dos dados dos ensaios deste estudo, complementando
com ensaios de configurações não testadas anteriormente.
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 10
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
1.5 Objetivos do trabalho
O objetivo geral deste trabalho é avaliar a influência de telas de proteção na
aerodinâmica de pilhas de carvão. Nesse trabalho pretende-se:
Determinar a influência espacial da tela de proteção sobre uma pilha típica de
carvão;
Determinar a influência da presença de mais de uma tela de proteção,
localizadas a sotavento e barlavento da pilha;
1.6 Estrutura da Dissertação
A dissertação está estruturada em seis capítulos. No primeiro, faz-se uma introdução
à problemática ambiental, caracteriza-se o problema a ser abordado e apresentam-se os
objetivos deste trabalho.
No segundo capítulo, apresenta-se uma revisão bibliográfica, dividida em três partes.
A primeira parte apresenta as características do fenômeno de erosão de material particulado.
A segunda parte trata dos mecanismos de transporte do grão, descrevendo o momento inicial
do processo de movimentação da partícula e os três modos básicos de transporte – saltação,
rolamento e suspensão. A terceira parte apresenta de forma geral um mecanismo de proteção
de erosão utilizado na engenharia do vento – as barreiras ou quebra-ventos, discutindo-se a
aerodinâmica desses dispositivos. Também é apresentado um breve histórico das simulações
e estudos realizados por outros pesquisadores nesta área e trata-se da proteção de pilhas de
carvão com o uso de telas porosas.
No terceiro capítulo aborda-se a metodologia utilizada ao longo do projeto de
dissertação. As principais características do túnel de vento Professor Joaquim Blessmann e
dos equipamentos de medição que foram utilizados são apresentadas. São também descritos
os procedimentos de ensaios e as características do modelo, dos casos analisados e do vento
simulado. No quarto capítulo faz-se a análise dos resultados obtidos e no quinto capítulo
apresentam-se as conclusões e sugestões para a continuidade dos trabalhos. As referências
utilizadas são apresentadas no último capítulo.
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 11
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Capítulo 2 – Caracterização do Fenômeno e Revisão Bibliográfica
2.1 Caracterização do Fenômeno
O transporte por ação do vento de material particulado como areia, silte e partículas
de carvão, entre outros, ocorre em uma grande variedade de condições naturais ou
antropogênicas. É um assunto que tem despertado interesse em pesquisadores do mundo
todo nas últimas décadas, porém ainda existe uma lacuna de conhecimentos na área.
Encontra-se pouco material disponível sobre o assunto e, com freqüência, abordando
prioritariamente o transporte hidráulico, e não eólico, de partículas.
Considera-se neste trabalho um material granular ou particulado como sendo uma
grande quantidade de partículas sólidas, ou grãos, de dimensões reduzidas quando
comparadas com as escalas principais do escoamento. Em geral, admite-se que o material
granular tem coesão nula e é incompressível. Assume-se também que todos os grãos têm a
mesma massa específica ρ
s
. Além disso, para uma determinada curva granulométrica,
estando o material bem misturado, podemos considerá-lo homogêneo e isotrópico. Dessa
maneira, as propriedades avaliadas independem da direção e posição escolhida.
Caracteriza-se um material granular não-coeso pela sua massa específica ρ
s
, pelo
tamanho absoluto dos seus grãos D e por suas propriedades geométricas, como o formato
dos grãos e a curva de distribuição granulométrica.
Yalin (1977) discorre sobre simplificações nos parâmetros dos grãos. Para ele, é o
formato da partícula que define as funções de relação entre os parâmetros. Isto é, para uma
dada geometria em particular, o valor de uma propriedade G qualquer é dado por:
G = f
G
(g
1
, g
2
, g
3
,..., g
n
). (2.1)
Para uma geometria diferente, essa propriedade G será definida pelos mesmos
parâmetros g
1
, g
2
, g
3
,..., g
n
, porém relacionados por uma função diferente:
G = f
G
’(g
1
, g
2
, g
3
,..., g
n
) (2.2)
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 12
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Dessa maneira, para dois materiais granulares de mesma geometria, as funções f
G
e
f
G
’ serão idênticas. Assim, segundo Yalin (1977), pode-se simplificar o problema e dizer
que são necessários apenas a massa específica ρ
s
e o tamanho absoluto (representado pelo
diâmetro D) para identificar um dado material.
Considerando que um escoamento pode ser definido por suas características como
perfil de velocidades médias e intensidade de turbulência. Por conseguinte, para Yalin
(1977) um escoamento uniforme estacionário bidimensional envolvendo um material
granular não-coeso de uma dada geometria é definido pelos parâmetros massa específica do
fluido, viscosidade do fluido, massa específica dos grãos, diâmetro dos grãos, perfil de
velocidades e intensidade de turbulência do escoamento.
2.2 Os mecanismos de transporte das partículas
O vento atuante na região próxima à superfície de pilhas de estocagem de material
estéril é responsável pelo processo de erosão das partículas finas. Atuam sobre as partículas
as forças de gravidade, pressão e viscosidade. A força de gravidade depende do diâmetro da
partícula e de sua massa específica; as forças de pressão e viscosidade dependem do campo
de escoamento gerado em torno da pilha. A resultante destas três forças, se decomposta na
direção do escoamento e na direção perpendicular ao mesmo, resulta nas chamadas forças
aerodinâmicas: força de sustentação (
L
F
r
) e força de arrasto (
D
F
r
).
Du Boys (1879) apud Yalin (1977) acreditava que o transporte de material granular
ocorria quando o escoamento, exercendo sobre os grãos uma tensão de cisalhamento
o
τ
maior que uma determinada tensão crítica de cisalhamento
cro
)(τ arrastava com uma
velocidade u
1
uma primeira camada de grãos (inicialmente em repouso) imersos no
escoamento. Dessa maneira, a condição
(
)
cr
oo
ττ > seria necessária para movimentar uma
primeira camada que, por sua vez, induziria o movimento de uma segunda camada
imediatamente inferior com velocidade u
2
que, analogamente, induziria o movimento da
terceira camada com velocidade u
3
e assim sucessivamente. Sugeria-se que as velocidades u
i
(i=1, 2, 3,...) das camadas decresceriam de acordo com a relação linear
constante
u
z
i
i
= , onde
z
i
é a altura da camada i.
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 13
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
De acordo com Velikanov (1910) apud Yalin (1977), Krey foi o primeiro a observar
que o movimento dos grãos não tinha nada em comum com o modelo de Du Boys. Segundo
Yalin (1977), Krey e posteriormente outros pesquisadores verificaram que o escoamento
apenas coloca em movimento a camada mais externa de grãos. Como conseqüência dessa
afirmação, os grãos dispersos no escoamento podem ter origem apenas nessa camada mais
externa do leito, na interface fluido-partícula. Quando o valor da tensão de cisalhamento
o
τ
atuante sobre o grão supera a tensão crítica de cisalhamento
()
cro
τ
, mantendo-se,
entretanto, menor do que um determinado valor de tensão de cisalhamento limite
()
cro
'
τ
os
grãos saltam (e menos usualmente rolam) uns sobre os outros:
() ()
croo
cr
o
´τττ << .
(2.3)
Quando
o
τ excede
()
cro
´τ verifica-se uma grande quantidade de grãos suspensos no
escoamento:
() ()
ocro
cr
o
τ´ττ << .
(2.4)
Yang (1996) evidenciou outros critérios associados ao estado de movimentação
iminente de partículas imersas em água estabelecidos por Fortier e Scobey (1926),
Hjulstrom (1935), Shields (1936), White (1940) e ele próprio (Yang, 1996). Essas análises
apresentadas, entretanto, desconsideram os efeitos das forças de pressão atuantes nos grãos.
A figura 2.1 apresenta as forças atuantes em um único grão isolado de diâmetro D
sobre uma superfície inclinada, formando um ângulo θ com o plano horizontal, onde atuam
a força de arrasto
D
F
r
e a força de sustentação
L
F
r
, que são as forças aerodinâmicas
responsáveis pelo movimento do grão. Além destas, atuam também a força peso
P
r
e força
de atrito
A
F
r
.
A partícula estará em estado de movimentação quando pelo menos uma das três
afirmativas a seguir for satisfeita:
cosθPF
L
≥ ,
(2.5)
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 14
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
AD
FsenθPF +≥ ,
(2.6)
()
RDO
MsenθPF
2
D
M ≥−= ,
(2.7)
sendo
O
M o momento atuante no ponto O de contato com a superfície devido à força de
arrasto
D
F
r
e M
R
o momento resistente devido à força
P
r
.
Figura 2.1 – Balanço de forças em um grão isolado.
Admita-se agora que, no início do processo de transporte, o leito de material
particulado forme um ângulo
θ com a horizontal, conforme mostrado na figura 2.2. Seja
R
r
o vetor resultante das forças
L
F
r
e P
r
atuantes em um grão unitário:
PFR
L
r
r
r
+=
(2.8)
O vetor P
r
, que representa o peso do grão, se mantém constante e é igual a:
gmP
r
r
= ,
(2.9)
sendo
m a massa da partícula e g
r
a força de aceleração da gravidade atuante. O vetor
L
F
r
,
por sua vez, representa as forças de pressão por ação do vento e é diretamente proporcional
à intensidade do escoamento, aumentando à medida que o módulo da velocidade
V
r
do
escoamento aumenta. Seja
s a reta suporte da força
L
F
r
, que forma um ângulo
θ
α
−
= 90
com a horizontal. Por simplicidade, admite-se que o ângulo
α não varie. Dessa maneira, a
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 15
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
posição do vetor resultante
R
r
dependerá unicamente da força
L
F
r
. Assim, a extremidade
final do vetor
R
r
se moverá sobre uma reta s´ que contém o ponto final do vetor P
r
, paralela
à reta suporte s.
Figura 2.2 – Balanço de forças em um grão inserido em uma pilha.
Sejam A e B os pontos de contato entre grãos contíguos. Enquanto o vetor
R
r
estiver
entre os pontos A e B existirá contato de um grão com o grão adjacente no ponto A através
de uma força
A
P
r
. No momento que este vetor
R
r
estiver fora do intervalo BA
)
, atuando
apenas acima do ponto B, se desfaz o ponto de contato A e
A
P
r
se torna nulo, uma vez que o
material não tem coesão e, neste caso, as forças de contato não podem ser transmitidas entre
os grãos.
Sejam f e
ψ o coeficiente e o ângulo de atrito entre os grãos, respectivamente. Então,
Ψtgf
=
.
(2.10)
Considere-se que os valores positivos dos ângulos são medidos no sentido anti-
horário. Seja
n
r
um vetor normal ao plano de contato entre grãos que passa pelo ponto B. O
desprendimento do grão ocorrerá quando a força resultante
R
r
alcançar uma posição tal que
o ângulo formado entre os vetores
R
r
e n
r
se torne igual ao ângulo de fricção ψ. Seja ϕ o
ângulo formado entre a direção do escoamento e a reta tangente que une os pontos A e B.
Aplicando o teorema dos senos, temos que
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 16
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
()
βsen
P
Ψsen
F
L
=
+
ϕ
,
(2.11)
e considerando
()
θϕ
π
β
−Ψ+−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
2
,
(2.12)
chega-se à seguinte condição para o desprendimento de um grão individual:
()
()
[]
ψθcos
ψsen
P
F
L
+−
+
≥
ϕ
ϕ
.
(2.13)
Portanto, o desprendimento do grão ocorre quando o valor da razão F
L
/P, que
aumenta com V, excede um certo limite determinado pelos ângulos ϕ, ψ e θ. O ângulo ϕ
depende inteiramente da geometria do grão e do ambiente. O ângulo θ é também
determinado pela geometria e pelo número de Reynolds. O ângulo de fricção ψ depende da
micro-geometria dos grãos, ou seja, é função das condições das superfícies dos grãos em
contato com as outras. Assim, o valor de F
L
/P correspondente ao desprendimento do grão
varia em função da geometria (no sentido mais amplo da palavra) e, em geral, do número de
Reynolds.
Uma vez que a partícula entre em movimento, pode desenvolver três tipos de
movimentos: rolamento, saltação e suspensão (figura 2.3). O rolamento se caracteriza pela
translação dos grãos sobre uma superfície, na direção do escoamento, girando ao redor de
um eixo perpendicular ao escoamento principal. Esse fenômeno depende do campo de
velocidades do vento próximo à superfície da pilha e ocorre quando o momento atuante M
0
supera o momento resistente M
R
e, ao mesmo tempo,
L
F
r
se mantiver menor que P
r
(ou, no
máximo, ligeiramente superior). O mecanismo inicial da saltação e da suspensão é o mesmo,
sendo dependentes do campo de pressões gerado pelo escoamento no entorno da pilha. Para
que ocorram, faz-se necessário que em um instante inicial a força
L
F
r
supere a força peso P
r
.
Nesse momento, o grão inicia um processo de suspensão no escoamento e permanece assim
até que a força
P
r
supere a força
L
F
r
. Nesse momento, o grão inicia o retorno à superfície do
leito granular.
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 17
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 2.3 – Mecanismos de movimento de um grão.
Fonte: Loredo-Souza e Schettini (2005).
Kind (1990) afirma que o processo de saltação é responsável pela maior parte da
erosão de material particulado, embora a altas velocidades do vento o processo de suspensão
também seja importante. Lee
et al (2002) indicam que partículas com diâmetro menor que
100 µm normalmente estão envolvidas no processo de suspensão, enquanto que a saltação
envolve partículas com diâmetros da ordem de 100 a 1000 µm. O diâmetro médio das
partículas que se movimentam por rolamento é maior que 1000 µm.
É certo que a estrutura mecânica do escoamento é fator determinante para ocorrer
movimentação dos grãos, entretanto esse movimento está relacionado também com as
características físicas do material particulado em si.
Em escoamentos com regime de alto grau de turbulência é possível que um grão
suspenso com uma força
L
F
r
de forma a iniciar um salto possa ser suspenso com uma força
grande o suficiente para entrar na região do escoamento onde as forças de flutuação que
agem sobre o grão serão semelhantes, ou mesmo maiores, que o peso P
r
do grão. A
trajetória do grão, neste caso, será guiada pelo movimento aleatório das forças da
turbulência. Não seguirá mais a trajetória T
b
mostrada na figura 2.4, e sim a trajetória
aleatória probabilística T
s
de uma partícula em suspensão. Para Yalin (1977), não existe um
limite claro de trajetórias “suspensas”, tais como T
s
, e das trajetórias de saltação, tais como
T
b
. A trajetória média das partículas saltantes é afetada diretamente pela intensidade do
escoamento, pelo aumento do número de Reynolds e pela intensidade da turbulência.
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 18
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 2.4 – Trajetórias de uma partícula em saltação e em suspensão.
Fonte: adaptada de Yalin (1977).
2.3 Mecanismos de proteção
Há muito tempo o homem utiliza elementos de barreira para controlar a erosão
eólica, principalmente para a proteção de zonas agrícolas. Esses elementos de proteção são
chamados também de quebra-ventos, e podem ter configurações e materiais bastante
variados. Pode-se citar a proteção por vegetação, muros, cercas e telas. Uma atenção
especial será dada nesse trabalho às telas, que são elementos bidimensionais, com altura e
largura consideráveis, mas de espessura insignificante. Atualmente são bastante utilizadas
para prevenir a erosão do solo, acumulação de neve e dispersão de poluentes.
2.3.1 A aerodinâmica do quebra-vento
Verifica-se que certos fatores têm um efeito importante na definição das
características do escoamento na esteira de um quebra-vento. Em particular, pode-se citar as
dimensões do quebra-vento, seu formato, sua permeabilidade
1
e a distribuição e graus de
flexibilidade de seus elementos constituintes. Além disso, são importantes as características
do vento incidente e as características da região de entorno (Gandemer, 1979).
O princípio de funcionamento de um quebra-vento é basicamente o seguinte: em um
primeiro momento, o quebra-vento altera o campo de escoamento, causando uma perda de
quantidade de movimento no escoamento incompressível e, conseqüentemente, um efeito de
proteção. À medida que se reduz a permeabilidade do quebra-vento, o escoamento que flui
através do material diminui e a força de arrasto aumenta. Ao mesmo tempo, ocorre uma
1
A permeabilidade ou porosidade ε de um quebra-vento pode ser definida como a relação entre a área
aberta e a área total da estrutura.
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 19
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
deflexão do escoamento para cima e, abaixo de determinada permeabilidade, verifica-se
uma grande região de separação do escoamento a sotavento do quebra-vento. Quanto menor
for a permeabilidade da barreira, mais intensos se tornam os turbilhões na esteira e mais
afastado estará o ponto de recolamento do escoamento (figuras 2.5 e 2.6).
Figura 2.5 – Linhas de corrente de um escoamento com barreira sólida.
Fonte: adaptada de Gandemer (1979).
Figura 2.6 – Linhas de corrente de um escoamento com barreira porosa.
Fonte: adaptada de Gandemer (1979).
Kaiser (1959)
apud Raine e Stevenson (1977) foi provavelmente o primeiro a
mostrar que embora um quebra-vento menos permeável possa oferecer uma maior redução
das velocidades médias do escoamento, o grande aumento da turbulência a sotavento dessa
barreira torna os quebra-ventos mais permeáveis mais eficientes para proteção. Entretanto,
estudos de Gandemer (1979) indicam que quebra-ventos com porosidades acima de 70%
têm pouco ou nenhum efeito de proteção no início da esteira, e no final da esteira têm sua
proteção bastante reduzida.
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 20
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Raine e Stevenson (1977) afirmam que não existem soluções analíticas satisfatórias
para a equação de Navier-Stokes no escoamento altamente turbulento que existe ao redor de
um quebra-vento. Dessa maneira, é inevitável a adoção de formulações empíricas para
descrever o escoamento. Dados experimentais mostram que o arrasto sobre um quebra-vento
aumenta com o decréscimo da porosidade e com o aumento da relação h/z
0
(sendo h a altura
do quebra-vento e z
0
a rugosidade do terreno).
Baseado nessa relação h/z
0
, Plate (1971) apud Raine e Stevenson (1977) sugeriu uma
formulação para o cálculo do coeficiente de arrasto que indica que quanto menos rugoso for
o terreno, maior será a redução da velocidade média a sotavento do quebra-vento. Por outro
lado, quanto maior for a rugosidade do terreno e quanto mais turbulento for o escoamento
(indicado por um maior expoente
p na lei de potências que descreve o perfil de velocidades
médias), menor será a zona a sotavento com velocidades médias reduzidas.
Raine e Stevenson (1977) relatam que tanto Jensen (1958) como Kaiser (1959)
concluíram que em um escoamento incidente plenamente desenvolvido, turbulento e em
estabilidade neutra, os padrões desenvolvidos a sotavento do quebra-vento devem ser
independentes da velocidade de aproximação do escoamento. Além disso, a queda de
pressão que ocorre na porção do escoamento que passa através do quebra-vento (
bleed flow)
é compensada por um acréscimo de pressão a sotavento no escoamento principal. Essa
queda de pressão aumenta à medida que diminui a porosidade da barreira. Dados de campo e
de ensaios mostram que com o aumento da permeabilidade ocorre uma menor contribuição
para a diminuição da velocidade média e da intensidade de turbulência na parte inicial da
esteira, enquanto que na parte final ocorre uma recuperação lenta das condições do
escoamento original. Ao mesmo tempo, o ponto de valor mínimo da velocidade média, que
ocorre próximo ao solo, se move para sotavento e se posiciona próximo à zona de maior
turbulência.
Gandemer (1979) estudou a aerodinâmica de diferentes tipos de quebra-ventos,
incluindo vegetação, e discutiu os resultados em termos de conforto de pedestres. O autor
fez comparações em termos de velocidades médias e turbulência, introduzindo um
parâmetro adimensional
f (chamado de fator de proteção) como um parâmetro de
comparação.
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 21
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Raine e Stevenson (1977) indicam uma permeabilidade ótima ao redor de 35% a
50% como consenso entre pesquisadores. Além disso, uma barreira efetiva de altura h deve
fornecer uma redução de 50% da velocidade média até uma distância de 10h a sotavento,
20% até a distância de 20h e uma redução máxima de 70% a 80% entre 1h e 5h, esses
valores medidos a uma altura z / h = 0,5. Os efeitos do quebra-vento podem ser ainda
notados até uma distância entre 60h a 100h a sotavento. Eles concluíram que barreiras de
permeabilidade baixa a média dão uma proteção melhor do que barreiras sólidas, com um
custo em geral menor.
Além disso, Gandemer (1979) ressalta que a ventilação da esteira na base do quebra-
vento parece ter função decisiva no efeito de proteção e que quebra-ventos com
permeabilidade entre 0% e 20% fazem com que ocorra uma interferência na zona protegida
por parte do escoamento que desenvolve uma grande velocidade nas extremidades da
barreira. Ele indica ainda que, com relação a aspectos econômicos, a associação de barreiras
pode ser interessante, pois aparentemente o custo de construção não segue uma relação
linear com a altura do elemento de proteção.
Em geral, todas as medições realizadas em ensaios são referentes à linha central da
barreira. Gandemer (1981) fez um estudo avaliando o efeito de várias configurações para as
extremidades finais das barreiras, uma vez que nessa região ocorre um aumento da
velocidade do vento e uma diminuição da proteção. Os resultados mostram que uma
configuração diferenciada (em forma de escada, com porosidade crescente ou com outra
barreira perpendicular na extremidade, conforme mostra a figura 2.7) para os últimos 10
metros pode mitigar os efeitos deste fenômeno.
Na mesma época, Ranga Raju
et al (1988) avaliaram o coeficiente de arrasto de
barreiras porosas, chegando à conclusão que este é função da porosidade e da relação entre a
altura da barreira e a rugosidade do entorno.
2.3.2 Proteção de pilhas de carvão
Existem poucos trabalhos publicados em periódicos internacionais relacionados com
a erosão de pilhas de carvão. Um dos primeiros trabalhos foi conduzido por Borges e Viegas
(1988) em uma importante termoelétrica portuguesa. Nesse estudo, eles simularam em túnel
de vento pilhas de carvão em escala reduzida (1/500) avaliando, em um primeiro momento,
o escoamento bidimensional perpendicular a uma fileira de quatro pilhas. Em um segundo
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 22
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
momento, avaliaram o efeito da direção do vento sobre o fenômeno. Os resultados obtidos
foram integrados para avaliar as taxas de emissão de pó de carvão para as várias
configurações estudadas. Nesse trabalho foram estudadas seis configurações diferentes de
proteção, variando a altura e a porosidade da tela. As relações h/H (sendo h a altura da tela e
H a altura da pilha) ensaiadas foram 0, 0,75 e 1,0. As porosidades de tela ensaiadas foram
0%, 35%, 50% e 100%.
Figura 2.7 – Diferentes configurações da extremidade da tela.
Fonte: Gandemer (1981).
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 23
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Lee e Park (2000) publicaram um trabalho sobre o estudo experimental em modelos
em escala reduzida (1/800) das pilhas de carvão do pátio de armazenamento de carvão da
POSCO, na Coréia do Sul, uma das maiores siderúrgicas do mundo. Os experimentos
tiveram um número de Reynolds baseado na altura da pilha igual a 18000 e avaliaram as
distribuições de pressões médias e flutuantes na superfície das pilhas para várias direções de
incidência do vento. A tela com porosidade ε = 40% foi considerada a mais adequada para
reduzir as pressões médias e flutuantes nas pilhas. Além disso, chegaram à conclusão que a
melhor opção seria o cercamento total do pátio de armazenamento. Fotografias das telas
após a implementação são mostradas nas figuras 2.8 e 2.9
Figura 2.8 – Telas instaladas em POSCO, Coréia do Sul.
Fonte: POSCO (2005).
Em outro trabalho, Lee e Park (2002) afirmaram que as telas mantêm seu efeito de
proteção até a quinta ou sexta pilha consecutiva e que a velocidade crítica para o início da
erosão é afetada diretamente pelo diâmetro da partícula e pela altura da tela. Em estudos
publicados anteriormente (LEE e PARK, 1999) mostraram que uma tela adicional a
sotavento poderia diminuir consideravelmente as flutuações de pressão.
Schettini e Loredo-Souza (2004) simularam em túnel de vento o escoamento em um
pátio de armazenamento de carvão de uma grande mineradora brasileira. Foi ensaiado um
conjunto de 41 pilhas do pátio em escala 1/1000. Foram ensaiadas telas com duas alturas
(1,5H e 2,0H) e três porosidades diferentes (37%, 53% e 68%), e medidos os dados de
velocidades instantâneas do vento e pressões na superfície da pilha. Seus estudos indicaram
que a configuração mais adequada para a redução dos efeitos do vento naquela situação é o
CAPÍTULO 2 – CARACTERIZAÇÃO DO FENÔMENO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 24
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
cercamento total do setor com tela de porosidade 37% e altura 1,5H. Foi observada também
a influência positiva de telas a barlavento e a sotavento da pilha na redução das flutuações
de pressão, especialmente para ventos oblíquos. Esses estudos mostraram a necessidade de
estudar o escoamento ao redor de uma pilha isolada, com a presença de telas de proteção.
Figura 2.9 – Telas instaladas em POSCO, Coréia do Sul.
Fonte: POSCO (2005).
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 25
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Capítulo 3 – Ensaios em Túnel de Vento
3.1 O programa experimental
Para o estudo foi utilizado um modelo reduzido de uma pilha de carvão típica em
escala 1/125, confeccionado em madeira e alumínio. As dimensões do modelo estão
indicadas na figura 3.1. O modelo foi instrumentado com 62 tomadas de pressão para
medição das pressões médias e flutuantes em sua superfície, distribuídas em um quadrante
de sua superfície, conforme indicado na figura 3.2. O modelo corresponde a uma pilha, em
escala real, de dimensões 40 m (largura) × 16 m (altura) × 80 m (comprimento) e seção
transversal triangular. Estas dimensões e forma são características típicas de pilhas de
carvão em pátios de estocagem, e foram fornecidas pela Companhia Vale do Rio Doce
(CVRD). A tabela 3.1 apresenta as coordenadas da projeção das tomadas de pressão na
projeção do modelo, considerando a origem do eixo coordenado no centro da pilha, como
indica a figura 3.2.
Figura 3.1 – Características geométricas do modelo (dimensões em cm).
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 26
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.2 – Localização das tomadas de pressão na superfície externa do modelo projetada.
A figura 3.3 mostra uma fotografia do modelo construído para o ensaio da pilha
isolada, dentro do túnel de vento.
Figura 3.3 – Modelo da pilha de carvão.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 27
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Tabela 3.1 – Coordenadas da projeção das tomadas de pressão na superfície externa do modelo.
XY XY
1
-16,35 -0,35
32
-15,20 -0,50
2
-16,93 0,00
33
-10,86 -0,50
3
-17,11 -0,80
34
-6,51 -0,50
4
-16,80 -1,11
35
-2,17 -0,50
5
-18,81 0,00
36
0,00 -0,50
6
-18,69 -0,80
37
-15,20 -1,37
7
-18,40 -1,46
38
-10,86 -1,37
8
-17,98 -1,99
39
-6,51 -1,37
9
-17,46 -2,40
40
-2,17 -1,37
10
-16,80 -2,69
41
-15,20 -2,81
11
-20,61 -0,80
42
-10,86 -2,81
12
-20,14 -2,18
43
-6,51 -2,81
13
-19,31 -3,31
44
-2,17 -2,81
14
-18,18 -4,15
45
0,00 -2,81
15
-16,80 -4,61
46
-15,20 -4,68
16
-23,18 0,00
47
-10,86 -4,68
17
-23,14 -0,80
48
-6,51 -4,68
18
-22,46 -3,13
49
-2,17 -4,68
19
-21,08 -5,08
50
-15,20 -7,18
20
-19,13 -6,46
51
-10,86 -7,18
21
-16,80 -7,14
52
-6,51 -7,18
22 -26,59 -0,80 53 -2,17 -7,18
23
-25,64 -4,44
54
0,00 -7,18
24
-23,50 -7,51
55
-15,20 -10,62
25
-20,44 -9,64
56
-10,86 -10,62
26
-16,80 -10,59
57
-6,51 -10,62
27
-30,34 -0,80
58
-2,17 -10,62
28
-29,11 -5,87
59
-15,20 -14,36
29
-26,15 -10,16
60
-10,86 -14,36
30
-21,86 -13,11
61
-6,51 -14,36
31
-16,80 -14,34
62
-2,17 -14,36
Tomada
Coordenada
Tomada
Coordenada
O estudo foi realizado para 71 configurações, as quais são expressas
esquematicamente nas figuras 3.7 a 3.11 e indicadas nas tabelas 3.2 a 3.4. As configurações
representam distintas combinações de porosidade, altura e disposição das telas em relação à
pilha. Nas tabelas 3.2 a 3.4 as configurações são representadas por códigos, os quais têm o
seguinte significado:
Posicionamento da tela:
“AB” representa tela colocada a barlavento, na posição paralela ao maior
eixo geométrico da pilha;
“EF” representa a tela colocada a sotavento, posição paralela ao maior
eixo geométrico da pilha;
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 28
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
“CD” representa tela colocada a barlavento, na posição perpendicular ao
maior eixo geométrico da pilha;
Porosidade da tela:
“K” representa porosidade de 68%,
“L” representa porosidade de 53%,
“M” representa porosidade de 37% (maior espaçamento entre os fios),
“N” representa porosidade de 37% (menor espaçamento entre os fios),
“O” representa porosidade de 0% (placa sólida);
Altura da tela:
“R” representa altura da tela igual à altura da pilha de carvão (1H – sendo
H a altura da pilha),
“S” representa altura da tela igual a uma vez e meia a altura da pilha de
carvão (1,5H – sendo H a altura da pilha);
Afastamento da tela:
“X” representa afastamento entre tela e pilha igual à metade da altura da
pilha (0,5H – sendo H a altura da pilha),
“Y” representa afastamento entre tela e pilha igual a uma vez e meia a
altura da pilha (1,5H – sendo H a altura da pilha).
As figuras 3.4 a 3.6 mostram fotografias do modelo construído para os ensaios com
tela. No Anexo A são mostradas as fotografias de outras configurações ensaiadas.
Figura 3.4 – Ensaio do modelo com tela a barlavento
(configuração AB MSX).
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 29
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.5 Ensaio do modelo com tela a sotavento
(configuração EF MSX).
Figura 3.6 – Ensaio do modelo com telas a barlavento e a sotavento
(configuração AB LRX + EF LSX).
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 30
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.7 – Configurações dos ensaios com uma tela a barlavento.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 31
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.8 – Configurações dos ensaios com uma tela a sotavento.
A tabela 3.2 mostra as características das malhas utilizadas na confecção das telas e a
figura 3.12 mostra uma fotografia dessas malhas.
Tabela 3.2 – Caracterização das malhas utilizadas na confecção das telas.
Tela
Porosidade
[%]
Diâmetro do fio
[mm]
Abertura da malha
[mm]
K 68% 0,28 1,300
L 53% 0,30 0,760
M 37% 0,20 0,300
N 37% 0,10 0,154
O0% - -
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 32
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.9 – Configurações dos ensaios com duas telas (a barlavento e sotavento).
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 33
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.10 – Configurações dos ensaios com uma tela a barlavento.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 34
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.11 – Configurações dos ensaios com uma tela a sotavento e com duas telas
(a barlavento e a sotavento).
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 35
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Tela K, Porosidade 68%
Tela L, Porosidade 53%
Tela M, Porosidade 37%, fio 0,2 mm.
Tela N, Porosidade 37%, fio 0,1 mm.
Tela O, Porosidade 0%
Figura 3.12 – Imagem das malhas utilizadas na confecção das telas.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 36
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Nas tabelas 3.3 a 3.6 estão listadas as diferentes configurações testadas, utilizando-se
a codificação citada anteriormente.
Tabela 3.3 – Configurações utilizadas nos ensaios com uma tela a barlavento (posição AB).
Configuração
Posição 1
(Barlavento)
Posição 2
(Sotavento)
Porosidade
Altura da
Tela 1
Altura da
Tela 2
Afastamento
da Pilha
SEM TELA ---- ---- 100% ---- ---- ----
AB-KRX AB ---- 68% 1,0 H ---- 0,5 H
AB-KRY AB ---- 68% 1,0 H ---- 1,5 H
AB-KSX AB ---- 68% 1,5 H ---- 0,5 H
AB-KSY AB ---- 68% 1,5 H ---- 1,5 H
AB-LRX AB ---- 53% 1,0 H ---- 0,5 H
AB-LRY AB ---- 53% 1,0 H ---- 1,5 H
AB-LSX AB ---- 53% 1,5 H ---- 0,5 H
AB-LSY AB ---- 53% 1,5 H ---- 1,5 H
AB-MRX AB ---- 37% 1,0 H ---- 0,5 H
AB-MRY AB ---- 37% 1,0 H ---- 1,5 H
AB-MSX AB ---- 37% 1,5 H ---- 0,5 H
AB-MSY AB ---- 37% 1,5 H ---- 1,5 H
AB-NRX AB ---- 37% 1,0 H ---- 0,5 H
AB-NRY AB ---- 37% 1,0 H ---- 1,5 H
AB-NSX AB ---- 37% 1,5 H ---- 0,5 H
AB-NSY AB ---- 37% 1,5 H ---- 1,5 H
AB-ORX AB ---- 0% 1,0 H ---- 0,5 H
AB-ORY AB ---- 0% 1,0 H ---- 1,5 H
AB-OSX AB ---- 0% 1,5 H ---- 0,5 H
AB-OSY AB ---- 0% 1,5 H ---- 1,5 H
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 37
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Tabela 3.4 – Configurações utilizadas nos ensaios com uma tela a barlavento (posição CD).
Configuração
Posição 1
(Barlavento)
Posição 2
(Sotavento)
Porosidade
Altura da
Tela 1
Altura da
Tela 2
Afastamento
da Pilha
CD-KRX CD ---- 68% 1,0 H ---- 0,5 H
CD-KRY CD ---- 68% 1,0 H ---- 1,5 H
CD-KSX CD ---- 68% 1,5 H ---- 0,5 H
CD-KSY CD ---- 68% 1,5 H ---- 1,5 H
CD-LRX CD ---- 53% 1,0 H ---- 0,5 H
CD-LRY CD ---- 53% 1,0 H ---- 1,5 H
CD-LSX CD ---- 53% 1,5 H ---- 0,5 H
CD-LSY CD ---- 53% 1,5 H ---- 1,5 H
CD-MRX CD ---- 37% 1,0 H ---- 0,5 H
CD-MRY CD ---- 37% 1,0 H ---- 1,5 H
CD-MSX CD ---- 37% 1,5 H ---- 0,5 H
CD-MSY CD ---- 37% 1,5 H ---- 1,5 H
CD-NRX CD ---- 37% 1,0 H ---- 0,5 H
CD-NRY CD ---- 37% 1,0 H ---- 1,5 H
CD-NSX CD ---- 37% 1,5 H ---- 0,5 H
CD-NSY CD ---- 37% 1,5 H ---- 1,5 H
CD-ORX CD ---- 0% 1,0 H ---- 0,5 H
CD-ORY CD ---- 0% 1,0 H ---- 1,5 H
CD-OSX CD ---- 0% 1,5 H ---- 0,5 H
CD-OSY CD ---- 0% 1,5 H ---- 1,5 H
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 38
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Tabela 3.5 – Configurações utilizadas nos ensaios com duas telas (a sotavento e a barlavento).
Configuração
Posição 1
(Barlavento)
Posição 2
(Sotavento)
Porosidade
Altura da
Tela 1
Altura da
Tela 2
Afastamento
da Pilha
AB-LRX
EF-LRX
AB EF 53% 1,0 H 1,0 H 0,5 H
AB-LRY
EF-LRY
AB EF 53% 1,0 H 1,0 H 1,5 H
AB-LRX
EF-LSX
AB EF 53% 1,0 H 1,5 H 0,5 H
AB-LSX
EF-LRX
AB EF 53% 1,5 H 1,0 H 0,5 H
AB-LRY
EF-LSY
AB EF 53% 1,0 H 1,5 H 1,5 H
AB-LSY
EF-LRY
AB EF 53% 1,5 H 1,0 H 1,5 H
AB-MRX
EF-MRX
AB EF 37% 1,0 H 1,0 H 0,5 H
AB-MRY
EF-MRY
AB EF 37% 1,0 H 1,0 H 1,5 H
AB-MRX
EF-MSX
AB EF 37% 1,0 H 1,5 H 0,5 H
AB-MSX
EF-MRX
AB EF 37% 1,5 H 1,0 H 0,5 H
AB-MRY
EF-MSY
AB EF 37% 1,0 H 1,5 H 1,5 H
AB-MSY
EF-MRY
AB EF 37% 1,5 H 1,0 H 1,5 H
AB-ORX
EF-ORX
AB EF 0% 1,0 H 1,0 H 0,5 H
AB-ORY
EF-ORY
AB EF 0% 1,0 H 1,0 H 1,5 H
AB-ORX
EF-OSX
AB EF 0% 1,0 H 1,5 H 0,5 H
AB-OSX
EF-ORX
AB EF 0% 1,5 H 1,0 H 0,5 H
AB-ORY
EF-OSY
AB EF 0% 1,0 H 1,5 H 1,5 H
AB-OSY
EF-ORY
AB EF 0% 1,5 H 1,0 H 1,5 H
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 39
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Tabela 3.6 – Configurações utilizadas nos ensaios com uma tela a sotavento (posição EF).
Configuração
Posição 1
(Barlavento)
Posição 2
(Sotavento)
Porosidade
Altura da
Tela 1
Altura da
Tela 2
Afastamento
da Pilha
SEM TELA ---- ---- 100% ---- ---- ----
EF-LRX ---- EF 53% ---- 1,0 H 0,5 H
EF-LRY ---- EF 53% ---- 1,0 H 1,5 H
EF-LSX ---- EF 53% ---- 1,5 H 0,5 H
EF-LSY ---- EF 53% ---- 1,5 H 1,5 H
EF-MRX ---- EF 37% ---- 1,0 H 0,5 H
EF-MRY ---- EF 37% ---- 1,0 H 1,5 H
EF-MSX ---- EF 37% ---- 1,5 H 0,5 H
EF-MSY ---- EF 37% ---- 1,5 H 1,5 H
EF-ORX ---- EF 0% ---- 1,0 H 0,5 H
EF-ORY ---- EF 0% ---- 1,0 H 1,5 H
EF-OSX ---- EF 0% ---- 1,5 H 0,5 H
EF-OSY ---- EF 0% ---- 1,5 H 1,5 H
3.2 O Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann
O Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann (figura 3.13) se localiza no Campus
do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. É um túnel de vento de camada
limite atmosférica, de circuito fechado, projetado na década 1970 para ensaios estáticos e
dinâmicos de modelos reduzidos de construção civil, além de aplicações industriais e
ambientais. A velocidade máxima do escoamento do ar dentro do túnel com vento uniforme
e sem modelos é de aproximadamente 150 km/h, gerada por um ventilador com hélices de
1,5 m de diâmetro acionado por um motor elétrico de 100 HP. A velocidade do escoamento
foi controlada manualmente pela movimentação de aletas metálicas radiais que obstruem a
passagem do ar.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 40
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
O túnel possui 21,38 m de comprimento total, com uma seção de testes principal de
dimensões aproximadas 1,30 m (largura) × 0,90 m (altura) × 9,36 m (comprimento) e
relação comprimento/altura igual a 10,3. Essa seção é ligeiramente divergente na direção do
escoamento, tendo uma largura a barlavento de 1,20 m. O túnel possui quatro mesas
giratórias para fixação de modelos, sendo que a mesa M-II é a mais usualmente utilizada.
Pode-se ver na figura 3.14 a configuração geral em planta do túnel de vento.
Figura 3.13 – Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann.
Junta flexível
Mesa M-III
Mesa M-II Mesa M-I
Mesa M-IV
Junta flexível
Câmara de simuladores
Ø 80
Ø 40
Ø 60
Ø 200
Colméia
Aletas radiais
Propulsor
Figura 3.14 – Desenho esquemático da vista superior do Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann
(dimensões em cm).
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 41
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Segundo Blessmann (1982), a seção principal de testes foi escolhida de forma a
permitir o estudo de modelos alongados de seção transversal retangular com uma relação
profundidade/altura de aproximadamente 1,5. Para estudos de poluição atmosférica e
modelagem de grandes áreas de cidades ou campos em uma escala adequada, deve ser
considerada a área do retorno do circuito, que tem uma seção transversal de 2,51 m de
comprimento e 2,12 m de altura. Recentemente foram feitas modificações no túnel de vento
para permitir a utilização da mesa de testes M-IV, localizada no retorno do túnel, para este
tipo de simulações.
Para permitir a modelagem realística da camada limite atmosférica através do
desenvolvimento pleno de uma camada cisalhante em pequenas distâncias, o túnel de vento
está apto a receber três dispositivos para simulação da camada limite atmosférica: bloqueio
da entrada da seção de testes, cobertura do piso do túnel com superfícies de diferentes
rugosidades e jatos de ar orientados perpendicularmente ou obliquamente ao escoamento de
ar. Esses três dispositivos podem ser utilizados de forma independente ou combinados
(Blessmann, 1982). Um maior detalhamento sobre os processos de simulação da camada
limite atmosférica em túneis de vento é fornecido em Loredo-Souza et al (2004).
3.3 Características do vento simulado
Para este estudo foi simulado um vento com um perfil de velocidades médias
semelhante aos perfis de velocidades médias de ventos que se desenvolvem sobre terrenos
com rugosidades entre as categorias III e IV da NBR 6123 – Forças devidas ao Vento em
Edificações (1988). As características destas categorias são as seguintes:
Categoria III – terreno plano ou ondulado com obstáculos, tais como sebes e muros,
poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas. A cota média do topo dos
obstáculos é considerada igual a 3m. São exemplos desse tipo de terreno:
granjas e casas de campo, com exceção das partes com matos;
fazendas com sebes e/ou muros;
subúrbios a considerável distância do centro, com casas baixas e esparsas.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 42
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Categoria IV – terreno coberto por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em
zona florestal, industrial ou urbanizada. A cota média do topo dos obstáculos é considerada
igual a 10m. Esta categoria inclui também zonas com obstáculos maiores e que ainda não
possam ser consideradas na Categoria V. São exemplos desse tipo de terreno:
zonas de parques e bosques com muitas árvores;
cidades pequenas e seus arredores;
subúrbios densamente construídos de grandes cidades;
áreas industriais plena ou parcialmente desenvolvidas.
As principais características do vento simulado estão representadas na figura 3.15,
onde se pode ver o perfil vertical das velocidades médias, em porcentagem da velocidade
média no eixo longitudinal do túnel (pontos experimentais e curva teórica), intensidade e
macroescala da componente longitudinal da turbulência.
0
100
200
300
400
500
600
050100
V(z)/V(450) [%]
z [mm]
0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15 20 25 30
I1 [%]
z [mm]
0
100
200
300
400
500
600
0 100 200 300 400
L1 [mm]
z [mm]
eixo do túnel
eixo do túnel
eixo do túnel
Perfil de velocidades médias
longitudinais
Intensidade da componente
longitudinal da turbulência
Macroescala da componente
longitudinal da turbulência
Figura 3.15 – Características do vento simulado (expoente p = 0,23).
O perfil das velocidades médias da figura 3.15 pode ser expresso, aproximadamente,
pela seguinte lei de potência:
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 43
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
p
ref
33
x
x
V
)(xV
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
ref
,
(3.1)
onde
()
3
xV é a velocidade média do vento na altura x
3
,
ref
V é a velocidade média em uma
altura de referência mm450x
ref
= dentro do túnel (equivalente à cota do eixo longitudinal
do túnel) e
p um expoente igual a 0,23. Quando colocada em escala log-log, a Equação 3.1
representa uma reta de declividade
p, que descreve bem a camada limite atmosférica com
exceção da região muito próxima à superfície.
Adicionalmente foram utilizados agulhas, placas perfuradas e elementos de
rugosidade superficial (figura 3.16) com o objetivo de acelerar artificialmente a formação do
perfil de velocidades, em virtude de não haver comprimento suficiente no túnel para o
desenvolvimento natural do perfil de velocidades. Como elementos de rugosidade foram
utilizados blocos de madeira de dimensões 20 mm × 30 mm × 20 mm (comprimento, altura,
largura) dispostos com espaçamento longitudinal e transversal de 90 mm ao longo da
câmara de ensaio. Maiores informações podem ser encontradas em LOREDO-SOUZA
et al
(2004c).
Figura 3.16 – Vista interna do túnel de vento mostrando os elementos simuladores.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 44
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
3.4 Medição das pressões na superfície da pilha
Foram medidas as pressões médias e flutuantes, devidas ao vento, na superfície da
pilha simulada. A metodologia de cálculo e a forma de apresentação dos resultados são
descritas a seguir.
3.4.1 Considerações Gerais
As flutuações das pressões atuantes na superfície das pilhas de carvão são devidas
tanto às rajadas presentes no vento natural (turbulência atmosférica), quanto ao caráter
flutuante da esteira gerada pela própria pilha. Valores extremos de sucções ou sobrepressões
instantâneas, em um período de uma hora, podem ser consideravelmente maiores do que as
correspondentes pressões médias para esse mesmo período.
As pressões locais esperadas, relevantes à determinação das forças de pressão,
podem ser determinadas através da combinação dos coeficientes aerodinâmicos medidos em
ensaios em túnel de vento com a estatística do vento na região estudada.
Não há total consenso, dentro do atual estado da arte da engenharia do vento, quanto a
qual procedimento para determinação das pressões locais é o mais significativo para a
determinação das forças locais de pressão. Uma das alternativas consiste em utilizar valores
médios dos coeficientes de pressão combinados com pressões dinâmicas de pico. A pressão
de pico,
p
0
, é dada por:
p
cqp
(
=
0
(3.2)
sendo
q
(
a pressão dinâmica de referência, correspondente à velocidade média de referência,
um intervalo de aproximadamente três segundos (medida a uma altura equivalente a
16 m,
em escala real, para o caso da pilha de carvão típica) e
p
c o coeficiente de pressão médio
(média temporal, medido no túnel de vento).
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 45
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
3.4.2 Coeficientes Aerodinâmicos
A partir dos registros das séries temporais das pressões devidas ao vento, foram
calculados os coeficientes de pressão média, definidos pela relação
q
dttp
c
T
p
T
∫
=
0
)(
1
.
(3.3)
Além disso, calculou-se o
rms (root mean square) da flutuação do coeficiente de pressão na
superfície do modelo, que é definido pela relação
()
q
dtptp
c
T
p
T
∫
−
=
0
2
)(
~
1
.
(3.4)
Nestas equações,
p(t) é a pressão instantânea, na superfície da pilha, medida em
relação à pressão estática de referência em um determinado instante
t,
p
representa o valor
médio de
p(t) para o intervalo de tempo de amostragem T. A pressão dinâmica de referência
q pode ser expressa pela igualdade
2
2
1
Uq
ρ
= ,
(3.5)
onde
ρ
é a massa específica do ar e U representa a velocidade média de referência, medida
no topo da pilha, a uma altura equivalente a
16 m, em escala real.
Neste trabalho, adotou-se convenção na qual os coeficientes de pressão positivos
indicam a atuação de sobrepressão no modelo e os coeficientes de pressão negativos
indicam a atuação de sucção.
As medições das pressões foram realizadas tanto por transdutores elétricos de
pressão quanto por multimanômetros a álcool. A figura 3.17 mostra uma fotografia do
equipamento utilizado na medição de pressões instantâneas (transdutores) e a figura 3.18
mostra uma fotografia típica de um ensaio com multimanômetro.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 46
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.17 – Sistema de medição de pressões com transdutores elétricos.
Figura 3.18 – Fotografia de um ensaio típico com multimanômetro.
A pressão dinâmica
q em uma determinada altura x
3
pode ser medida indiretamente
através da diferença de pressão
A
p
∆
entre dois anéis piezométricos localizados no
convergente do túnel de vento, corrigida por uma constante experimental k
0
. Assim, temos
que
A0
∆pkq = .
(3.5)
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 47
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
A massa específica ρ do ar é função da temperatura T e da pressão atmosférica p
atm
.
A pressão atmosférica foi controlada através de um barômetro com escala em milímetros de
mercúrio, com pressão máxima de trabalho de 800 mmHg e resolução de 2 mmHg.
Paralelamente, a temperatura T do escoamento foi monitorada por um termômetro digital de
contato Testo modelo 915, com resolução 0,1ºC e tempo de resposta de 10 s, com a haste
posicionada na parede lateral do túnel de vento, a barlavento da seção de testes. A massa
específica
ρ do ar pode ser determinada através da Lei dos Gases Perfeitos para a faixa de
temperaturas entre 160 e 2.200 K pois, segundo White (1999), neste intervalo o ar pode ser
considerado uma substância pura. Dessa maneira, a equação homogênea da massa específica
do ar é
Kar
atm
TR
p
ρ = ,
(3.6)
sendo p
atm
a pressão atmosférica, T
k
a temperatura e R
ar
a constante do gás, que é função do
peso molecular do gás e vale 287 m²/(s² . K).
A diferença de pressão entre os anéis do convergente foi controlada, adicionalmente,
através de um manômetro do tipo Betz, de forma a monitorar a estabilização e o módulo da
velocidade do escoamento dentro da câmara de ensaios. Um manômetro tipo Betz é um
micromanômetro diferencial de coluna de água, e um desenho esquemático pode ser
observado na figura 3.19.
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 48
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.19 – Esquema de um manômetro tipo Betz.
Fonte: DEUCHLAND (2006).
3.5 Medição das Velocidades do Vento
As velocidades em pontos selecionados sobre a superfície do modelo foram medidas
através de um sistema de anemometria com sensores de fio quente. O sensor foi montado em
um sistema de posicionamento com controle externo (figura 3.20) para obter medidas da
velocidade do vento em diferentes pontos na região da pilha.
Medições de velocidades instantâneas (
U(z)) do vento foram realizadas em diversas
posições verticais localizadas na região da pilha. A partir destas, foram calculadas as
velocidades médias temporais,
)(zU , e as flutuações de velocidade, )()()( zUzUzu −= .
Como variável representativa das flutuações de velocidade, foi utilizado o valor
rms (root
mean square
) da flutuação de velocidade (u'(z)). As duas grandezas, média e rms, foram
normalizadas com a velocidade média no topo da pilha (
U
ref
):
refad
UzUzU /)()( =
(3.7)
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 49
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 3.20 – Sistema de medição de velocidades instantâneas.
ref
UzuzI /)(')( = ,
(3.8)
sendo
()
zu' o valor rms ou desvio padrão das flutuações da velocidade do vento na direção
do escoamento principal, em um ponto de cota z e
ref
U a velocidade média de referência do
vento, na direção do escoamento principal, ao nível do topo da pilha (16 m em escala real).
O anemômetro de fio-quente é um equipamento utilizado para medições das
velocidades instantâneas do vento. A partir destas medições, é possível o cálculo da
velocidade média do escoamento, o valor rms, intensidade de turbulência, macroescala da
turbulência e espectro do vento simulado.
O elemento sensível ao escoamento consiste em um fio metálico de 5 µm de
diâmetro de tungstênio revestido por platina, aquecido eletricamente e mantido a uma
temperatura constante pelo equipamento. Este fio responde às propriedades termodinâmicas
do fluido. As transferências de calor entre o fio-quente e o fluido provocam um resfriamento
do fio e a diminuição de sua resistência. O equipamento é sensível a esta variação e aplica
uma nova tensão com o objetivo de aumentar a corrente que passa pelo fio (que tem a
função de um resistor) de modo que a temperatura retorne ao valor inicial. Com o auxílio de
CAPÍTULO 3 – ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO 50
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
uma curva de calibração pode-se obter a informação da velocidade do escoamento a partir
desta nova tensão aplicada (VENNAERD e STREET, 1978).
O principal mecanismo responsável pela manutenção da temperatura constante do
filamento é um circuito elétrico denominado ponte de Wheatstone, cujo braço ativo é a
sonda de fio-quente. Neste circuito há uma fonte de tensão e um servo-amplificador
responsável pela manutenção da resistência do fio, e conseqüentemente sua temperatura,
frente à passagem do escoamento. Um esquema de funcionamento é mostrado na
figura 3.21.
Figura 3.21 - Esquema de funcionamento de um anemômetro de fio-quente (DANTEC, 2006).
3.6 Visualização do Escoamento
Existem diversas técnicas de visualização do escoamento. Entretanto, a presença da
turbulência do escoamento incidente, bem como aquela gerada pela própria pilha e telas de
proteção, torna o processo de visualização mais complexo do que seria em relação a
escoamentos laminares. Neste trabalho foram empregadas duas técnicas de visualização, a
técnica de injeção de fumaça a barlavento e a técnica de visualização através de hastes
flexíveis. A primeira, como o próprio nome diz, consiste em injetar a barlavento do modelo
fumaça distribuída através de uma torre com pequenos orifícios. A técnica de visualização
através de hastes flexíveis consiste em inserir manualmente no escoamento uma haste
metálica contendo um fio de lã na ponta, de forma a visualizar as mudanças de direção do
escoamento em cada ponto selecionado. Fotografias correspondentes às técnicas utilizadas
são apresentadas no Capítulo 4.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 51
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Capítulo 4 – Resultados
Neste capítulo são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios realizados.
Estes resultados incluem o levantamento de perfis de velocidades verticais e perfis de
intensidade de turbulência, medição das velocidades tangenciais na seção transversal da
pilha e análise dos coeficientes de pressão média e rms da flutuação dos coeficientes de
pressão.
4.1 Análise dos resultados referentes às velocidades
4.1.1 Perfis verticais de velocidades
Foram medidos perfis de velocidades verticais e de valores na região da pilha através
de um anemômetro de fio quente. As configurações utilizadas correspondem aos casos
“SEM TELA”, AB-KRY, AB-LRY e AB-MRY. Pode-se visualizar na figura 4.1 a
localização dos perfis medidos. Nas figuras 4.2 a 4.4 são apresentados os perfis de
velocidades médias adimensionais e dos valores rms das flutuações de velocidade
adimensionais, em função da cota adimensional z/H, medida desde a base da pilha.
Figura 4.1 – Localização dos perfis verticais de velocidades (dimensões em cm).
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 52
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Perfis verticais das intensidades da turbulência adimensionais.
Perfis verticais das velocidades médias adimensionais.
0,00,51,01,5
U/Uref
Sem tela 3
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0 10203040
u'/Uref [%]
Sem Tela 3
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0,00,51,01,5
U/Uref
Sem Tela 2
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,0 0,5 1,0 1,5
U/Uref
z/H
Sem Tela 1
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0 10203040
u'/Uref [%]
Sem tela 2
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
010203040
u'/Uref [%]
z/H
Sem tela 1
AB KRY
AB LRY
AB MRY
Perfil 1 Perfil 2 Perfil 3
Perfil 1 Perfil 2 Perfil 3
Figura 4.2 – Resultados dos perfis 1 a 3.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 53
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Perfis verticais das velocidades médias adimensionais.
Perfis verticais das intensidades da turbulência adimensionais.
0,0 0,5 1,0 1,5
U/Uref
Sem tela 6
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0 10203040
u'/Uref [%]
Sem tela 6
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0,0 0,5 1,0 1,5
U/Uref
Sem tela 5
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,0 0,5 1,0 1,5
U/Uref
z/H
Sem tela 4
AB KRY
AB LRY
AB MRY
010203040
u'/Uref [%]
Sem tela 5
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
010203040
u'/Uref [%]
z/H
Sem tela 4
AB KRY
AB LRY
AB MRY
Perfil 4 Perfil 5 Perfil 6
Perfil 4 Perfil 5 Perfil 6
Figura 4.3 – Resultados dos perfis 4 a 6.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 54
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Perfis verticais das velocidades médias adimensionais.
Perfis verticais das intensidades da turbulência adimensionais.
0,0 0,5 1,0 1,5
U/Uref
Sem tela 9
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0 10203040
u'/Uref [%]
Sem tela 9
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,00,51,01,5
U/Uref
Sem tela 8
AB KRY
AB LRY
AB MRY
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 10203040
u'/Uref [%]
Sem tela 8
AB KRY
AB LRY
AB MRY
Perfil 8 Perfil 9
Perfil 8 Perfil 9
Figura 4.4 – Resultados dos perfis 8 e 9.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 55
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Com a finalidade de ilustrar os resultados obtidos, foram desenhadas velocidades
médias negativas nos perfis de velocidades médias em torno da pilha, no sentido contrário
ao do vetor direção do escoamento. Esta aproximação, devida à presença de uma grande
região de recirculação a sotavento da pilha, foi realizada a partir das visualizações. A
presença de pontos de separação nos escoamentos devidos a arestas de contornos sólidos
gera regiões de recirculação que o método de anemometria de fio quente não consegue
captar. Os limites de velocidades positivas e negativas são, dessa forma, ilustrativos.
O perfil 1 está localizado no topo da pilha. Nesse ponto, a tela AB KRY reduziu a
velocidade do escoamento na região próxima à pilha (até 1,3H). Acima dessa cota, houve
uma aceleração do escoamento. A intensidade de turbulência foi reduzida na região próxima
ao topo (até 1,2H), ocorrendo acima desse ponto um acréscimo considerável. A tela AB
LRY reduziu visivelmente as velocidades em todos os pontos medidos no perfil 1, tendo
especial efeito até a cota 2,0H. A intensidade de turbulência foi reduzida até 1,3H e se
manteve inalterada acima de 2,0H, sendo que neste intervalo (1,3H e 2,0H) houve um
acréscimo. A tela AB MRY ocasionou grandes reduções de velocidades até a cota 1,6H.
Acima disso, houve um pequeno acréscimo de velocidades. A intensidade de turbulência no
perfil 1 aumentou com a colocação desta tela, com exceção de um pequeno trecho entre
1,1H e 1,2H, onde ocorreu uma pequena redução.
Quanto aos perfis 8 e 9, localizados a barlavento da pilha, verifica-se que a tela
AB KRY não alterou significativamente as medições de velocidades, ao contrário da tela
AB LRY, que ocasionou reduções significativas até a cota 1,5H. Houve uma redução da
intensidade de turbulência até a altura H com a presença da tela AB KRY, aumentando
acima dessa cota. A tela AB LRY reduziu bastante a intensidade de turbulência até 1,1H. No
trecho entre 1,1H e 1,7H aumentou muito, sendo que acima disso a intensidade de
turbulência permaneceu inalterada. A tela AB MRY reduziu as velocidades até 1,3H. Acima
dessa cota, acelerou o escoamento. A presença dessa tela reduziu bastante a intensidade de
turbulência até a altura da pilha (1H), aumentando acima desta cota.
A sotavento (perfis 2 a 6), a presença da tela AB KRY não alterou significativamente
as velocidades do escoamento, ocasionando uma suave redução da intensidade de
turbulência até a altura da pilha (1H) e um pequeno aumento acima desse ponto. A tela
AB LRY reduziu um pouco as velocidades acima de 1,2H, com exceção do perfil 6, onde
ocorre uma aceleração acima da cota 2H. A sua presença reduz a intensidade de turbulência
até a cota 1,4H, ocorrendo um pequeno acréscimo acima desse ponto. A tela AB MRY
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 56
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
reduziu as velocidades desde o solo até a altura 2H, sendo que esse efeito foi maior no
trecho entre H e 2H. Acima, ocorreu uma pequena aceleração do escoamento. A intensidade
de turbulência foi reduzida até a altura 1,3H, aumentando a partir deste ponto.
4.1.2 Velocidades Tangenciais
Na seção transversal da pilha foram medidas as velocidades tangenciais (vetor
velocidade paralelo à face da pilha) a uma altura correspondente a 0,29 m em escala real,
para vento incidindo perpendicularmente ao maior eixo geométrico da pilha. A referência
para identificação dos pontos de medição é mostrada na figura 4.5.
Figura 4.5 – Posicionamento dos pontos de medição na face a barlavento da pilha (dimensões em cm).
A partir dos registros de velocidades foram calculados os coeficientes de velocidade
para a velocidade média (C
v
) e os coeficientes de velocidade para a flutuação de velocidade
(C´
v
), definidos pelas relações
ref
v
U
U
C =
(4.1)
e
ref
v
U
u
C
′
=
′
(4.2)
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 57
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
sendo
U
a velocidade média do vento no ponto de estudo, na direção paralela à superfície
da pilha, a uma altura correspondente a 0,29 m em escala real, 'u o valor rms ou desvio
padrão das flutuações da velocidade do vento, na direção paralela à superfície da pilha,
também a uma altura correspondente a 0,29 m em escala real, e U
ref
a velocidade média de
referência medida a uma altura de 16 m em escala real, correspondente ao topo da pilha de
carvão.
As tabelas 4.1 e 4.2 apresentam os valores de C
v
e C´
v
em função do tipo de tela.
Para facilitar o entendimento, as figuras 4.6 e 4.7 apresentam visualmente os mesmos dados.
Tabela 4.1 – Coeficientes de velocidades médias (C
v
).
Sem Tela K (68%) L (53%) M (37%)
1 0,163 0,127 0,152 0,163
2 0,375 0,305 0,297 0,27
3 0,611 0,492 0,426 0,34
4 0,691 0,571 0,485 0,375
5 0,775 0,644 0,544 0,419
Permeabilidade
Ponto
Tabela 4.2 – Coeficientes dos valores rms das flutuações de velocidade (C´
v
).
Sem Tela K (68%) L (53%) M (37%)
1 0,095 0,071 0,07 0,063
2 0,151 0,111 0,076 0,073
3 0,135 0,104 0,09 0,109
4 0,13 0,103 0,107 0,133
5 0,129 0,103 0,114 0,15
Ponto
Permeabilidade
Nos pontos 3 a 5 ocorreu uma redução média das velocidades tangenciais da ordem
de 18% para a tela AB KRY, 30% para a tela AB LRY e 45% para a tela AB MRY. A
presença da tela AB KRY ocasionou uma redução 18,7% na velocidade tangencial do ponto
2, enquanto que as telas AB LRY e AB MRY reduziram em 20,8% e 28,0%,
respectivamente. O ponto 1 teve um comportamento diferenciado se comparado aos outros
pontos medidos. Nesse ponto, a velocidade medida com a tela AB KRY foi 22,1% menor
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 58
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
que o caso Sem Tela, enquanto que a tela AB LRY reduziu apenas 6,7%, e a tela MRY
manteve inalterada a velocidade tangencial.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
12345
Ponto
Cv
Sem T ela
K (68%)
L (53%)
M (37%)
Figura 4.6 – Coeficientes de velocidades médias (C
v
).
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
12345
Ponto
C´
v
Sem Tela
K (68%)
L (53%)
M (37%)
Figura 4.7 – Coeficientes dos valores rms das flutuações de velocidade (C´
v
).
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 59
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Quanto à intensidade de turbulência, na tela AB KRY observou-se reduções na faixa
de 20,2% a 26,5%. O mesmo fenômeno ocorreu com a tela AB LRY, porém com uma
distribuição diferente. O ponto 2 teve uma redução de 49,7% na intensidade de turbulência,
enquanto que os pontos 4 e 5 (mais próximos ao topo da pilha) tiveram uma redução
percentualmente menor (11,7% e 17,6%, respectivamente). No ponto 3 reduziu-se 33,3% a
intensidade de turbulência. A tela AB MRY teve um comportamento um pouco
diferenciado, ocorrendo um aumento da intensidade de turbulência nos pontos próximos ao
topo (2,3% no ponto 4 e 16,3% no ponto 5). Nos pontos 3 e 1 houve redução (19,3% e
33,7%, respectivamente), e o ponto 2 teve uma redução de 51,7%, da mesma ordem da tela
AB LRY.
4.2 Análise dos resultados referentes às pressões
Foram medidas as pressões atuantes em 62 pontos localizados em um quadrante do
modelo, e estimadas as pressões atuantes nos outros três quadrantes por simetria. Os perfis
de coeficientes de pressão em uma seção transversal no meio da pilha são mostrados no
Anexo B. Com a presença das telas, a configuração do escoamento não se modifica
substancialmente. Porém, os valores de pressão na seção transversal da pilha apresentam
variações, entre os diferentes casos, bastante significativas.
Com a tela posicionada a barlavento da pilha, nas posições AB e CD, foram feitos
ensaios com cinco porosidades distintas da malha (K, L, M, N e O). Nessa situação, a placa
sólida (tela O) aumentou consideravelmente, nas configurações estudadas, os níveis de
sucções a sotavento da pilha nas duas configurações, o que ocorre também a barlavento da
configuração CD. A exceção ocorreu na configuração AB ORY, onde ocorreu um leve
decréscimo das sucções na região a sotavento até 0,5H. No caso AB, a barlavento cria-se
uma região de altas sucções ocorrendo, inclusive, uma inversão dos esforços do vento (com
exceção da região muito próxima ao topo, onde já ocorriam sucções). A intensidade da
turbulência também aumentou com o uso desta tela, especialmente na região próximo ao
topo da pilha. A exceção foi no trecho que vai do chão até uma altura próxima a 0,5H, onde
se verificou uma redução da intensidade da turbulência com a presença da tela na posição
CD.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 60
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Na posição CD, as telas K, L, M e N aumentaram os valores das pressões atuantes,
tanto a barlavento como a sotavento, sendo que quanto menor a porosidade, maior foi o
valor do acréscimo. O menor acréscimo de sucções em relação ao caso SEM TELA ocorreu
na posição RY. A intensidade de turbulência nesses casos sofreu um acréscimo,
principalmente na região mais próxima ao topo da pilha. Tanto em termos de coeficientes de
pressão como em termos de intensidade de turbulência, os valores foram inferiores ao caso
da tela O.
Na posição AB, as telas K, L, M e N aumentaram ligeiramente os valores das pressões
atuantes a sotavento, principalmente próximo ao topo da pilha. Nesta região, houve uma
redução da intensidade da turbulência, com exceção das configurações AB NRY e
AB MRY. A barlavento, a ação destas telas implica em um acréscimo de pressões negativas
aos valores do caso Sem Tela, ocorrendo em alguns pontos inversão do campo de pressões e
ação de sucção onde ocorria sobrepressão. Este acréscimo é maior na presença da tela N, e
diminui à medida que aumenta a porosidade. A intensidade de turbulência é reduzida,
mantendo-se em valores aproximadamente constantes. A exceção são as telas com
porosidade 37% (AB MRY e AB NRY), onde ocorre um pequeno acréscimo da intensidade
de turbulência, a barlavento da região próxima ao topo da pilha.
Com a tela posicionada a sotavento da pilha, na posição EF, foram feitos ensaios com
três porosidades distintas da malha (L, M e O). Com a tela O nessa posição, reduziram-se as
sucções a sotavento da pilha, aumentando a sobrepressão a barlavento. Na configuração
EF OSY, reduziram-se as sucções na região do topo, com um pequeno aumento da
sobrepressão da base até a altura da tomada 40. No caso EF OSX anula-se a zona de sucções
no topo da pilha. Em relação às outras telas, ocorre uma pequena redução a sotavento, na
região ao pé da pilha. Nas outras tomadas, a presença destas telas não altera
significantemente o escoamento. A exceção ocorre na configuração EF RX onde ocorre um
pequeno acréscimo das pressões a sotavento, na região central da pilha e no seu topo.
Com duas telas posicionadas a barlavento e a sotavento da pilha, na posição AB + EF,
foram feitos ensaios com três porosidades distintas da malha (L, M e O). A barlavento
ocorreu um acréscimo de pressões negativas tanto maior quanto menor era a porosidade da
tela, ocorrendo uma inversão do campo de pressões (onde ocorria sobrepressão no caso Sem
tela passou a atuar pressões de sucção). A presença da tela mais alta (Y) a barlavento
maximizou este efeito. A sotavento a tela O na posição X (afastamento 0,5H) implicou em
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 61
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
um aumento expressivo das sucções, enquanto que a mesma tela na posição Y (afastamento
1,5H) não alterou significantemente o campo de pressões a sotavento, implicando em
pequena redução das sucções na região próxima ao solo e pequeno acréscimo das sucções na
região próxima ao topo da pilha. Este mesmo efeito foi verificado com as telas L e M com
afastamento X (0,5H). As telas L e M posicionadas a 1,5H (posição Y) reduziram
suavemente os valores de sucções a sotavento da pilha, sendo esse efeito mais visível na
região próxima ao solo.
No caso dos ensaios com as telas localizadas a sotavento, somente pressões médias
foram medidas devido a um problema ocorrido com o equipamento de medição de pressões
instantâneas.
As figuras 4.8 a 4.18 mostram mapas de isolinhas de coeficientes de pressão média de
algumas configurações estudadas. As isolinhas estão traçadas a cada variação de 0,2 no
coeficiente de pressão nos casos de sucção, e a cada 0,1 nos casos de sobrepressão. A
medição das pressões sobre a superfície da pilha, sem proteção por telas, mostra claramente
a influência do ângulo de incidência do vento, como pode ser visto nas figuras 4.8 e 4.9. Os
maiores coeficientes médios de pressão e rms correspondem a ângulos de incidência do
vento de 30º e 45°. As regiões mais afetadas são as próximas aos vértices da pilha e à aresta
superior.
-40-30-20-10 0 10203040
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0
10
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-40-30-20-10 0 10203040
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-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Figura 4.8 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 0º).
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 62
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
-40-30-20-10 0 10203040
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-2.4
-2
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Figura 4.9 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 30º).
De um modo geral, os ensaios mostram que a presença da tela O a sotavento (posição
EF) implica em um pequeno aumento dos níveis de sobrepressão. Não há grandes alterações
no campo de pressões para o vento incidindo nos ângulos de 0º e 180º, com exceção da
configuração EF OSX, onde ocorre um pequeno aumento do nível de sucções em algumas
regiões junto à base da pilha.
Para vento incidindo a 30º e 150º, a presença da placa sólida reduz suavemente os
valores de sucções, reduzindo os picos de sucções nas configurações EF OSY, EF OSX e EF
ORX. Além disso, ocorre um aumento da região de sobrepressões, que se estende até a
região a sotavento da pilha nas configurações EF OSX E EF ORX.
A 60º e 120º a presença da tela O a sotavento induz uma grande redução nos
coeficientes de pressão atuantes, aparecendo uma pequena zona de sobrepressão a sotavento
da pilha (figuras 4.10 e 4.11). Entretanto, nessas configurações aparecem regiões de picos de
sucção que não existiam no caso SEM TELA. Sem a presença da tela o coeficiente de
pressão mínimo verificado é da ordem de -1,2, enquanto que com a colocação da tela
aparecem picos de sucção que ultrapassam -4.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 63
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
-40-30-20-10 0 10203040
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-40-30-20-10 0 10203040
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0
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20
-4
-3.6
-3.2
-2.8
-2.4
-2
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Figura 4.10 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 120º).
-40-30-20-10 0 10203040
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0
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20
-40-30-20-10 0 10203040
-20
-10
0
10
20
-4
-3.6
-3.2
-2.8
-2.4
-2
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Figura 4.11 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (EF OSX 120º).
Para o vento incidindo perpendicularmente à maior dimensão da pilha (ângulo de 90º)
houve, de um modo geral, uma pequena redução nos coeficientes de pressão atuantes. Nos
casos EF ORY e EF OSX os valores mínimos dos coeficientes de pressão passaram de -1,2
para -0,8. Quando a tela está na posição X (distante 0,5H da pilha), cria-se uma região de
recirculação entre a tela e a pilha, aparecendo regiões de sobrepressão na base da pilha a
sotavento. Na configuração EF OSX, as regiões de picos de sucção, que inicialmente se
localizavam no topo da pilha próximo às extremidades, migraram para a região mais
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 64
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
próxima ao centro, deslocando-se para sotavento. Na configuração EF ORX aumentou a
intensidade dos picos de sucções e apareceram novas regiões na região mais próxima ao
centro, a sotavento.
De um modo geral, os ensaios mostram que a presença da tela M (porosidade 37% e
maior espaçamento entre os fios) na posição EF (a sotavento da pilha) não implica em
grandes alterações no campo de pressões para o vento incidindo nos ângulos de 0º e 180º.
Nas configurações EF MSX, EF MRY e EF MRX ocorre um pequeno aumento do nível de
sobrepressão atuante na pilha. Na configuração EF MSY ocorre um pequeno aumento do
nível de sucções em algumas regiões das bordas da face de maior dimensão da pilha.
Para o vento incidindo a 30º e 150º, não há grandes alterações no campo de pressões
das configurações EF MRY e EF MRX. A presença destas telas apenas reduz um pouco a
região de sobrepressão no lado oposto da tela. Ocorre uma redução discreta dos picos de
sucções para vento incidindo a 30º e 150º, com a atuação das telas EF MSY e EF MSX,
sendo que esta última reduz um pouco a região de sobrepressão.
Para o vento incidindo a 60º e 120º, ocorre um aumento do pico de sucções no topo da
pilha, que na configuração SEM TELA tem um valor mínimo de -1,2, e passa a -2,2 na
presença da tela M. Quando instalada a configuração EF MRY, há também um aumento na
sobrepressão máxima atuante na pilha, que passa de 0,3 para 0,4.
Para o vento incidindo perpendicularmente à maior dimensão da pilha (ângulo de 90º)
houve na configuração EF MSY uma redução de 0,4 para 0,3 nos picos localizados de
sobrepressão e uma redução das sucções a sotavento, reduzindo os picos de sucções de -1,2
para -0,8. Nas configurações EF MSX, EF MRY e EF MRX (figuras 4.12 e 4.13) houve, na
região de barlavento, um acréscimo da sobrepressão atuante na zona central da pilha. As
configurações EF MSX e EF MRX reduziram as pressões atuantes a sotavento da pilha
próximo a sua base. A configuração EF MRY mostrou uma redução pequena dos picos de
sucção a sotavento da pilha.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 65
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
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1
Figura 4.12 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 90º).
-40-30-20-10 0 10203040
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0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Figura 4.13 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (EF MRX 90º).
Os ensaios mostram que a presença da tela L (porosidade 53%) na posição EF (a
sotavento da pilha) não implica em grandes alterações no campo de pressões para o vento
incidindo nos ângulos de 0º e 180º, ocorrendo apenas um pequeno aumento do nível de
sobrepressões atuantes na pilha nas configurações EF LSX, EF LRX e EF LRY. Na
configuração EF LSY ocorreu apenas um pequeno aumento do nível de sucções em algumas
regiões das bordas da face de maior dimensão da pilha.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 66
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Para vento incidindo a 30º e 150º, presença das telas EF LRX, EF LSX e EF LRY
reduziu levemente os picos de sucções no topo da pilha. A presença da tela EF LSY (figuras
4.14 e 4.15) apenas reduziu um pouco a região de sobrepressão no lado oposto da tela. As
configurações EF LRY e EF LSX aumentaram, na região de barlavento, a região de
sobrepressão na zona central da pilha.
Para o vento incidindo a 60º e 120º, ocorre um aumento do pico de sucções no topo da
pilha, que na configuração SEM TELA tem um valor máximo de -1,2, e passa a -1,6 na
presença das telas EF LSX, EF LRY e EF LRX. A tela EF LSY eleva esse coeficiente de
pressão máximo a -1,8.
-40-30-20-10 0 10203040
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-0.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Figura 4.14 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (SEM TELA 60º).
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-0.4
0
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0.4
0.6
0.8
1
Figura 4.15 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (EF LSY 60º).
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 67
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Para o vento incidindo perpendicularmente à maior dimensão da pilha (ângulo de 90º)
houve na configuração EF LSY uma redução das sucções a sotavento, reduzindo os picos de
sucções de -1,2 para -1,0. Em todas as configurações estudadas da tela L houve, na região de
barlavento, um acréscimo da sobrepressão atuante na zona central da pilha. As
configurações EF LRY, EF LSX e EF LRX reduziram discretamente as pressões atuantes a
sotavento da pilha próximo a sua base, sendo que as telas EF LSX e EF LRX mantiveram os
picos de sucções inalterados e a tela EF LRY reduziu estes picos.
Foram testadas algumas configurações a 90º com telas a barlavento e sotavento da
pilha. A presença de duas placas (telas O) implicou em um grande acréscimo das sucções
atuantes, em todas as configurações testadas, como pode ser observado na figura 4.16. A
presença das telas M criou uma região de sucções a barlavento, com coeficientes de pressão
oscilando entre -0,2 e -0,8 (figura 4.17). A sotavento, essas telas mantiveram ou reduziram
os níveis de sucção, mantendo os picos na mesma posição, sempre com valores reduzidos. A
região de sotavento da configuração AB MRX EF MSX teve um coeficiente de pressão
igual a -0,8 em quase toda a sua extensão. A presença das telas L implicou em uma redução
dos valores de sobrepressão a barlavento (figura 4.18).
-40-30-20-10 0 10203040
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0
Figura 4.16 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (AB ORY EF OSY 90º).
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 68
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
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-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
Figura 4.17 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (AB MSX EF MRX 90º).
-40-30-20-10 0 10203040
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-1.8
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-1
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-0.4
-0.2
0
Figura 4.18 – Mapas de isolinhas de coeficientes de pressão (AB LRY EF LRY 90º).
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 69
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
4.3 Visualização do Escoamento
Neste trabalho foram empregadas duas técnicas de visualização: (a) técnica de
injeção de fumaça a barlavento, e (b) técnica de visualização através de hastes flexíveis. As
figuras 4.19 a 4.23 ilustram as técnicas utilizadas.
Figura 4.19 – Visualização do escoamento com fumaça.
Figura 4.20 – Visualização do escoamento com fumaça.
A utilização da fumaça permite a visualização da região da camada de vórtices e
esteira. Já com a utilização das hastes flexíveis é possível visualizar-se o fenômeno da
reversão do escoamento na região mais baixa da esteira, junto à superfície de sotavento da
pilha.
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS 70
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Figura 4.21 – Visualização do escoamento com haste flexível.
Figura 4.22 – Visualização do escoamento com haste flexível.
Figura 4.23 – Visualização do escoamento com haste flexível.
VENTO
VENTO
VENTO
CAPÍTULO 5 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES 71
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Capítulo 5 – Conclusões e sugestões
5.1 Conclusões
No presente trabalho foram estudadas as transformações que ocorrem em um campo
de escoamento de ar ao redor de uma pilha típica de carvão com a introdução de telas de
proteção. Uma pilha em escala 1/125 foi ensaiada em um túnel de vento de circuito fechado.
Foi testada a eficiência de cinco telas com porosidades distintas, cada uma com duas
diferentes alturas e em diferentes posições, totalizando 71 configurações estudadas.
Foram medidas velocidades médias tangenciais e suas flutuações em cinco pontos
selecionados sobre a superfície do modelo, as quais estão diretamente relacionadas com a
emissão de material particulado a partir da superfície. Além disso, mediram-se perfis de
velocidades médias longitudinais nas faces de barlavento e sotavento da pilha.
Percebe-se claramente que as velocidades médias tangenciais são mais altas próximo
ao topo da pilha, e que a presença de uma tela de proteção causa uma redução destas
velocidades. Os ensaios mostram que à medida que se reduz a porosidade da tela, reduz-se
também as velocidades médias atuantes na pilha. As flutuações da velocidade tangencial
comportam-se de maneira inversa na parte superior da pilha, diminuindo à medida que
aumenta-se a porosidade da tela. Dessa maneira, telas com porosidades intermediárias (da
ordem de 53%) oferecem um melhor efeito de proteção considerando a redução de
velocidades tangenciais.
Além do campo de velocidades, também as distribuições de pressões médias e
flutuantes foram determinadas para diversos ângulos de incidência do vento, bem como para
distintas combinações de porosidades, alturas e posições das telas de proteção.
Quando posicionada a barlavento, a placa sólida apresentou os maiores valores
absolutos dos coeficientes de pressão e de seu valor rms, mostrando que a placa e a pilha
formam uma cavidade. Para a configuração AB, mesmo afastamento e mesma porosidade,
para a tela mais alta ocorre uma tendência de diminuição do coeficiente de pressão médio e
de aumento das flutuações, o que favoreceria a erosão de material particulado. No caso SEM
TELA, os valores médios mostram a presença de sobrepressões sobre uma grande área da
face de barlavento da pilha, porém com valores de flutuações mais elevados que para as
CAPÍTULO 5 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES 72
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
telas porosas. O afastamento da tela também influi no campo de pressões, porém em menor
medida que a porosidade ou a altura da tela.
Uma tela menos porosa, embora ofereça uma maior redução das velocidades médias,
aumenta a turbulência a sotavento da tela. A presença de telas a barlavento modifica a
espessura da camada de vórtices do escoamento, entretanto acima de 2H não se verifica uma
influência significativa no escoamento.
Para a configuração CD, a presença da tela implica em um aumento no valor absoluto
dos coeficientes de pressão, sendo que a Tela O apresenta os maiores valores. A tela O
apresenta um bom desempenho quando posicionada a sotavento da pilha, na posição EF,
pois reduz nesta posição os valores das sucções.
Quando existe a presença de duas telas, a presença da placa sólida implica em grandes
elevações dos níveis de sucções no modelo, sendo que telas de menor porosidade reduzem
as zonas de sobrepressão a barlavento, transformando-as em regiões de sucções moderadas.
O campo de pressões a sotavento não sofre grandes alterações quando há a presença de duas
telas de menor porosidade.
De uma forma geral, telas com porosidade entre 37% e 53% mostraram-se mais
eficazes em minorar os efeitos nocivos provocados pela combinação dos picos de sucções na
superfície com as velocidades tangenciais atuantes.
5.2 Sugestões para trabalhos futuros
Estudar a viabilidade de proteção com barreiras intermitentes, de forma a
facilitar a circulação nos pátios de armazenamento;
Analisar A eficiência do uso de múltiplas telas de proteção;
Modelar de um conjunto de pilhas avaliando o efeito da utilização de telas
intermediárias;
Verificar a ação de telas de proteção com características diferenciadas, tais
como porosidade crescente ou decrescente com a altura;
CAPÍTULO 5 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES 73
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Avaliar a influência das características geométricas da pilha, utilizando-se
outras configurações de pilhas de carvão com geometria diversa;
Analisar a influência de pequenas barreiras porosas, tais como esteiras, ao
longo da pilha de carvão;
Definir um parâmetro quantitativo para avaliação de métodos de proteção de
pilhas submetidas a erosão por ação do vento.
CAPÍTULO 6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 74
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
Capítulo 6 – Referências
6.1 Referências Consultadas
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-6123 – Forças
devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro: ABNT, 1988. 66p.
BADR, T.; HARION, J. L. Numerical modeling of flow over stockpiles:
implications on dust emissions. Atmospheric Environment, [S.l.], v.39, p. 5576-5584,
2005.
BLESSMANN, J. O vento na engenharia estrutural. Porto Alegre: Editora da
Universidade, 1995. 166p.
BLESSMANN, J. The boundary layer TV-2 wind tunnel of the UFRGS. Journal
of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.10, n.2, p.231-248, Aug 1992.
BORGES, A. R.; VIEGAS, D. X. Shelter effect on a row of coal piles to prevent
wind wrosion. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.29,
p.145-154, 1988.
BP. Coal production. Disponível em <http://www.bp.com/sectiongenericarticle.
do?categoryId=9010964&contentId=7021586>. Acesso em 12 novembro 2006.
BP. Coal consumption. Disponível em <http://www.bp.com/sectiongenericarticle.
do?categoryId=9010964&contentId=7021586>. Acesso em 12 novembro 2006.
BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Agência Nacional de Energia Elétrica. O
Carvão. In: Atlas de energia elétrica. Brasília, 2. ed., p. 119 – 126, 2005. Disponível em:
<http://www.aneel.gov.br>. Acesso em: 10 outubro 2006.
BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente –
CONAMA. Resolução número 005 de 15 de junho de 1989. Disponível em:
<http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res89/res0589.html>. Acesso em: 28 set. 2006.
BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente –
CONAMA. Resolução número 003 de 28 de junho de 1990. Disponível em:
<http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res90/res0390.html>. Acesso em: 28 set. 2006.
DANTEC DYNAMICS: Constant Temperature Anemometry. Dantec Dynamics
A/S. Tonsbakken, 2006. Disponível em: <http://www.dantecdynamics.com/
Default.aspx?ID=654>. Acesso em 01 nov. 2006.
DEUTCHLAND. Fachhochschule Darmstadt. Strömungsmaschinen Praktikum
Luftdurchsatzmessung im Windkanal. [S.l]. 36p. Disponível em: <http://www.fsm.fh-
darmstadt.de/files/sm2/berichte-0405/luftdurchsatzmessung+im+windkanal.pdf>. Acesso
em 20 novembro 2006.
FERREIRA, A. D.; VAZ, P. A. Wind tunnel study of coal dust release from train
wagons. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.92, p.565-577,
2004.
CAPÍTULO 6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 75
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
FERREIRA, A. D.; VIEGAS, D. X.; SOUSA, A. C. M. Full-scale measurements
for evaluation of coal dust release from train wagons with two different shelter covers.
Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.91, p.1271-1283, 2003.
GANDEMER, J. The aerodynamic characteristics of windbreaks resulting in
empirical design rules. Journal of Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.7, p.15-36, 1981.
GANDEMER, J. Wind shelters. Journal of Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.4,
p.371-389, 1979.
GUERRA, T. Geologia. In: Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de
Biociências. Centro de Ecologia. Carvão e meio ambiente. Porto Alegre: Editora da
Universidade/UFRGS, 2000. p. 18 – 25.
KIND, R. J. Mechanics of aeolian transport of snow and sand. Journal of Wind
Engineering and Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.36, p.855-866, 1990.
KRELL, A. J. Aspectos jurídico-políticos – atribuições, obrigações e possibilidades
dos municípios da Região Carbonífica gaúcha na proteção do meio ambiente. In:
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Biociências. Centro de Ecologia.
Carvão e Meio Ambiente. Porto Alegre: Editora da Universidade/UFRGS, 2000. p. 189 –
257.
LEE, S.; PARK, C. Surface pressure characteristics on a triangular prism
located behind a porous fence. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,
[S.l.], v.80, p.69-83, 1999.
LEE, S.; PARK, C. The shelter effect of porous wind fences on coal piles in
POSCO open storage yard. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,
[S.l.], v.84, p.101-118, 2000.
LEE, S.; PARK, K.; PARK, C. Wind tunnel observations about the shelter effect
of porous fences on the sand particle movements. Journal of Wind Engineering and
Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.36, p.1453-1463, 2002.
LOREDO-SOUZA, A. M.; SCHETTINI, E. B. C.; GUIMARÃES, A. F.;
PIMENTEL, J. L.; IGNÁCIO, L. R. Wind tunnel testing of a coal pile of the CVRD –
Vitória, Brazil, and the effects caused by porous fences. Journal of Wind Engineering and
Industrial Aerodynamics, [S.l.], 2006. Submetido.
LOREDO-SOUZA, A. M. ; SCHETTINI, E. B. C.; PALUCH, M. J. Simulação da
camada limite atmosférica em túnel de vento. In: Möler, S. V.; Silvestrini, J. H. (Org.).
Turbulência. Porto Alegre: ABCM, 2004, v. 4, p. 137-163.
NEVES, G. R.; CHAVES, S. H. A. A Região Carbonífica “tradicional” do Rio
Grande do Sul. In: Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Biociências.
Centro de Ecologia. Carvão e meio ambiente. Porto Alegre: Editora da
Universidade/UFRGS, 2000. p. 108 – 124.
ORTIZ, L.; TEIXEIRA, E. C. Influência das atividades de processamento do carvão
sobre a qualidade dos recursos hídricos superficiais. In: TEIXEIRA, E. C.; PIRES, M. J. R.
CAPÍTULO 6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 76
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
(Org). Meio ambiente e carvão: impactos da exploração e utilização. Porto Alegre:
FEPAM, 2002. p. 301 – 340.
PARKER, A. (Org.). Industrial air pollution handbook. Londres: McGraw-Hill,
p.1-31, 1978.
POSCO E&C. Outline of Dust Protection Net of Kwangyang Works of POSCO
RAINE, J. K.; STEVENSON, D. C. Wind protection by model fences in a
simulated atmospheric boundary layer. Journal of Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.2,
p.159-180, 1977.
RANGA RAJU, K. G. et al. Experimental study on characteristics of flow past
porous fences. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, [S.l.], v.29,
p.155-163, 1988.
SCHEIBE, L. F. O carvão em Santa Catarina: mineração e conseqüências
ambientais. In: TEIXEIRA, E. C.; PIRES, M. J. R. (Org). Meio ambiente e carvão:
impactos da exploração e utilização. Porto Alegre: FEPAM, 2002. p. 45 – 66.
SCHETTINI, E. B. C.; LOREDO-SOUZA, A. M. Estudo em túnel de vento dos
efeitos de proteção propiciados por telas porosas ao transporte eólico de partículas de
carvão: Determinação da influência do escoamento e das características das telas de
proteção para o conjunto de pilhas de estocagem que formam o pátio de carvão da CVRD
em Tubarão. Laboratório de Aerodinâmica das Construções. Universidade Federal do Rio
Grande do Sul. Relatório Técnico. Porto Alegre. Outubro 2004.
UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. National
emission standards of hazardous air pollutants (NESHAP) for integrated iron and steel
plants: background information for proposed standards (final report EPA-453/R-01-005).
[S.l.:S.n], 220p., jan 2001. Disponível em: <http://www.epa.gov> Acesso em: 03 setembro
2005.
UNITED STATES. Kansas State University. Agricultural experiment station and
cooperative extension service: 5 year action plan. 13p. Disponível em:
<http://www.oznet.ksu.edu/dp_prev/PDFs/NREM3.2.pdf> Acesso em: 25 outubro 2006.
VENNARD, J. K., STREET, R. L. Elementos de mecânica dos fluidos. Rio de
Janeiro: Guanabara Dois, 1978.
WHITE, F. M. Introdução. In: WHITE, F. M. Mecânica dos Fluidos. 4. ed. Rio de
Janeiro: McGraw-Hill, 1999. cap. 1, p. 12.
YALIN, M. S. Mechanics of sediment transport. 2th ed. Great Britain: Pergamon
Press, 1977. 298p.
YANG, C. T. Sediment transport: theory and practice. [S.l.]: McGraw-Hill, 1996.
396p.
ZANNETTI, P. The problem: air polution. In: ZANNETTI, P. Air pollution
modeling: theories, computational methods and available software. New York:
Computational Mechanics Publications, p. 1-24, 1990.
CAPÍTULO 6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 77
AVALIAÇÃO DO EFEITO DE TELAS POROSAS SOBRE A AERODINÂMICA DE PILHAS DE CARVÃO
6.2 Referências Adicionais
As referências citadas a seguir não foram consultadas diretamente, e sim citadas nas
referências apresentadas no item 6.1. Optou-se por manter aqui o formato utilizado por cada
autor para a citação.
WILLIAMSON, S. J. (1973): Fundamentals of air pollution. Reading,
Massachusetts: Addison-Wesley.
FRANK, H. T. Geologia e geomorfologia das folhas de Morretes, São Leopoldo,
São Jerônimo, Guaíba e Arroio dos Ratos – RS. Dissertação de Mestrado. Pós-Graduação
em Geociências da UFRGS, 1989. 160p.
HELGEN, S. O.; MOORE, J. N. Natural background determination and impact
quantification in trace metal contaminated river sediments. Environ. Sci. Technol., v. 30, p.
129-135, 1996.
M. A. VELIKANOV: Dynamics of Alluvial Streams, Vol. II (Sediment and Flow
Bed), State Publishing House of the Theoretical and Technical Literature, Moscow, 1955
(em russo).
H. KAISER, Die Stromung na Windschutzstreifen (The airflow through
shelterbelts), Berichte Deutscher Wetterdienstes, 7, No. 53, 1959.
E. J. PLATE, The aerodynamics of shelterbelts, Agric. Meteorol., 8 (1971).
M. JENSEN, The model law for phenomena in the natural wind, Ingenioren, Int.
Edn., 2 (1958) 151.
H. KAISER, Die Stromung na Windschutzstreifen (The airflow through
shelterbelts), Berichte Deutscher Wetterdienstes, 7, No. 53, 1959.
ABREU, S. F. Recursos minerais do Brasil. São Paulo: Edgar Blucher, 1973. v. 2.
P. F. D. DU BOYS: Lê Rhone et lê rivier a lit affouillable. Annales des Ponts et
Chausses 18, ser. 5 (1879).
ANEXO A
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo genérico, altura R (1H) e afastamento Y (1,5H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo genérico, altura S (1,5H) e afastamento X (0,5H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo genérico, altura R (1H) e afastamento X (0,5H)
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo genérico, altura S (1,5H) e afastamento Y (1,5H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo K (ε = 68%), altura R (1H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo K (ε = 68%), altura S (1,5H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo L (ε = 53%), altura R (1H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo L (ε = 53%), altura S (1,5H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo M (ε = 37%, fio 0,02mm), altura R (1H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo M (ε = 37%, fio 0,02mm ), altura S (1,5H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo N (ε = 37%, fio 0,01mm ), altura R (1H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo N (ε = 37%, fio 0,01mm ), altura S (1,5H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo O (ε = 0% - placa sólida), altura R (1H).
Modelo da pilha de carvão isolada no interior do Túnel de Vento
com anteparo tipo O (ε = 0% - placa sólida), altura S (1,5H).
ANEXO B
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
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Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
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Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
