Determinação da força de arrasto e da velocidade terminal de frutos de café pela técnica de elementos finitos

Abstract

Este trabalho apresenta um método alternativo para a determinação de velocidades terminais e de forças de arrasto em frutos de café, ao se variar o teor de umidade do produto e sua configuração geométrica (esférica e elíptica). Especificamente, investigou-se a aplicabilidade da técnica de elementos finitos para a obtenção de: (a) forças de arrasto no produto, usando-se valores experimentais das dimensões do fruto e de sua velocidade terminal e (b) velocidades terminais do produto, empregando-se valores experimentais das dimensões do fruto e de seu peso. A técnica dos elementos finitos mostrou-se ferramenta eficiente para simular velocidades terminais e forças de arrasto em frutos de café submetidos a um fluxo de ar. Independente do teor de umidade dos frutos, os valores simulados para a velocidade terminal e para força de arrasto no produto considerado elíptico são, estatisticamente, iguais àqueles determinados experimentalmente. Os erros relativos médios, envolvidos no valores simulados para a velocidade terminal do produto, em cada um dos teores de umidade, não foram superiores a 7,5 e 13,6% para o produto considerado elíptico e esférico, respectivamente.

Variation of the physical and aerodynamic properties of coffee cherries during drying: Determination and modeling

“…During the drying process, the unit-specific mass is reduced and, consequently, the velocity decreases to guarantee the fluctuation of the fruits. In addition, Couto et al (2004) argue that the reduction in moisture content causes an increase in the surface roughness of coffee cherries, and consequently, a reduction in terminal velocity. The experimental terminal velocity values varied from 11.4 to 6.4 m s À1 for moisture contents between 1.77 and 0.09 (decimal, d.b.…”

“…Over the years, several authors have used different methodologies to predict the drag coefficient and terminal velocity in agricultural products (Andalib, Zhu, & Nakhla, 2010;Brown & Lawler, 2003;Cheng, 2009;Chhabra, Agarwal, & Sinha, 1999;Christiansen & Barker, 1965;Hartman, Trnka, & Svoboda, 1994;Tang, Chan, & Raper, 2004;Tran-Cong, 2004). To obtain these parameters, an adjustment by trial and error is necessary, since the terminal velocity is present both in the drag coefficient and in the Reynolds number and this relationship is not linear (Couto, Santos, Vieira, & Silva, 2004). The semi-empirical models used to predict aerodynamic properties, consider the particles as perfect spheroids, which in general causes significant errors in the modeling process (Chhabra et al, 1999).…”

Estudo da influência do ar no movimento de queda dos corpos: uma comparação entre a previsão teórica e os dados experimentais usando o Tracker

“…onde v é a velocidade do corpo em relação ao fluido, L é uma dimensão característica, no caso da esfera esta dimensão é seu diâmetro D, e η a viscosidade dinâmica do fluido. Para o ar a 20,0 • C e 1,00 atm, adotou-se η = 2, 00.10 −5 P a.s [3], embora este valor, assim como o valor da densidade do ar, são parâmetros que dependem de outras variáveis, como pressão atmosférica e temperatura, para ajustes finos [23], mas não são necessários no escopo deste trabalho. Conforme um objeto cai, o módulo de sua velocidade aumenta pela ação gravitacional, enquanto o módulo de sua aceleração diminui gradativamente porque o módulo da força de arrasto aumenta com o incremento da velocidade.…”

“…A consideração do efeito do ar em movimentos de queda e lançamentos é extremamente relevante, e certamente indispensável na dinâmica da sustentação do voo [1]. Precipitação de granizo [2], transporte de grãos empregando fluxo de ar [3], lançamento de bolas, salto de atletas, movimento de foguetes e de projéteis são fenômenos cotidianos cuja descrição mecânica somente apresentará resultados satisfatórios quando consideradas as forças estáticas e dinâmicas presentes no movimento * Endereço de correspondência: rossini@utfpr.edu.br de corpos em meios viscosos [4][5][6][7][8][9][10][11]. Nos livros mais tradicionais utilizados nos cursos de Física [12][13][14][15], rara e timidamente aborda-se a força de arrasto.…”