Simulação de fluxo de micropartículas e partículas macroscópicas.

Abstract

Sistemas granulares apresentam comportamentos não previstos na mecânica de fluídos ou na mecânica de sólidos. Muito embora no passado tenham sido tratados num ou noutro campo, nas últimas décadas desenvolveu-se todo um novo campo teórico visando analisar fenômenos que eram conhecidos, mas não bem descritos na literatura. No Movimento em Silos, diversas situações podem ocorrer. Um exemplo bastante curioso e muito conhecido é o escoamento de grãos numa ampulheta. Ao contrário dos líquidos, a pressão nas paredes não é proporcional à altura. Ao escoar, os grãos podem formar arcos de tensão, bloqueando o fluxo. Fluxo de grãos em silos é um tema de interesse de diversos setores da economia. Como os silos de grãos na agroindústria, passando por minérios na mineração ao fluxo de carvão para a siderurgia. As características do fluxo dos grãos dependem de vários fatores, desde seu formato até suas propriedades mecânicas. Como um sistema granular não é um contínuo, sua descrição por meio de simulação computacional é bastante adequada. Dada essa importância, diversas plataformas comerciais foram desenvolvidas nos últimos anos, com licenças onerosas. Contudo, existem soluções baseadas no método de elementos discretos, capazes de realizar simulações de grande porte. Assim, um problema encontrado para realização simulações eficientes é o desenvolvimento de rotinas adequadas que façam a customização das caraterísticas necessárias à simulação, bem como possam garantir a paralelização desses softwares. O presente projeto tem por objetivo simular o fluxo de partículas. O trabalho é separado em duas etapas, a primeira utiliza a simulação do potencial de Lennard-Jones (LJ), a segunda etapa simula o escoamento de grãos de areia em um silo. Para tal, são desenvolvidas rotinas para uso em plataformas baseadas no método de elementos discretos - DEM. O foco principal do trabalho é a customização de rotinas com variação de parâmetros típicos dos grãos para aplicações típicas em mineração e siderurgia. As linguagem de programação Python foi a ferramenta computacional escolhida para se resolver o problema. O resultado encontrado no estudo é de caráter quantitativo, donde tem-se como principal métrica o erro de truncamento.