ANÁLISE NUMÉRICA DO DESENVOLVIMENTO DE ESTRUTURAS TURBULENTAS EM LEITOS DE PARTÍCULAS E SUA RELAÇÃO COM EVENTOS DE EMISSÃO ATMOSFÉRICA
Nome: GEISIELY DO ESPÍRITO SANTO
Data de publicação: 06/05/2025
Banca:
Nome |
Papel |
|---|---|
| ADEMIR ABDALA PRATA JUNIOR | Examinador Externo |
| BRUNO FURIERI | Presidente |
| ELISA VALENTIM GOULART | Examinador Interno |
Resumo: As atividades industriais, embora fundamentais para a vida humana, contribuem
significativamente para a poluição do ar. Entre essas atividades, destacam-se as siderúrgicas,
que apresentam grandes áreas abertas, onde pilhas de estocagem de materiais granulares, como
minério de ferro e carvão, estão expostas à ação dos ventos. Esse cenário favorece a erosão
eólica, um fenômeno natural que promove a emissão de material particulado, comprometendo
a qualidade do ar e representando riscos à saúde humana, incluindo doenças respiratórias e
cardiovasculares. Para estimar esse tipo de emissão, o modelo da Agência de Proteção
Ambiental dos Estados Unidos (USEPA) é amplamente empregado. No entanto, esse modelo
não considera a proporção de partículas não-erodíveis na composição dos materiais granulares,
sendo esse fator responsável por um papel fundamental na turbulência do escoamento e na
estimativa da emissão de partículas. Diante dessa limitação, este estudo investigou
numericamente o desenvolvimento de estruturas turbulentas na presença de rugosidades,
utilizando Dinâmica dos Fluidos Computacional e Simulações de Grandes Escalas (LES).
Foram analisados três leitos infinitos, contendo diferentes quantidades de partículas não-
erodíveis, representado por elementos cilíndricos. A análise se concentrou em estatísticas
descritivas, aplicação de distribuições probabilísticas, análise de quadrantes e observação de
imagens do escoamento e vetores de vorticidade. Para garantir a confiabilidade dos resultados
foi realizada a validação das simulações numéricas para o leito liso a partir de referências
experimentais disponíveis na literatura. Os resultados mostraram que a velocidade de fricção
(u) se comportou de maneira distinta em cada ponto analisado e em cada leito. Em locais onde
o escoamento estava impedido por elementos rugosos, os valores de u foram reduzidos e isso
se confirmou ao analisar os vetores de vorticidade, que indicaram zonas de baixo cisalhamento
e recirculação. Em contrapartida, valores maiores de uforam encontrados nas regiões frontais
de rugosidades e nas áreas de canalização do escoamento. A comparação entre diferentes taxas
de cobertura mostrou que leitos com maior quantidade de partículas não-erodíveis apresentaram
menor velocidade de fricção, reduzindo a erosão eólica. Quantos às análises de Funções
Densidade de probabilidade, a distribuição que melhor se ajustou às flutuações da velocidade
de fricção foi a Gamma, com média de parâmetro de forma de 2,14 e média de parâmetro de
escala de 0,068. Esses resultados podem servir como referência para a parametrização de
modelos de emissão, contribuindo para o desenvolvimento de estratégias mais eficazes de
controle e mitigação da poluição atmosférica.
