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

Abstract

De um modo geral, erosão é um conceito frequentemente utilizado. Entendamos como erosão do vento, ou eólica, o conjunto de processos, como o arranque, transporte e acumulação de partículas e/ou poeiras, por consequência directa da acção do vento. O transporte de partículas por acção do vento envolve a sua elevação da superfície da pilha, dispersão atmosférica, e a sua deposição novamente na superfície da pilha ou em zonas afastadas desta.

É em zonas áridas, com pouca vegetação como os desertos, que mais se verifica a erosão eólica. No entanto, também em ambientes industriais, onde haja o armazenamento de grandes quantidades de materiais granulares, como por exemplo carvão, torna-se necessário avaliar os problemas ambientais acarretados pelas poeiras geradas, mas também problemas operacionais e económicos, dado a quantidade de material passível de ser arrastado.

Trata-se de um estudo complexo, devido à quantidade de parâmetros que devem ser tidos em conta, tais como as características do vento, a geometria das pilhas, as alterações da superfícies, os parâmetros das partículas, possíveis protecções para as mesmas, etc. Embora dependente de muitos outros parâmetros, a erosão por acção do vento é fundamentalmente condicionada pela velocidade do vento.

O estudo aqui apresentado, foca a simulação numérica do escoamento em torno de uma pilha de armazenamento erodida, tomando por base os casos experimentais testados. Esses casos são os da pilha desprotegida, pilha protegida por quebra-ventos sólidos, situados a diferentes distâncias (H, 2H, 3H, 4H) e com orientações .= 0º, 10º, 20º e 40º, e ainda os casos de pilhas protegidas por barreiras com 70% de porosidade e .=20º e 40º, situadas às distâncias H e 2H.

Pretende-se avaliar o potencial de utilização da simulação computacional na previsão do escoamento na proximidade da superfície da pilha sujeita à erosão. Para tal, correlaciona-se o fluxo erodido com a velocidade prevista numericamente, em diferentes situações.

Constata-se que, nalguns dos casos estudados, essa correlação era razoavelmente satisfatória, nomeadamente nas situações da pilha desprotegida ou abrigada por uma barreira porosa.

Nos casos da pilha protegida por quebra-ventos sólidos, devido à existência de uma extensa zona de recirculação, muito material era arrastado para junto da barreira, pelo que não se verificou qualquer correlação entre o material erodido e a velocidade. Assim, concluiu-se que a ferramenta computacional não permite a estimativa do fluxo de erosão nesses casos. Ainda assim, permite obter uma estimativa para o campo de escoamento. Efectivamente, partindo das simulações no caso da barreira sólida, verificou-se que a velocidade do escoamento, contrária ao sentido do escoamento incidente, é particularmente intensa junto da face de montante da pilha, o que está de acordo com a observação experimental do arrastamento de material dessa zona para junto da barreira. Verifica-se ainda que a recirculação é menos significativa para os casos das barreiras sólidas situadas à distância de 3H e 4H.

Nas situações de ventos laterais, aquelas em que as barreiras estão posicionadas obliquamente em relação ao escoamento incidente, verificou-se que a protecção é mais eficiente num dos lados da pilha, o que está de acordo com as medições experimentais da deformação da pilha. Nos casos das barreiras porosas, a velocidade prevista evidencia um visível decréscimo, comparativamente ao caso da pilha desprotegida, o que é coerente com a menor deformação medida nos ensaios experimentais.

Assim, pode concluir-se que, de uma forma geral, a simulação numérica é uma boa ferramenta para investigação destas situações, susceptível de fornecer uma boa estimativa para a velocidade esperada na proximidade da pilha. A informação obtida através do CFD pode assim ser usada para estimar o potencial de erosão.