tese
Evaluation of pressures in slender cylindrical silos: experimental and numerical study
Avaliação de pressões em silos cilíndricos esbeltos: estudos experimentais e numérico
Registro en:
GANDIA, R. M. Evaluation of pressures in slender cylindrical silos: experimental and numerical study. 2022. 192 p. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.
Autor
Gandia, Rômulo Marçal
Institución
Resumen
The main objective of this work is to understand the actions, mainly the pressures on the
walls, in slender silos. For this, slender cylindrical silos were studied experimentally
and by numerical simulation. This thesis allowed the experimental validation of a
slender silo model. Based on this model, analyzes were performed with different
configurations to understand the static and dynamic pressures in slender silos. Thus, the
articles, “Static and dynamic pressure measurements of maize grain in silos under
different conditions”, published in the scientific journal Biosystems Engineering 209
(2021) 180-199, “Evaluation of pressures in slender silos varying hopper angle and silo
slenderness”, published in the scientific journal Powder Technology 394 (2021) 478-
495, “Experimental pressures exerted by maize in slender cylindrical silo: comparison
with ISO 11697”, published in the scientific journal Engenharia Agrícola 41 (2021)
576-590 correspond to the validation of the composite station by a pilot silo, a bucket
elevator and a storage silo. The first article describes the complete instrumentation of
the pilot silo, the subsequent calibration with water and the final validation using maize
as a stored product. In addition, interesting findings were found due to the slenderness
of the silo. The second article, continuing the first results of the investigation, evaluated
the variables hopper angle and slender (height / diameter ratio). In this article, static and
dynamic pressures were evaluated at all stages of the test. In addition, the types of flow
were also evaluated, presenting unprecedented results. The third, continuing the
experimental studies “Effect of the hopper angle of a silo on the vertical stress at the
cylinder-to-hopper transition”, published in the scientific journal Agronomy 12 (2022)
830-844, presents static and dynamic results of the vertical force in the silo/hopper
transition, analyzing the different flows and different hopper angles using h/d = 3.6
ratio. The fourth article, continuing the first results of the investigation, evaluated the
angle of the hopper. In this article, static and dynamic pressures were evaluated and
compared with the ISO standard. The fifth article, “Influence of specific weight and
wall friction coefficient on normal pressures in silos using the Finite Element Method”,
published in the scientific journal Engenharia na Agricultura-REVENG 29 (2021) 192-
203 evaluates numerical simulation in silos, using finite elements models to evaluate the
normal pressures on the wall with different simulations of specific weights and
coefficient of friction with the wall, since these two variables have a direct influence on
the silo flows and pressures. This article deals with an initial model, presenting the first
validations of these parameters in slender cylindrical silos. The sixth, “The influence
of flow pattern and hopper angle on static and dynamic pressures in slender silos”, in
process to be submitted to Powder Technology journal, presents static and dynamic
results of horizontal and friction pressures, K coefficient, analyzes the maximum
pressures, comparing with Eurocode 1, part 4, analyzing the types of flows and five
different angles of hoppers using h/d 3.6 ratio. The installation used for the
experimental tests is based on the model by Pieper and Schütz (1980), providing the
basis for the DIN 1055-6 standard (DIN, 2005). The experimental station is modular
and proved to be versatile, allowing numerous configuration possibilities due to its
instrumentation and structural independence. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O objetivo principal deste trabalho é compreender as ações, principalmente as
pressões nas paredes, em silos esbeltos cilíndricos. Para isso, esses silos foram
estudados experimentalmente e por simulação numérica. Esta tese permitiu a validação
experimental de um modelo de silo esbelto. Com base neste modelo, foram realizadas
análises com diferentes configurações para entender as pressões estáticas e dinâmicas.
Assim, os artigos, “Static and dynamic pressure measurements of maize grain in silos
under different conditions”, publicado na revista científica Biosystems Engineering 209
(2021) 180-199, “Evaluation of pressures in slender silos varying hopper angle and silo
slenderness”, publicado na revista científica Powder Technology 394 (2021) 478-495,
“Experimental pressures exerted by maize in slender cylindrical silo: comparison with
ISO 11697”, publicado na revista científica Engenharia Agrícola 41 (2021) 576-590
correspondem à validação da estação composta por um silo piloto, um elevador de
canecas e um silo de armazenamento. O primeiro artigo descreve a instrumentação
completa do silo piloto, a posterior calibração com água e a validação final utilizando
milho como produto armazenado. Além disso, foram encontradas descobertas
interessantes devido à esbelteza do silo. O segundo artigo, dando continuidade aos
primeiros resultados da investigação, avaliou as variáveis ângulo da tremonha e esbeltes
(relação entre altura e diâmetro). Neste artigo, as pressões estáticas e dinâmicas foram
avaliadas em todas as etapas do teste. Além disso, os tipos de fluxo também foram
avaliados, apresentando resultados inéditos. O terceiro, dando continuidade aos estudos
experimentais “Effect of the hopper angle of a silo on the vertical stress at the cylinder-
to-hopper transition”, publicado na revista Agronomy 12 (2022) 830-844 apresenta
resultados estáticos e dinâmicos da força vertical na transição silo/tremonha, analisando
os tipos de fluxos e diferentes ângulos de tremonhas utilizando relação h/d = 3,6. O
quarto artigo, dando continuidade aos primeiros resultados da investigação, avaliou o
ângulo da tremonha. Neste artigo, as pressões estáticas e dinâmicas foram avaliadas e
comparadas com a norma ISO. O quinto artigo, “Influence of specific weight and wall
friction coefficient on normal pressures in silos using the Finite Element Method”,
publicado na revista científica Engenharia na Agricultura-REVENG 29 (2021) 192-203
trata da simulação numérica em silos, utilizando modelos de elementos finitos para
avaliar as pressões normais à parede com diferentes simulações de pesos específicos e
coeficiente de atrito com a parede, uma vez que essas duas variáveis têm influência
direta nas pressões do silo. Este artigo trata de um modelo inicial, apresentando as
primeiras validações desses parâmetros em silos cilíndricos esbeltos. O sexto, “The
influence of flow pattern and hopper angle on static and dynamic pressures in slender
silos”, em tramitação para ser submetido à revista Powder Technology apresenta
resultados estáticos e dinâmicos das pressões horizontais e de atrito, coeficiente K,
análise das pressões máximas, comparando com a Eurocode 1 parte 4, analisando os
tipos de fluxos em cinco diferentes ângulos de tremonhas, utilizando relação h/d 3,6.
Por fim, a instalação utilizada para os testes experimentais é baseada no modelo de
Pieper e Schütz (1980), dando embasamento à norma DIN 1055-6 (DIN, 2005). A
estação experimental é modular e mostrou-se versatilidade, permitindo inúmeras
possibilidades de configurações devido sua instrumentação e independência estrutural.