Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Livro Silos - Ações, Cálculo e Dimensionamento
Tipologia: Trabalhos
1 / 236
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
pressões, fluxo, recomendações para o projeto e
exemplos de cálculo
EDITORES
As estruturas de armazenagem são de fundamental importância para o armazenamento de produtos agrícolas e industriais e, infelizmente, ainda não existe no País uma norma brasileira para regulamentar o projeto e a construção dessas estruturas. Além disso, são poucos os trabalhos nacionais que tratam o assunto do ponto de vista estrutural, abordando principalmente as ações induzidas pelos produtos em silos. Estas notas de aula foram especialmente realizadas para o curso de Estruturas para Armazenagem realizado na Universidade Estadual de Londrina e mostra os principais tópicos referentes ao projeto estrutural e de fluxo em silos, com ênfase ao projeto dos principais tipos de estruturas de armazenagem de produtos agrícolas e industriais e com base nos trabalhos desenvolvidos na Escola de Engenharia de São Carlos – USP. Com isso, pretende-se contribuir com o desenvolvimento do estudo em silo, fornecendo um material atualizado em normas e pesquisadores internacionais. Os autores pretendem também, com esta publicação, adequá-la ao mercado nacional de silos, pois estes vêm sendo empregados com muita freqüência no armazenamento de produtos agrícolas. A maioria das informações corresponde a trabalhos de mestrado e doutorado desenvolvidos no SET/EESC/USP sob a orientação do Prof. Dr. Carlito Calil Junior. Os autores reconhecem e agradecem ao Engº Giovano Palma, pela contribuição no capítulo de pressões em silos esbeltos, à Profª Edna das Graças Assunção Freitas (UFRRJ), pela contribuição no capítulo sobre pressões em silos baixos, ao Prof. José Wallace B. do Nascimento (UFPB) e ao Prof. Ernani Carlos de Araújo (UFOP), no capítulo de projetos de silos multicelulares, ao Engº Luciano Jorge de Andrade (KEPLER-WEBER), pela contribuição no capítulo de ações devido ao vento em silos e ao Prof. Francisco Carlos Gomes, pela contribuição no capítulo sobre silos horizontais. Maiores detalhes podem ser encontrados nestes trabalhos que estão referenciados na bibliografia.
São Carlos, outubro de 2005
Calil e Cheung
A palavra silo tem sua raiz grega “ sirus” , que significa lugar escuro-cavernoso. Nos dias atuais, o significado da palavra silo é de um grande depósito para armazenar cereais, forragens, etc. Assim, neste trabalho, definimos silo como construção destinada a armazenar e conservar qualquer produto industrial ou agrícola. O termo unidade ou conjunto de armazenagem engloba tanto o silo propriamente dito, como a máquina de transporte, conservação, beneficiamento, mistura.
Sendo o Brasil um país com características agrícolas, um dos principais pontos na economia são o armazenamento e o beneficiamento dos produtos agrícolas. O armazenamento de produtos em silos é considerado uma solução de grande viabilidade devido à economia de espaço físico, mão-de-obra e custo de transporte, assim como a possibilidade de conservação do produto ensilado. Uma unidade armazenadora, tecnicamente projetada e bem conduzida, apresenta vantagens, como: obtenção de um produto mais bem conservado, longe do ataque de insetos e ratos; estocagem racional, segura e, principalmente, econômica, tendo em vista que o produtor que armazena a granel comercializa também a granel, economizando, com isso, gastos significantes com sacaria e mão-de-obra ocupada para o ensacamento; economia do transporte, uma vez que os preços dos fretes aumentam durante o período da safra; diminuição do custo do transporte, pela eliminação de impurezas e excesso de água pela secagem. formação de um estoque regulador dos preços de mercado;
CCA C
AAP
PPÍ ÍTÍTTU
UUL
LLO OO
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
concentração de grandes quantidades de produto em áreas relativamente pequenas; proteção da indústria contra as flutuações no preço das matérias-primas; No Brasil, segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB, 2006), a capacidade de armazenagem ainda é menor que a capacidade produtiva (Figura 1.1), sendo que o ideal é que o país tenha capacidade de armazenar a produção de, pelo menos, 2 anos consecutivos.
-^10
2030
4050
6070
8090
100110
120130
(^1980198219841986198819901992199419961998200020022004) Ano 2006
610 (toneladas)
ArmazenamentoProdução
(a)
-^4
(^128) 1620
2428
3236
4044
4852
19801982198419861988199019921994199619982000200220042006 Ano
(^2 ) (kg/ha), 10
6 (ha)^ ProdutividadeÁrea plantada
(b) Figura 1.1 – (a) Evolução da produção em relação ao armazenamento no Brasil. (b) Produtividade e área plantada no Brasil.
Os silos são divididos quanto ao material estrutural empregado, devido à construção em relação ao solo e pela sua forma geométrica. Os silos são construídos com os mais diversos materiais, como concreto armado, concreto protendido, chapas metálicas (lisas, corrugadas e trapezoidais), madeira, alvenaria, argamassa armada, fibras, plásticos e outros. Quanto à construção em relação ao solo, pode-se dividir em 3 grupos: Silos elevados ou aéreos : são caracterizados por serem construídos acima do nível do solo. Silos subterrâneos: são aqueles em que os compartimentos para a estocagem se localizam abaixo do nível do solo. São construções mais simples que os silos elevados, porém são mais suscetíveis à infiltração de água e têm um esvaziamento mais difícil. Silos semi-subterrâneos : são um tipo intermediário entre os dois tipos anteriores.
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
Silos esbeltos :são aqueles que possuem uma relação entre a altura e o diâmetro
menor que 1,5. Silos horizontais : são aqueles cuja dimensão longitudinal é preponderante sobre as outras dimensões. Quanto à entrada de ar: Silos herméticos: silos que possuem um impedimento entre a troca de ar do interior da célula com o exterior. Silos não-herméticos: silos que permitem a troca de ar com o exterior. Algumas normas apresentam as relações de classificação de silos quanto à esbeltez, e que está apresentada na Tabela 1.1.
Tabela 1.1 – Classificação dos silos quanto à esbeltez.
BAIXOS MEDIANAMENTEESBELTOS ESBELTOS
Australiana AS3774:1996 H/D <1,0^ 1,0^ H/D^ ^ 3,0^ H/D > 3, Européias PrEN 1991-4: (Draft) DIN 1055-03:
Americanas ACI-313: ANSI/ASAE EP433:
Canadense CFBC:
H/D 1,0 ou H/D < tan^2 (e/2+/4) -^
H/D > 1,0 e H/D tan^2 (e/2+/4)
CLASSIFICAÇÃO NORMA
h - Altura total do silo com a tremonha; dc - Diâmetro do corpo do silo.
No Brasil, o Departamento de Engenharia de Estruturas (SET), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), da Universidade de São Paulo (USP), possui uma linha de pesquisa com o intuito de aprimorar o conhecimento, comprovar as teorias existentes e desenvolver tecnologia
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
própria na área de silos. Até o momento, foram desenvolvidos os seguintes trabalhos de Mestrado e Doutorado: Calil (1978), em sua dissertação de Mestrado “Estudo dos Silos de Madeira a Nível de Fazendas”, propõe como alternativa para o pequeno produtor a construção de tais estruturas nas propriedades agrícolas, utilizando madeira tanto como material estrutural quanto de revestimento. Calil (1984), em sua tese de Doutorado “Sobrepresiones en las Paredes de los Silos para Almacenamiento de Productos Pulverulentos Cohesivos”, realiza estudo em modelos reduzidos, determinando os tipos de fluxo de materiais armazenados, a intensidade das pressões de carregamento e descarga para produtos granulares e para produtos pulverulentos. Fortes Filho (1985), em sua dissertação de Mestrado “Uma Introdução ao Estudo dos Silos”, aborda a problemática dos silos de maneira ampla e suficientemente profunda para as aplicações correntes, apoiando-se em uma análise de estudos teóricos e experimentais realizados por diversos autores. Vaz (1987), em sua dissertação de Mestrado "Silos Verticais de Madeira Compensada", apresenta uma proposta de silos de madeira compensada de seção hexagonal para o pequeno produtor. Couto (1989), em sua dissertação de Mestrado "Contribuição ao Estudo dos Silos de Argamassa Armada para o Armazenamento de Cereais", propõe uma metodologia de dosagem para argamassa armada, verificando sua viabilidade construtiva em dois silos protótipos cilíndricos. Esteves (1989), em sua dissertação de Mestrado "Silos Metálicos de Chapa Corrugada", apresenta estudo teórico e experimental destas unidades com vistas à caracterização dos materiais e das ligações utilizadas, além de propor uma metodologia de ensaio para a avaliação dos componentes estruturais. Calil (1990), em sua tese de Livre - Docência "Recomendações de Fluxo e de Cargas para o Projeto de Silos Verticais", realiza o estudo das teorias e práticas que envolvem as várias fases de carregamento e fluxo de produtos armazenados, propondo recomendações para o armazenamento destes produtos em silos. Silva (1993)*, em sua tese de Doutorado "Estudo da Variabilidade de Pressões em Silos", estuda as pressões em silos sob o ponto de vista probabilístico, com ênfase na análise da variabilidade das propriedades dos produtos armazenados e na variabilidade das pressões. Milani (1993), em sua tese de Doutorado "Determinação das Propriedades de Produtos Armazenados para Projeto de Pressões e Fluxo em Silos", apresenta uma metodologia de ensaio para a determinação das propriedades de produtos armazenados, com base em estudos teóricos e experimentais utilizando o equipamento de translação "Jenike Shear Cell".
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
Freitas (2001), em sua tese de doutorado “Estudo teórico e experimental das pressões em silos cilíndricos de baixa relação altura/diâmetro e fundo plano”, realiza ensaios em um silo- protótipo e um silo-piloto. Com base nos resultados experimentais, propõe modelos empíricos para a determinação das pressões horizontais e verticais no fundo plano do silo para esse tipo de unidade armazenadora. Andrade Jr. (2002), em sua tese de doutorado “Ação do Vento em Silos Cilíndricos de baixa relação altura/diâmetro”, realiza estudos teóricos e experimentais em modelos aerodinâmicos e aeroelásticos sobre as ações do vento em silos, determinando coeficientes aerodinâmicos no costado e na cobertura.
realiza estudos teóricos sobre teorias e normas vigentes sobre as pressões e fluxo em silos esbeltos.
Para o entendimento das pressões que ocorrem no silo, é importante, primeiramente, entender as propriedades físicas dos produtos armazenados e o critério de ruptura adequado a ser utilizado. A determinação das propriedades físicas de produtos armazenados é o primeiro passo para o projeto de fluxo e estrutural de silos e deve ser realizada nas condições mais severas daquelas esperadas que ocorram em um silo. Mundialmente, o equipamento mais utilizado para essas determinações é o aparelho de cisalhamento de translação conhecido em nível internacional por " Jenike Shear Cell ". As propriedades mais importantes são: Peso específico ; Granulometria; Ângulo de repouso do produto (^) r ; Ângulo estático de atrito interno (^) i ; Efetivo ângulo de atrito interno (^) e ; Ângulo cinemático (dinâmico) de atrito (^) w entre o produto armazenado e o material da parede (aço liso, aço rugoso, plásticos, madeira, concreto polido e outros materiais); Função fluxo instantânea FF ; Fator fluxo da tremonha ff .
As amostras a serem usadas para os testes devem representar os extremos relevantes para as propriedades do produto para fluxo e pressão no silo. As amostras devem, portanto, cobrir para cada produto a ser armazenado no silo:
CCA C
AAP
PPÍ ÍTÍTTU
UUL
LLO
OO
CAPÍTULO 2 - PROPRIEDADES FÍSICAS DO PRODUTO ARMAZENADO
Compactação; Compressibilidade; Tamanho das partículas; Ângulo de repouso; Degradação; Corrosão; Abrasão.
2.4.1 Peso específico O peso específico de um produto é afetado pelo nível de tensão atuante no ponto considerado. Ele depende se o produto possui alto grau de compactação, pois, se a dependência existir, provavelmente, teremos um peso específico em função do grau de compressibilidade do produto. O peso específico é dividido em dois tipos principais:
Peso específico aerado (^) a : utilizado para a determinação da capacidade do silo e da tremonha; Peso específico compactado (^) c : utilizado para a determinação da taxa de carregamento. O outro tipo de peso específico é o de trabalho, e que é definido como: (^) c a ^2 T a c
2.4.2 Compactação É um processo artificial pelo qual a densidade do produto é aumentada através de impacto, rolagem, vibração e pressão vertical. Ele é muito importante, pois influencia significantemente no fluxo e nas pressões de um silo.
2.4.3 Compressibilidade (consolidação) Compressibilidade é a medida da mudança de volume do sólido causado pela mudança nas componentes de tensões atuantes, e é definido como:
c c
CAPÍTULO 2 - PROPRIEDADES FÍSICAS DO PRODUTO ARMAZENADO
N
Produto h
h
N
Produto h
h
Cc
1
Figura 2.2 – Esquema do ensaio de compressibilidade e comportamento da compressibilidade de um produto. Note, na Figura 2.2, que a compressibilidade se estabiliza quando a tensão vertical 1 atinge
O coeficiente de compressibilidade fornece ao engenheiro uma indicação da capacidade do sólido de fluir. Alguns são os fatores que afetam a compressibilidade: Granulometria; Resistência individual dos grãos; Umidade do produto; Densidade; Tempo de ação das tensões confinantes.
2.4.4 Tamanhos das partículas Materiais granulares são geralmente não-coesivos e de fluxo livre. Os pulverolentos apresentam características de dificuldade de fluxo devido à coesão. Um dos fatores que contribuem para a coesão, é a presença de pó, e é definida pelo ensaio granulométrico.
2.4.5 Ângulo de repouso Quando é colocamos um produto em um recipiente e o deixamos cair em queda livre até uma superfície horizontal, ele formará um volume com a superfície. O ângulo formado entre a superfície do produto e a horizontal é chamado ângulo de repouso, podendo inferir sobre o ângulo de atrito interno e o fluxo do produto. A altura de queda livre e a rugosidade da superfície influenciam na determinação do valor do ângulo e devem ser seguidas por procedimentos padrões da literatura. É recomendado que a superfície seja bem rugosa e que a altura de queda livre esteja
ângulo de atrito interno coincide com o ângulo de repouso e pode ser utilizado para verificações preliminares.
CAPÍTULO 2 - PROPRIEDADES FÍSICAS DO PRODUTO ARMAZENADO
torrões ou partículas frágeis, podem quebrar e reduzir o tamanho, como um resultado de impacto, agitação ou atrito entre os grãos.
2.4.7 Corrosão Alguns produtos atacam quimicamente as superfícies confinantes com os quais estão em contato. Corrosão é freqüentemente promovida pela acidez ou alcalinidade dos produtos que são classificados pelo seu valor de PH. Produtos com valor de PH de 1 a 7 são ácidos, onde o valor de 7 corresponde a um produto neutro. Produtos com valor de PH de 7 a 14 são considerados alcalinos. É importante destacar que o PH é um forte indicativo, porém produtos neutros podem atacar as superfícies metálicas em alguns casos específicos.
2.4.8 Abrasão Movimento de um sólido durante o enchimento e o esvaziamento provoca desgaste das paredes e do fundo do silo. A característica de abrasão de um produto depende da dureza, tamanho e forma da sua partícula e de sua densidade. Uma das mais fáceis medidas de dureza é a escala de Moh´s, e é largamente usada para minerais. Ferro e aço estão na faixa de 4 a 8,5, dependendo de seu nível de escoamento e tratamento térmico. Silos com fluxo de funil apresentam a vantagem de proteger as paredes devido à zona de produto estacionária.
Diversos autores vêm estudando o comportamento dessas propriedades nas fases de operação de um silo (carregamento, armazenamento e descarga). Jenike (1964), em busca de uma forma adequada de medir tais propriedades, analisou inicialmente a aplicabilidade de equipamentos de teste utilizados em solos. Diante de resultados considerados insatisfatórios, decidiu desenvolver um aparelho denominado “ Jenike Shear Cell ” (Figura 2.5), que vem sendo utilizado e ainda consagrado para a determinação das propriedades físicas dos materiais. O aparelho é baseado no ensaio de cisalhamento direto de solos, porém alguns procedimentos de consolidação da amostra (torção ou twist) foram adicionados para representar o comportamento do produto dentro das estruturas de armazenamento. Com o intuito de avaliar a confiabilidade e a reprodutibilidade das medidas das propriedades de fluxo, um grupo denominado “ Working Party on the Mechanics of Particulate Solids (1989)” da Federação Européia de Engenheiros Químicos, coordenou vários ensaios com o aparelho de Jenike. Após detalhada análise dos resultados experimentais e da experiência dos membros da WPMPS, foi elaborado novo procedimento- padrão de teste, o qual fornece instruções detalhadas para a operação do aparelho de Jenike, que
CAPÍTULO 2 - PROPRIEDADES FÍSICAS DO PRODUTO ARMAZENADO
recebeu o nome de “ Standart Shear Testing Technique for Particulate Solids Using the Jenike Shear Cell ” (SSTT,1989). Em resumo, o teste de cisalhamento constitui-se de duas fases. A primeira é a preparação da amostra para a obtenção do fluxo de estado estável e do pré-cisalhamento para a definição do lugar geométrico e deslizamento. Na segunda fase do teste, a determinação real das tensões de cisalhamento é realizada com diferentes valores de tensões normais, menores que os utilizados na primeira fase, determinando as tensões de cisalhamento necessárias para o deslizamento (ruptura) do produto.
Anel
Tampa
N
F Bulk SolidProduto
Plano de cisalhamento
Movimento deconsolidação
Anel
Tampa
N
F Bulk SolidProduto
Plano de cisalhamento
Movimento deconsolidação
Figura 2.5 - Ensaio para a determinação das propriedades internas do produto. Adaptado de Schwedes (2002). No Brasil, Milani (1993) desenvolveu um importante trabalho com base em estudos teóricos e experimentais utilizando o equipamento de Jenike, propondo uma metodologia de ensaio para a determinação das propriedades dos produtos armazenados. Porém, segundo Rotter et al. (1998), uma descrição completa de todas as propriedades de fluxo é atualmente impossível, pois ainda não são conhecidos todos os parâmetros que deveriam ser medidos, nem como algumas das propriedades conhecidas deveriam ser medidas.
2.5.1 Critério de resistência (Yield Locus) Para entender as propriedades de produtos de armazenamento, é necessário estudar os critérios de resistência que apresentam comportamento similar aos solos com algumas particularidades sobre o estado de tensão. Os produtos armazenados podem seguir o critério de
