Simulação computacional aplicada ao desenvolvimento de embalagens para bananas

Este trabalho propõe um método de projeto de embalagem para produtos hortícolas, buscando uma otimização integrada dos aspectos geométricos, estruturais e térmicos, ligados à facilitação do resfriamento e armazenamento refrigerado. Para o dimensionamento e otimização estrutural, foi utilizado o Método dos Elementos Finitos implementado pelo programa ANSYS, obtendo-se oito modelos virtuais de embalagens, com 10% e 14% de área efetiva de aberturas e geometria quadrada, retangular e circular. Para o desenvolvimento dos experimentos, que avaliaram a relação da área de aberturas com o tempo de sete-oitavos de resfriamento, foram construídos protótipos de tábuas de madeira (Pinnus elliotti) de reflorestamento. Nas embalagens, foram acondicionados aproximadamente 13 kg de banana variedade Nanica (Musa cavendishii, cultivar nanica), resfriada num túnel de ar forçado (vazão de ar de 0,32 m³ s-1, temperatura de 8,0±1,2ºC e umidade relativa de 84,5±2,6%). O tempo de resfriamento também foi comparado com aquele obtido quando a mesma quantidade de frutas foi resfriada em embalagens de papelão (2,5% de área efetiva de abertura) e madeira (18% de área efetiva de abertura). Os resultados demonstraram que, entre os protótipos propostos, não houve diferença significativa no tempo de resfriamento dos frutos acondicionados nas embalagens desenvolvidas, sendo o tempo médio de resfriamento de 40,71±2,81 min. Na comparação com as embalagens de papelão e madeira, houve diferenças significativas, sendo que as embalagens comerciais tiveram tempos de resfriamento de 1,25 e 2 vezes maiores. Concluiu-se que a simulação estrutural computacional, aliada a algoritmos de otimização, além de procedimentos experimentais ligados à cadeia do frio, são recursos promissores no auxílio de projetos para embalagens de transporte de produtos hortícolas.

Modelagem de máquina pneumática recolhedora de frutos de café em terreiro usando análise por elementos finitos

Teve-se o objetivo de desenvolver um modelo matemático por meio de análise de elementos finitos, utilizando o programa computacional ANSYS®, versão 5.7, para otimizar o projeto de máquina recolhedora de frutos de café no terreiro. A modelagem da máquina foi realizada com base no levantamento das características aerodinâmicas dos frutos de café e da vazão de ar necessária para o transporte pneumático dos frutos. Foram obtidas, experimentalmente, as pressões estáticas nos dutos da máquina, sendo esses valores comparados com os resultados determinados pelo programa ANSYS, no intuito de validar o modelo. Com base nos resultados numéricos obtidos, concluiu-se que a modelagem desenvolvida apresentou resultados próximos aos determinados experimentalmente, obtendo erro relativo médio nos valores simulados de pressão de 9,2%. Por meio da modelagem, identificaram-se faixas de pressão que dificultariam o transporte pneumático dos frutos de café em alguns pontos da máquina. Esses problemas foram corrigidos e, com isso, o fluxo de ar proporcionado pelo ventilador foi suficiente para succionar os frutos de café no terreiro e transportá-los para dentro do reservatório da máquina. A modelagem desenvolvida atendeu às necessidades propostas no trabalho para o recolhimento dos frutos de café utilizando transporte pneumático eficientemente.

Kinetic behavior of nitrification in the post-treatment of poultry wastewater in a sequential batch reactor

A sequential batch reactor with suspended biomass and useful volume of 5 L was used in the removal of nutrients and organic matter in workbench scale under optimal conditions obtained by central composite rotational design (CCRD), with cycle time (CT) of 16 h (10.15 h, aerobic phase, and 4.35 h, anoxic phase) and carbon: nitrogen ratio (COD/NO2--N+NO3--N) equal to 6. Complete cycles (20), nitrification followed by denitrification, were evaluated to investigate the kinetic behavior of degradation of organic (COD) and nitrogenated (NH4+-N, NO2--N and NO3--N) matter present in the effluent from a bird slaughterhouse and industrial processing facility, as well as to evaluate the stability of the reactor using Shewhart control charts of individual measures. The results indicate means total inorganic nitrogen (NH4+-N+NO2- -N+NO3--N) removal of 84.32±1.59% and organic matter (COD) of 53.65±8.48% in the complete process (nitrification-denitrification) with the process under statistical control. The nitrifying activity during the aerobic phase estimated from the determination of the kinetic parameters had mean K1 and K2 values of 0.00381±0.00043 min-1 and 0.00381±0.00043 min-1, respectively. The evaluation of the kinetic behavior of the conversion of nitrogen indicated a possible reduction of CT in the anoxic phase, since removals of NO2--N and NO3--N higher than 90% were obtained with only 1 h of denitrification.

Application of the finite element method in cold forging processes

The demand for more efficient manufacturing processes has been increasing in the last few years. The cold forging process is presented as a possible solution, because it allows the production of parts with a good surface finish and with good mechanical properties. Nevertheless, the cold forming sequence design is very empirical and it is based on the designer experience. The computational modeling of each forming process stage by the finite element method can make the sequence design faster and more efficient, decreasing the use of conventional "trial and error" methods. In this study, the application of a commercial general finite element software - ANSYS - has been applied to model a forming operation. Models have been developed to simulate the ring compression test and to simulate a basic forming operation (upsetting) that is applied in most of the cold forging parts sequences. The simulated upsetting operation is one stage of the automotive starter parts manufacturing process. Experiments have been done to obtain the stress-strain material curve, the material flow during the simulated stage, and the required forming force. These experiments provided results used as numerical model input data and as validation of model results. The comparison between experiments and numerical results confirms the developed methodology potential on die filling prediction.