Avaliação da pressão interna em silos de armazenamento a partir do método de elementos discretos

Abstract

Silos são estruturas utilizadas para o armazenamento de material granular promovendo uma economia de espaço físico, mão-de-obra e custo de transporte ao mesmo tempo em que retardam a degradação do material neles armazenado. Por mais que possuam geometrias simples, os silos de armazenamento apresentam uma frequência de falha muito maior do que quaisquer outras estruturas industriais. Um dos fatores que levam a isso está na dificuldade em determinar as pressões internas nos silos e, por conseguinte, em dimensioná-los corretamente. Normas internacionais e métodos analíticos de cálculo apresentam grande grau de incerteza, bem como limitações geométricas, impossibilitando sua utilização em silos com geometrias mais complexas. Na busca de uma metodologia mais precisa e versátil, propõe-se a utilização do método de elementos discretos para calcular a pressão interna em silos de armazenamento, um método de cálculo numérico utilizado para a avaliação do comportamento de materiais particulados. Para tanto, foi feito a comparação entre valores de pressão obtidos de forma experimental, numérica, analítica e através da norma EN 1991 – 4: Actions on Silos. Foram avaliados três silos de geometrias distintas para o armazenamento de grãos de soja - o método de elementos discretos se apresentou o mais preciso na maioria dos casos avaliados. Por fim, foi apresentado um exemplo de geometria de silo não prevista em norma, demonstrando a flexibilidade e representatividade do método de elementos discretos.

Silos are structures used to store granular material, promoting savings in physical space, labor and transport costs while delaying the degradation of the material stored in them. However, even though they have simple geometries, storage silos have a much higher frequency of failure than any other industrial structure. One factor that leads to this is the difficulty in determining the internal pressures in the silos and, therefore, in sizing them correctly. International standards and analytical calculation methods present a high uncertainty and geometric limitations, making it impossible to use them in silos with more complex geometries. In search of a more precise and versatile methodology, it is proposed to use the discrete element method to calculate the internal pressure in storage silos, a numerical calculation method used to evaluate the behavior of particulate materials. Therefore, a comparison was performed between pressure values obtained experimentally, numerically, analytically, and through the standard EN 1991 – 4: Actions on Silos. Three silos with different geometries of soybean grains were evaluated, and the discrete element method was the most accurate in the most of the evaluated cases. Finally, an example of a silo geometry not provided for in regulations was presented, demonstrating the flexibility and representativeness of the discrete element method.