RESUMO Este estudo apresenta um comparativo numérico-experimental de dois tipos de rotores radiais utilizados em um sistema de adubação agrícola a uma rotação de 4000 rpm. Para validação da análise numérica realizaram-se experimentos em uma bancada de testes utilizando um anemômetro de fio quente para as medidas de velocidade e um tubo de Pitot para as tomadas de pressão. Após a validação experimental dos modelos matemáticos dos rotores em bancada foi realizada uma simulação do sistema de aplicação do adubador agrícola para avaliar o comportamento da distribuição de ar ao longo dos bocais de aplicação e comparado aos resultados experimentais. O campo médio turbulento foi obtido com a média de Reynolds (Reynolds Averaged Navier Stokes - RANS) e o modelo de turbulência utilizado para o fechamento do conjunto de equações foi o modelo k-Épsilon. O software da dinâmica computacional do fluido CFX 18.1 foi utilizado para a obtenção das soluções das equações de transporte. Em todos os modelos foram utilizadas malhas não estruturadas tetraédricas geradas pelo software ICEM CFD 18.1. Verificou-se que a metodologia empregada é adequada e apta a reproduzir o comportamento fluidodinâmico do escoamento de ar em sistemas de transporte pneumático de adubadores agrícolas, evitando a necessidade de protótipos.

ABSTRACT This study presents a numerical and experimental comparison of two different types of radial fans used in an agricultural fertilizer spreader at a rotation of 4000 rpm. The numerical analysis was validated through experiments conducted on a test bench using a hot-wire anemometer for velocity measurements and a Pitot tube for pressure readings. A simulation of the agricultural fertilizer spreader was carried out after the experimental validation of the mathematical models of the radial fans on the test bench to evaluate the air distribution behavior along the application nozzles, which was compared to the experimental results. A turbulent mean-field was obtained using the Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) and the k-Epsilon turbulence model was used for two equations. The computational fluid dynamics software CFX 18.1 was used to solve the transport equations. Unstructured tetrahedral meshes generated by the ICEM CFD 18.1 software were used in all models. The applied method is adequate and able to reproduce the fluid-dynamic behavior of airflow in pneumatic systems of agricultural fertilizer spreaders, avoiding the need for prototypes.

RESUMO Neste trabalho apresenta-se um estudo numérico-experimental do comportamento da agitação de fluido em reservatórios de pulverizadores agrícolas. Uma adequada agitação da calda de defensivos agrícolas em um reservatório é muito importante para garantir a homogeneidade da pulverização ao longo de toda a cultura. O objetivo do estudo foi avaliar a viabilidade da utilização de um modelo computacional aplicado ao problema de agitação de calda em reservatórios de pulverizadores agrícolas, e assim, auxiliar no projeto dos mesmos, com economia de tempo e custo. Deste modo, resultados de simulações computacionais de fluidodinâmica (CFD) foram comparados a testes experimentais normalizados. Utilizando um modelo monofásico (água), avaliaram-se os perfis de velocidades e de tensões de cisalhamento na parede do reservatório, a fim de possibilitar a visualização do comportamento do fluido em agitação e relacionar essas variáveis com a concentração de resíduos. A comparação entre resultados experimentais e o modelo computacional desenvolvido mostrou-se viável, indicando que regiões com baixos valores numéricos de tensão de cisalhamento estavam em concordância com as regiões de alta deposição de cobre da solução-teste.

ABSTRACT This paper presents a numerical and experimental study of spray fluid performance with stirring in tanks of agricultural sprayers. The pesticide spray should be stirred properly to ensure spraying homogeneity throughout the entire crop. The aim of this study was to evaluate the feasibility of using computer models in pesticide spray stirring and, thus, reducing operational time and costs. Therefore, results of computer simulations of fluid dynamics (CFD) were compared to standard experimental tests. We evaluated shear stress and speed profiles against tank wall using a monophasic model (water). Thus, we could verify the fluid performance during stirring, and relate these variables with residue concentrations. The comparison between experimental and computational model was feasible since areas with lower numerical values of shear stress were in line with areas with high copper deposition.

An experimental apparatus containing a domestic refrigerator coupled to a vertical hot water storage tank was used for energy recovery. The original condenser of the refrigerator was maintained, but modified with a concentric tubes heat exchanger with countercurrent water and refrigerating gas flows. The coefficient of performance for the heat pump is calculated by the ratio of energy in the heat storage and the electric power consumed by the domestic refrigerator compressor. The results show that the increasing of hydrostatic pressure in the storage tank increases the water flow rate and the coefficient of performance. The proposed device also reduces the heat dissipation to the surroundings. This is more important in small confinements found in low-cost houses.

Se utilizó un aparato experimental formado por un refrigerador doméstico acoplado a un acumulador vertical de agua caliente para la recuperación de energía. El condensador original del refrigerador fue mantenido, pero modificado con un tipo de intercambiador de calor de tubos concéntricos, con el flujo de agua en contracorriente al flujo de gas del refrigerador. El coeficiente de operación de la bomba de calor es calculado por la relación entre la energía captada en el acumulador térmico y la energía eléctrica consumida por el compresor. Los resultados muestran que el incremento de la presión hidrostática en el acumulador térmico aumenta la velocidad de flujo de agua y el coeficiente de operación. El dispositivo diseñado reduce también la disipación de calor para el entorno. Esto es más importante en confinamientos pequeños presentes en las casas de bajo costo.

This work intends to analyze the application and execution time of a numerical algorithm that simulates incompressible and isothermal flows. It was used the explicit scheme of the "Characteristic Based Split" (CBS) algorithm and the "Artificial Compressibility" (AC) scheme for coupling pressure-velocity equations. The discretization was done with the finite element method using a bilinear elements grid. The free software GNU-Octave was used for implementation and execution of routines. The results were analyzed using the classic lid-driven cavity problem. This work shows results for tests with several Reynolds' number. The results for these tests show a good agreement when compared with previous ones obtained from bibliography. The code runtime's analysis shows yet that the matrix's assembly is the part of greater consumption time in the implementation.

Neste trabalho é realizada uma análise da aplicação e do tempo de execução de um algoritmo numérico desenvolvido para a simulação de escoamento isotérmico de fluido incompressível. No código, emprega-se o algoritmo denominado esquema baseado nas características (CBS - characteristic based split), em que é usado o acoplamento da compressibilidade artificial (AC) para as equações da pressão e velocidades. A discretização foi realizada com o método dos elementos finitos, empregando-se uma malha de elementos bilineares. O programa GNU-Octave foi utilizado para implementar e executar as rotinas. Por meio do problema clássico da cavidade recirculante, foram avaliados resultados para diversos valores do número de Reynolds. Esses resultados mostraram boa concordância quando comparados aos disponíveis na literatura. A análise do tempo de execução das rotinas mostrou ainda que a montagem das matrizes é a etapa que exige maior consumo de tempo da implementação.