Simulação do empilhamento e retomada de granéis por autômatos celulares.

Abstract

Materiais granulares detêm uma fenomenologia muito rica e contra-intuitiva, qualidade característica dos sistemas complexos, no qual a influência de pequenas interações entre inúmeros elementos reflete em comportamentos macroscópicos distintos. A segregação granulométrica é um efeito indesejado em indústrias que manuseiam materiais granulares, por alterar as características locais do material durante a sua estocagem, e em seu transporte. O propósito deste trabalho é investigar os efeitos da segregação granulométrica em operações presentes na indústria mineral, que consistem no exemplo da alimentação pontual de uma pilha de estoque cônica, e a sua subsequente retomada por gravidade pela base. Para isso, um modelo de autômatos celulares 2D, é desenvolvido a fim de recriar os comportamentos decorrentes do efeito da segregação granulométrica, durante a construção da pilha, e durante o fluxo gravitacional de material. Autômatos celulares, ou AC, é uma técnica de simulação que consiste em células dispostas em uma rede discreta, que interagem localmente a partir de regras simples, e a repetição destas regras em passos de tempo discretos. Para dar suporte aos resultados do modelo computacional, também são realizados experimentos com um modelo físico quasi-bidimensional em escala reduzida, composto por duas placas de vidro paralelas, a fim de investigar visualmente os efeitos da segregação granulométrica em um plano transversal a pilha cônica. Os testes no modelo computacional e no modelo físico, são realizados analisando como diferentes composições iniciais de granulometria do material, fina, intermediária e grosseira, correspondem em sua distribuição na formação da pilha e na saída do material. A tendência geral da segregação é a acumulação de partículas finas sobre o eixo da pilha e partículas grosseiras na base, mas também pode ocorrer a formação de camadas estratificadas de grãos finos, intermediários e grosseiros, repetindo-se em ordem ascendente durante o crescimento da pilha. Por estas razões, durante a descarga inicial de material, há sempre uma granulometria mais fina do que a alimentação correspondente, e ao final da descarga do volume útil, há a convergência das amostras para a composição da alimentação. O modelo de autômatos celulares representou com sucesso o fenômeno da segregação durante o fluxo gravitacional dos grãos, porém apenas captou as características gerais da segregação durante construção da pilha.