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Title: Solução numérica da equação de difusão em coordenadas cilíndricas e aplicações em processos de secagem.
Other Titles: Numerical solution of the diffusion equation in cylindrical coordinates and applications in drying processes.
Solución numérica de la ecuación de difusión en coordenadas cilíndricas y aplicaciones en procesos de secado.
???metadata.dc.creator???: ARAÚJO, Ivo Dantas de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FRANCO, Célia Maria Rufino.
Keywords: Matemática;Modelagem matemática;Difusão de massa;Mathematics;Mathematical modeling;Mass diffusion;Pine nut drying;Numerical solution;Cylindrical coordinates;Matemáticas;Modelado matemático;Difusión de masa;Secado de piñones;Solución numérica;Secagem de Pinhão;Solução numérica;Coordenadas cilíndricas
Issue Date: 11-Mar-2021
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: ARAÚJO, Ivo Dantas de. Solução numérica da equação de difusão em coordenadas cilíndricas e aplicações em processos de secagem. 2022. 20 fl. (Relatório Final de Estágio Supervisionado), Curso de Licenciatura em Matemática, Centro de Educação e Saúde, Universidade Federal de Campina Grande, Cuité – Paraíba – Brasil, 2022. Disponível em: https://dspace.sti.ufcg.edu.br/jspui/handle/riufcg/42575
???metadata.dc.description.resumo???: Neste trabalho, foi realizado um estudo da Equação de Difusão sob o ponto de vista das aplicações, dando ênfase aos fenômenos de difusão transiente de massa em sólidos com forma geométrica cilíndrica. A solução numérica da Equação de Difusão bidimensional, em coordenadas cilíndricas foi obtida utilizando-se o Método de Volumes Finitos, com uma formulação totalmente implícita. O modelo matemático utilizado pressupõe condição de contorno de terceira espécie e permite que os parâmetros termofísicos sejam considerados constantes ou variáveis. A metodologia foi aplicada para estimar a variação de umidade no interior de sementes de uma árvore bem brasileira, o pinheiro (Araucária angustifólia), durante o processo de secagem contínua e intermitente na temperatura de 70ºC. Resultados experimentais do teor de umidade do pinhão com casca, ao longo do tempo, foram comparados com valores obtidos através da solução da equação diferencial, a fim de validar o modelo. Utilizou-se um código computacional em linguagem Fortran para realização das otimizações/simulações. De acordo com os resultados dos parâmetros estatísticos, o modelo descreve bem as cinéticas de secagem contínua e intermitente de pinhão. O efeito das considerações adotadas quanto à difusividade ser constante ou variável foi observado e o modelo com a adoção do coeficiente de difusão dependente do teor de umidade descreve melhor a cinética de secagem contínua de pinhão na temperatura de 70ºC.
Abstract: In this work, a study of the Diffusion Equation was carried out from the perspective of applications, emphasizing the phenomena of transient mass diffusion in solids with a cylindrical geometric shape. The numerical solution of the two-dimensional Diffusion Equation, in cylindrical coordinates, was obtained using the Finite Volume Method, with a fully implicit formulation. The mathematical model used assumes boundary conditions of the third kind and allows the thermophysical parameters to be considered constant or variable. The methodology was applied to estimate the variation in moisture content inside the seeds of a typical Brazilian tree, the pine (Araucaria angustifolia), during the process of continuous and intermittent drying at a temperature of 70°C. Experimental results of the moisture content of in-shell pine nuts over time were compared with values obtained by solving the differential equation to validate the model. A Fortran computer code was used to perform the optimizations/simulations. According to the results of the statistical parameters, the model describes the kinetics of continuous and intermittent drying of pine nuts well. The effect of the adopted considerations regarding diffusivity being constant or variable was observed, and the model adopting the diffusion coefficient dependent on moisture content better describes the kinetics of continuous drying of pine nuts at a temperature of 70°C.
???metadata.dc.description.resumen???: En este trabajo, se realizó un estudio de la Ecuación de Difusión desde la perspectiva de sus aplicaciones, con énfasis en el fenómeno de difusión transitoria de masa en sólidos con forma geométrica cilíndrica. La solución numérica de la Ecuación de Difusión bidimensional, en coordenadas cilíndricas, se obtuvo mediante el Método de Volumen Finito, con una formulación totalmente implícita. El modelo matemático empleado asume condiciones de contorno de tercer tipo y permite que los parámetros termofísicos se consideren constantes o variables. La metodología se aplicó para estimar la variación del contenido de humedad en las semillas de un árbol típico brasileño, el pino (Araucaria angustifolia), durante el proceso de secado continuo e intermitente a una temperatura de 70 °C. Los resultados experimentales del contenido de humedad del piñón con cáscara a lo largo del tiempo se compararon con los valores obtenidos mediante la solución de la ecuación diferencial para validar la Modelo. Se utilizó un código informático Fortran para realizar las optimizaciones/simulaciones. Según los resultados de los parámetros estadísticos, el modelo describe adecuadamente la cinética de secado continuo e intermitente de los piñones. Se observó el efecto de las consideraciones adoptadas respecto a si la difusividad es constante o variable, y el modelo que adopta el coeficiente de difusión dependiente del contenido de humedad describe mejor la cinética de secado continuo de los piñones a una temperatura de 70 °C.
Keywords: Matemática
Modelagem matemática
Difusão de massa
Mathematics
Mathematical modeling
Mass diffusion
Pine nut drying
Numerical solution
Cylindrical coordinates
Matemáticas
Modelado matemático
Difusión de masa
Secado de piñones
Solución numérica
Secagem de Pinhão
Solução numérica
Coordenadas cilíndricas
???metadata.dc.subject.cnpq???: Matemática
URI: https://dspace.sti.ufcg.edu.br/jspui/handle/riufcg/42575
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