Proposição de uma metodologia preditiva para avaliação do efeito caking em diferentes tipos de açúcares comerciais

Abstract

Este trabalho apresenta os resultados preliminares de uma metodologia experimental alternativa em desenvolvimento para se prever o efeito caking comumente observados em materiais particulados durante o seu período de armazenamento. Tal metodologia se fundamenta em: 1) princípio da superação da tensão de cisalhamento máxima para promover o movimento das partículas num leito particulado consolidado; 2) que essa tensão máxima é função das propriedades físicas e da natureza química das partículas que constituem o leito; 3) que a técnica de prorating é uma técnica comprovada e frequentemente utilizada nos ensaios de cisalhamento para correções de possíveis desvios; 4) que a tensão de cisalhamento estática é dependente do tempo de contato das partículas, cujo comportamento pode ser descrito pelo modelo de fricção sólida de Dieterich-Rice-Ruina. Essa metodologia preditiva visa ao estudo da evolução do coeficiente de fricção estático com o tempo, por meio de ensaios de cisalhamento do tipo stop-and-go, segundo o modelo de Dieterich-Rice-Ruina. Posteriormente, o incremento na tensão de cisalhamento em função do tempo é aplicado na técnica de prorating, para, a partir de um plano de ruptura instantâneo, estimar o plano de ruptura temporal. Foram realizados testes com quatro tipos de açúcares comerciais, para os quais os valores dos planos de ruptura temporais, obtidos experimentalmente, e dos planos teóricos, estimados segundo o método preditivo proposto, se mostraram inicialmente satisfatórios para os curtos períodos de tempo ensaiados neste estudo preliminar, podendo ser ampliado para períodos maiores.

This paper presents preliminary results of an alternative experimental methodology under development to predict the caking effect often observed in bulk solids after time storage. This methodology is based on 1) the principle that the particle is sheared after the shear stress overcome a maximum value; 2) the maximum shear stress depends on the particles physical properties and their chemical nature; 3) Prorating is a well-known and often used empirical procedure to minimize the scatter at shear tests; and 4) that the static friction coefficient depends on particle-particle contact time and could be described by the phenomenological state-and-rate model formulated by Dieterich, Rice, and Ruina. The proposed methodology aims to evaluate the increasing of the static coefficient of friction with rest time, through “stop-and-go” shear experiments and according to Dieterich, Rice and Ruina model. Finally, the increase in shear stress with time is used to extrapolate the instantaneous yield locus into a predicted time yield locus, using the prorating technique We tested four types of commercial sugar and the results of time yield locus, obtained from experiments, have seemed similar to those predicted using the proposed methodology. We obtained satisfactory results for the short rest times tested in this preliminary study, which could be extended to long periods.