3 Metode og fremgangsmåte
4.3 Analyse av samspillet mellom Aftenpostens innramming og DNBs respons
4.3.4 Fase 4 – DNB slutter å svare
Para o estudo do fenômeno de segregação radial e axial (mistura binária) em um tambor rotatório, foram utilizadas diferentes configurações ou combinações de partículas no intuito de investigar os efeitos da diferença de diâmetro, da diferença de massa específica e da diferença da condição inicial do material no interior do tambor.
Foram realizados, também, experimentos levando-se em conta partículas idênticas (mesmo diâmetro e mesma massa específica), as quais foram diferenciadas apenas pela cor, com o intuito de verificar o efeito do equipamento (tambor rotatório) no processo de mistura e, também, para servir como padrão de comparação com as demais configurações (Tabela 3.1).
Tabela 3.1: Diferentes configurações de partículas utilizadas no estudo da segregação radial e axial em um tambor rotatório.
Configurações Material 1 Material 2 Efeito analisado
M1
Esfera de vidro Esfera de vidro
Efeito do equipamento
d (mm) ρS (kg/m3) d (mm) ρS (kg/m3)
6,35 2460 6,35 2460
M2
Esfera de vidro Esfera de vidro
Efeito do diâmetro
d (mm) ρS (kg/m3) d (mm) ρS (kg/m3)
6,35 2460 1,13 2460
M3
Esfera de vidro Soja
Efeito da massa específica
d (mm) ρS (kg/m3) d (mm) ρS (kg/m3)
6,35 2460 6,39 1164
M4
Esfera de vidro Esfera de vidro
Efeito da condição inicial
d (mm) ρS (kg/m3) d (mm) ρS (kg/m3)
6,35 2460 1,13 2460
Os diferentes esquemas de condições iniciais dos materiais no interior do tambor (no tempo t = 0) investigados são ilustrados na Figura 3.8, sendo que, para as configurações M1, M2 e M3, somente a condição inicial (a) foi utilizada.
Em todos os experimentos envolvendo as diferentes configurações (M1, M2, M3 e M4), as esferas de vidro maiores (6,35 mm), as quais foram pintadas de cor preta para o posterior tratamento de imagens, sempre ocuparam a região de cor preta na Figura 3.8, sendo o movimento do tambor no sentido anti-horário.
Capítulo 3 – Materiais e Métodos
40 Figura 3.8: Esquemas utilizados na análise do efeito da condição inicial das partículas no interior do tambor sobre a segregação radial e axial – (a) esquema de partículas lado-a-lado;
(b) esquema de partículas inferior-superior.
Vale ressaltar que, visto que os efeitos de diferenças de forma e rugosidade superficial são considerados de menor importância, em se tratando do mecanismo de segregação, quando comparados às diferenças de diâmetro e massa específica (Coelho, 2007; Xu et al., 2010), a condição M3 será, aqui, tratada como sendo somente uma análise do efeito da massa específica (as diferenças de diâmetro, forma e rugosidade superficial entre os materiais, nesta configuração, foram consideradas desprezíveis).
Além dos efeitos obtidos pela utilização de diferentes materiais, foram avaliados, também, os efeitos das condições operacionais do tambor rotatório operando no regime de rolamento: velocidades de rotação de 0,59 rad/s (Fr = 0,0038), 1,10 rad/s (Fr = 0,0133) e 1,77
rad/s (Fr = 0,0343) e frações de preenchimento do tambor de 25% e 50% (em uma proporção
de mistura de 1 para 1, para todas as condições).
Para capturar a dinâmica de mistura, uma câmera JVC Full HD1080 foi utilizada. As seguintes etapas foram executadas no tratamento de imagens do plano transversal do tambor (ilustradas na Figura 3.9):
Etapa I: Primeiramente a câmera foi posicionada em frente à parede frontal do tambor, a fim de capturar o movimento transversal do material e, desta forma, avaliar a segregação radial. Foi utilizado um tempo de gravação de 20 min para cada condição experimental. Após o término de cada condição, o tambor foi parado e fotos foram tiradas da superfície do material particulado (ao longo do tambor) com o intuito de avaliar a segregação axial;
Capítulo 3 – Materiais e Métodos
41
Etapa II: Com o propósito de empregar um tratamento de imagens, frames ou quadros foram extraídos de cada vídeo utilizando o software ImageGrab (disponibilizado gratuitamente em http://paul.glagla.free.fr/ImageGrab_en.htm). Desta forma foi possível obter fotos dos perfis de mistura transversais em cada tempo desejado ao longo de todo o processo;
Etapa III: As imagens foram então convertidas para 8 bits (em uma escala de cinza com níveis de 0 a 255) e “filtradas”, com o intuito de se obter apenas pixels que condiziam à cor preta e branca, através do software ImageJ (disponibilizado gratuitamente em http://imagej.nih.gov/ij);
Etapa IV: Cada foto, após o devido tratamento descrito na Etapa III, foi divida em várias células (uso do gradeamento) e um adequado índice de mistura foi aplicado a fim de se obter uma análise quantitativa do grau de mistura ou segregação ao longo do tempo, para cada configuração disposta na Tabela 3.1.
Figura 3.9: Diferentes etapas utilizadas no tratamento de imagens para o estudo de mistura e segregação em um tambor rotatório.
Capítulo 3 – Materiais e Métodos
42 As concentrações dos pixels pretos em todas as células de mistura (Etapa IV da Figura 3.9) foram calculadas, e a intensidade ou índice de segregação (IS), o qual é definido como o
desvio padrão das concentrações, foi determinado como a seguir (Chou et al., 2010):
2 1 1 N médio i S C C I N
(3.4)sendo C, Cmédio e N a concentração local de pixels pretos (em cada célula), a
concentração média de pixels pretos, levando em consideração todas as células ocupadas pelas partículas, e o número total de células ocupadas pelas partículas, respectivamente.
Os valores do índice de segregação (IS) variam de 0, no caso em que as partículas se
encontram completamente misturadas, e 0,5, no caso de uma completa segregação (para uma mistura binária na proporção de 1 para 1).
De acordo com Huang e Kuo (2012), por um lado, as células de mistura devem ser grandes o suficiente para alcançar a escala de escrutínio adequada e, por outro lado, pequenas o suficiente para revelar as informações locais do grau de mistura.
Vários tamanhos de células de mistura foram testados a priori, a fim de avaliar o efeito do tamanho da célula na determinação do índice de segregação (IS) e, desta forma, definir um
tamanho adequado para a realização do tratamento de imagens (apresentado como resultado no Capítulo 4).
3.3 Metodologia numérica