Análise do escoamento do vento em estufas agrícolas por meio de simulação CFD : estudo de caso no campus da UFPR em Jandaia do Sul

Abstract

Resumo: O presente trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento doescoamento do vento sobre um conjunto de estufas agrícolas a serem implantadas naárea experimental da Universidade Federal do Paraná, campus de Jandaia do Sul,por meio de simulações de fluidodinâmica computacional (CFD). A região apresentahistórico de colapsos em estruturas similares, evidenciando a necessidade de estudosprévios para garantir maior segurança e eficiência no projeto. As estufas agrícolas, aocombinarem estruturas leves e coberturas flexíveis, como o polietileno de baixadensidade (PEBD), são particularmente suscetíveis à ação dos ventos, o que podegerar esforços de sucção, turbulências e zonas críticas de pressão capazes decomprometer a integridade da construção. A metodologia consistiu na modelagemtridimensional das estufas utilizando o software Autodesk Inventor, seguida daexportação do modelo para o ambiente de simulação Autodesk CFD. O conjuntoanalisado é composto por duas estufas conjugadas, sendo uma parcialmente cobertae outra totalmente fechada, além de uma antecâmara anexa para abrigarequipamentos. As simulações consideraram uma velocidade característica do ventode 40,13 m/s, definida com base na NBR 6123 e nas características topográficas e derugosidade do terreno local. Para a avaliação do desempenho estrutural, foramconsideradas duas posições distintas de incidência do vento em relação às estufas:na Posição 1, o vento incide lateralmente sobre as estufas, e na Posição 2, o ventoatinge diretamente a face frontal da antecâmara e da estufa totalmente coberta. Osresultados indicaram que a configuração da Posição 2 apresenta melhor desempenhoaerodinâmico, com menores regiões de sucção e menor geração de vórtices e zonasde turbulência, o que reduz o risco de falhas estruturais. Já na Posição 1, apesar defavorecer a ventilação natural, foram observados elevados esforços de sucção nascoberturas e maior instabilidade no escoamento do ar, o que pode comprometer asegurança da estrutura, principalmente nas regiões de cumeeira e nas coberturasflexíveis. Conclui-se que o posicionamento das estufas em conformidade com aPosição 2 é a alternativa mais adequada para a implantação do projeto, promovendomaior segurança estrutural frente à ação dos ventos e contribuindo para a longevidadedas instalações. Além disso, o estudo reforça a importância da utilização desimulações computacionais no planejamento de estruturas agrícolas, permitindo aidentificação de cenários críticos e subsidiando a tomada de decisão técnica para oprojeto e construção das estufas

Abstract: This study aimed to evaluate the wind flow behavior over a set of agriculturalgreenhouses to be implemented at the experimental area of the Federal University ofParaná, Jandaia do Sul campus, through computational fluid dynamics (CFD)simulations. The region has a history of structural collapses in similar facilities,highlighting the need for prior studies to ensure greater safety and efficiency in theproject. Agricultural greenhouses, by combining lightweight structures and flexiblecoverings such as low-density polyethylene (LDPE), are particularly susceptible towind action, which can generate suction forces, turbulence, and critical pressure zonescapable of compromising structural integrity. The methodology involved the threedimensionalmodeling of the greenhouses using Autodesk Inventor software, followedby exporting the model to the CFD simulation environment. The analyzed set consistsof two connected greenhouses, one partially covered and the other completelyenclosed, as well as an antechamber for housing equipment. The simulationsconsidered a characteristic wind speed of 40.13 m/s, defined based on the Brazilianstandard NBR 6123 and the region's topographic and terrain roughnesscharacteristics. To assess the structural performance, two different wind incidencepositions relative to the greenhouses were considered: in Position 1, the wind strikeslaterally, and in Position 2, the wind hits the front face of the antechamber and the fullyenclosed greenhouse. The results indicated that Position 2 configuration offers betteraerodynamic performance, with lower suction regions and reduced vortex formationand turbulence zones, which decreases the risk of structural failures. In Position 1,although natural ventilation is enhanced, higher suction forces were observed on thecoverings and greater airflow instability, potentially compromising structural safety,especially near the ridge and flexible coverings. It is concluded that positioning thegreenhouses according to Position 2 is the most suitable alternative for projectimplementation, providing greater structural safety against wind action and contributingto the durability of the facilities. Furthermore, the study reinforces the importance ofusing computational simulations in the planning of agricultural structures, enabling theidentification of critical scenarios and supporting technical decision-making for thedesign and construction of greenhouses