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Título: Comparação entre o método numérico de quarta ordem de Runge-Kutta e a solução analítica da equação diferencial ordenada relativa à lei de resfriamento de Newton, aplicando a linguagem de programação Python: estudo da variação de temperatura de um silo de armazenagem de grão.
Título(s) alternativo(s): Comparison between the fourth-order Runge-Kutta numerical method and the analytical solution of the ordered differential equation related to Newton's law of cooling, applying the Python programming language: study of the temperature variation of a grain storage silo.
Autor(es): Rodrigues, Ester dos Santos
Orientador: Turibus, Sérgio Nolêto
Membro da Banca: Moraes, Paulo Cristiano Queiroz
Membro da Banca: Cantillo, Raibel de Jesus Arias
Data do documento: 2025-07-14
Editor: Universidade Estadual do Maranhão
Resumo: A temperatura e a umidade são fatores determinantes para a preservação da qualidade dos grãos durante o armazenamento. Em silos, o controle rigoroso dessas variáveis é essencial para garantir a integridade do produto final. Este trabalho tem como objetivo geral realizar uma análise comparativa entre a solução analítica e a solução numérica — por meio do método de Runge-Kutta de quarta ordem — da equação diferencial que representa a Lei de Resfriamento de Newton, aplicada ao contexto do resfriamento ou aquecimento de grãos armazenados em silos. Especificamente, busca-se compreender o conceito de Equações Diferenciais Ordinárias (EDOs), modelar o comportamento térmico dos grãos com base na referida lei, desenvolver uma rotina computacional em Python para resolver a equação de forma analítica e numérica, e comparar os resultados por meio de gráficos. Também se objetiva evidenciar a aplicabilidade prática e pedagógica das EDOs em contextos cotidianos, como o resfriamento de alimentos e o armazenamento de grãos. A metodologia adotada envolve a coleta de dados térmicos em silos do grupo de agronegócio Maranata, sua inserção em uma rotina desenvolvida no editor VS Code, e a análise gráfica dos resultados gerados pela simulação computacional.
Resumo: Temperature and humidity are key factors in preserving the quality of grains during storage. In silos, strict control of these variables is essential to ensure the integrity of the final product. This study aims to perform a comparative analysis between the analytical and numerical solutions — using the fourth-order Runge-Kutta method — of the differential equation representing Newton’s Law of Cooling, applied to the context of heating or cooling grains stored in silos. Specifically, the objectives include understanding the concept of Ordinary Differential Equations (ODEs), modeling the thermal behavior of grains based on Newton’s Law, developing a Python-based computational routine to solve the equation analytically and numerically, and comparing the results through graphical analysis. The study also seeks to highlight the practical and pedagogical applicability of ODEs in everyday contexts, such as food cooling and grain storage. The methodology involves collecting thermal data from silos operated by the Maranata agribusiness group, processing the data in a custom routine developed in the VS Code editor, and analyzing the results through simulation-generated graphs.
Palavras-chave: Método de Runge-Kutta de quarta ordem
Runge-Kutta
Lei de resfriamento de Newton
Armazenagem de grãos
Python - linguagem de programação
Silos - controle de temperatura
Equações Diferenciais Ordinárias - EDO
VS Code - editor
Grupo Maranata - agronegócio
Fourth-order Runge-Kutta method
Newton's law of cooling
Grain storage
Python - programming language
Silos - temperature control
Ordinary Differential Equations - ODE
Maranata Group - agribusiness
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