Caracterización del flujo de descarga de un silo modelo con un obstáculo móvil

A.Y. SIRUR FLORES; BENITO, J.G.; UÑAC, R.O.; VIDALES, A.M.

Congreso; 108 Reunion de la Asociacion de Fisica Argentina; 2023

AFA

El diseño adecuado de silos y tolvas para controlar su flujo de descarga en funcióndel tipo de grano utilizado es un tema de gran interés, tanto para las industrias(alimentaria, farmacéutica, vial, minera, nuclear, entre otras) como para la teoríade la física básica del problema. Los principales inconvenientes que dificultan elflujo estable de descarga son las formaciones de arcos de partículas permanentesy transitorios en el orificio de salida del silo, los cuales producen atascos yfluctuaciones del flujo, respectivamente. En particular, es sabido que una manerade reducir la aparición de estos fenómenos es utilizando obstáculos fijos cerca dela salida del silo. La mayoría de los estudios teóricos y experimentales realizadoshasta ahora se centran en cómo dichos obstáculos afectan el flujo de descarga delsilo en un régimen con atascos [1-5]. Además, muy pocos trabajos investigan elefecto de un obstáculo en un régimen de flujo continuo (sin atascos) y, a su vez,utilizan silos 2D con partículas en forma de discos o esferas [6,7]. Sin embargo, nohay investigaciones con granos no esféricos en ese régimen.Por lo anterior, en este trabajo (realizado como Trabajo Especial para laLicenciatura en Física del autor) se estudia por primera vez, de forma experimentaly teórica, el efecto de un obstáculo móvil en el flujo continuo de descarga delentejas desde un silo modelo cuasi-2D de sección transversal rectangular y fondoplano. Dicho obstáculo consiste en una esfera de madera que puede pendularmediante una cuerda de masa despreciable. El estudio se enfoca en analizar elflujo medio de descarga, sus fluctuaciones respecto al valor medio y las velocidadesde los granos al variar tanto el ancho de la abertura de salida del silo como laaltura del obstáculo en su interior. Adicionalmente, en este trabajo se desarrollaun modelo teórico de aproximación para predecir el flujo medio de descarga delsilo modelo con un obstáculo.Los resultados experimentales muestran que, para cada abertura de salida,existe una altura óptima en donde el flujo se maximiza y es mayor al flujo delsilo sin el obstáculo. Además, el proceso de descarga en presencia del obstáculoes dominado por el ancho de los canales laterales (formados debido a la presenciade este) y por el tamaño de la abertura de salida del silo. El análisis de lasfluctuaciones del flujo evidencia que, tanto el efecto del obstáculo en las cercaníasde la salida como una menor abertura, provocan una menor correlación en el flujode salida y un menor valor del flujo medio. El análisis de la velocidad de los granosmuestra que la presencia de un obstáculo cerca de la salida del silo aumenta lavelocidad de las partículas en los canales laterales, pero existe un compromisoentre el tamaño de estos canales y el ancho de la salida que controla el valor delflujo medio y la densidad de partículas en esa zona. Este efecto respalda el rangode validez del modelo teórico propuesto en este trabajo.Con fines comparativos, también se realizaron mediciones con un obstáculofijo para algunas configuraciones de salida del silo y del obstáculo. Los resultadosson muy similares y permiten inferir que el efecto del movimiento del obstáculono impacta significativamente en los valores del flujo ni sus fluctuaciones. Noobstante, el modelo teórico se ajusta mejor a los datos experimentales para elcaso fijo. Además, a los efectos de la aplicación del sistema de obstáculos en laindustria, se concluye que el obstáculo móvil contribuye a facilitar el diseño delas experiencias y resulta mucho más práctico y versátil que el caso fijo.Referencias:[1] I. Zuriguel et al., Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 278001.[2] C. Lozano et al., Phys. Rev. E. 86 (2012) 031306.[3] C. Lozano et al., AIP Conference Proceedings 1542, 698 (2013).[4] I. Zuriguel et al., Sci Rep. 4 (2014) 7324.[5] K. Endo et al., Phys. Rev. Fluids. 2 (2017) 094302.[6] F. Alonso-Marroquin et al., Phys. Rev. E. 85 (2012) 020301.[7] S. Laidaoui et al., Mechanics & Industry. 21 (2020) 516.