Técnicas de optimización basadas en elementos finitos para el diseño del flujo de fluidos en lechos porosos. Aplicación a la aireación de granos de amaranto

A.M. PAGANO; R.H. MASCHERONI

Mar del Plata

Congreso; VI CONGRESO ARGENTINO DE INGENIERÍA QUÍMICA; 2010

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

El flujo de fluidos en lechos porosos es un fenómeno típicamente involucrado en operaciones de postcosecha de granos como la aireación y el secado en lecho fijo cuya finalidad es conservar la calidad del producto. Para optimizar el diseño de los equipos necesarios para estas operaciones de acondicionamiento, un parámetro fundamental es la resistencia al flujo de aire que ofrecen los materiales particulados. En este trabajo se desarrolló un modelo en elementos finitos (MEF) para estimar la resistencia al flujo de aire de granos de amaranto como una resistencia distribuida en el lecho poroso que se corresponde con su permeabilidad intrínseca. Se aplicó una técnica de optimización disponible en el programa comercial ANSYS® que permitió determinar la permeabilidad del lecho granular para diferentes empaques y velocidades de flujo de aire en el rango 0.034-0.109 m3/s-m2. Mediante un ensayo experimental en planta piloto se convalidaron los resultados del modelo de simulación. Los resultados predichos por el modelo MEF se compararon también con las predicciones de ecuaciones matemáticas clásicas de la bibliografía (Shedd, Hukill-Ives, Ergun), presentando el método numérico el mayor grado de concordancia con los datos observados. La resistencia al flujo de aire predicha por el MEF estuvo en el rango 94.421-351.934 Pa/m; el error relativo de las simulaciones varió entre 0.01 y 0.24%, con un valor medio de 0.06%. La permeabilidad intrínseca del lecho resultó entre 7.693x10-10 y 9.142x10-10 m2, pudiéndose correlacionarla con la velocidad de flujo de aire a través de una relación polinómica de segundo grado. -10 y 9.142x10-10 m2, pudiéndose correlacionarla con la velocidad de flujo de aire a través de una relación polinómica de segundo grado. matemáticas clásicas de la bibliografía (Shedd, Hukill-Ives, Ergun), presentando el método numérico el mayor grado de concordancia con los datos observados. La resistencia al flujo de aire predicha por el MEF estuvo en el rango 94.421-351.934 Pa/m; el error relativo de las simulaciones varió entre 0.01 y 0.24%, con un valor medio de 0.06%. La permeabilidad intrínseca del lecho resultó entre 7.693x10-10 y 9.142x10-10 m2, pudiéndose correlacionarla con la velocidad de flujo de aire a través de una relación polinómica de segundo grado.