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

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

San Rafael

Taller; XX Taller Regional de Física Estadística y Aplicaciones a la materia Condensada ? TREFEMAC 2023; 2023

El adecuado diseño de silos y tolvas para el control del flujo en función del tipo de grano empleado es un tema de gran interés industrial y, además, presenta aún numerosos interrogantes por responder desde la física básica. En el caso de uso de insertos u obstáculos para el control de atascos y optimización del flujo, la mayoría de los estudios teóricos y experimentales previos se centran en el efecto de un obstáculo fijo en el flujo de descarga de un silo con partículas esféricas (o discos) en un régimen con atascos [1-5]. Hay muy pocos trabajos previos dedicados a la investigación del efecto de un obstáculo en un régimen de flujo continuo. Estos últimos consisten en estudios realizados en silos 2D con partículas en formas de discos o esferas [6,7]. Sin embargo, no hay estudios con granos no esféricos sobre dicho régimen.En este trabajo se estudia experimentalmente el efecto de un obstáculo móvil en el flujo continuo de descarga de lentejas de un silo modelo cuasi-2D (con fondo plano), cuyo espesor es aproximadamente 12 veces el tamaño de las partículas. El estudio consiste principalmente en el análisis del flujo medio y las fluctuaciones del flujo respecto a su valor medio al variar tanto el tamaño de la abertura de salida (D) del silo como la altura (h) de obstáculo en su interior.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 del silo sin el obstáculo. Por medio de un análisis de Fourier de las fluctuaciones del flujo, se detectó una frecuencia característica para los casos en donde D y/o h son pequeños. Por otra parte, los resultados muestran que, tanto el efecto del obstáculo en las cercanías de la salida como una menor abertura provocan una menor correlación en el flujo de salida y un menor valor del flujo medio. Por el contrario, a mayor zona de flujo altamente correlacionado (ruido browniano), el valor del flujo de salida es mayor. En particular, cuando el obstáculo se encuentra a la altura óptima, el flujo se vuelve más correlacionado que cuando no existe ningún obstáculo en el silo. Adicionalmente, se realizó un análisisestadístico de cada una de las señales, encontrándose que el obstáculo móvil tiene la capacidad de disminuir la dispersión relativa de las fluctuaciones para D pequeños.Con fines comparativos, también se realizaron mediciones con un obstáculo fijo para algunas configuraciones de salida del silo y del obstáculo. Los resultados permiten inferir que el efecto del movimiento del obstáculo no afecta los valores del flujo ni sus fluctuaciones. Sin embargo, el obstáculo móvil contribuye a facilitar el diseño de las experiencias y resulta mucho más práctico y versátil a los efectos de la aplicación del sistema de obstáculo en la industria.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.