Aplicaciones del método de los elementos discretos al almacenamiento de materiales granulares en silos y tolvas

Résumé

Los silos son estructuras de almacenamiento ampliamente utilizadas en la industria. Su correcto diseño implica garantizar su seguridad estructural (lo que está ligado a una buena predicción de las presiones actuantes en la pared del silo) y su adecuado funcionamiento dentro del proceso industrial (lo que implica atender a cuestiones relativas al patrón de flujo, la tasa de descarga o a fenómenos de segregación o arqueo). El estudio de estas variables se ha realizado tradicionalmente mediante el empleo de técnicas clásicas, lo que no siempre ha garantizado suficiente precisión. Debido a ello se empezaron a aplicar técnicas más avanzadas (métodos numéricos) en el estudio de silos y tolvas. Una de ellas es método de los elementos discretos (DEM), que está especialmente concebida para el estudio de materiales granulares. En el presente trabajo se emplea el método de los elementos discretos para el estudio del material granular almacenado en silos y tolvas. En concreto, se han desarrollado modelos DEM que permiten la simulación realista del llenado y el vaciado de un silo a escala para dos materiales diferentes: canicas de cristal y granos de maíz. Los valores de los parámetros intervinientes en los modelos fueron determinados mediante ensayos y los modelos fueron validados experimentalmente para asegurar su adecuada representación de la realidad. Adicionalmente, se presenta un extenso análisis de los resultados numéricos obtenidos con objeto de entender en profundidad los diferentes fenómenos producidos durante la carga y descarga de los silos así como para evaluar la influencia de los parámetros de rozamiento en el carácter de dichos resultados. Finalmente, se han analizado las implicaciones de algunas cuestiones procedimentales habitualmente empleadas en la definición de los modelos (distribución del tamaño de partículas, sistema de llenado, nivel de promediado temporal óptimo) con objeto de ofrecer recomendaciones prácticas al respecto.