Dinámica granular desde la mecánica del continuo. Análisis numérico, experimental y aplicaciones industriales

Resumen

En este trabajo, se reportan los resultados numéricos y experimentales en el estudio de la descarga de silos y tolvas. Utilizando una medición experimental doble, mediante mediciones de la distancia de la superficie libre y masa frente al tiempo, hemos medido el caudal másico y volumétrico. Tras ello, hemos analizado, mediante técnicas numéricas de Dinámica de Fluidos Computacional, la respuesta de nuestro sistema utilizando una modelización basada en la Teoría Cinética de Flujos Granulares, complementada con criterios de mecánica de suelos cuando debe intervenir la fricción. Primero, se ha calibrado el modelo numérico mediante un modelo simplificado axisimétrico. Seguidamente, se han comparado los resultados reales y numéricos en modelizaciones puramente 3D, del caudal másico, obteniendo una gran concordancia entre ellos. Ello ha permitido extraer, con mucha confianza, datos sobre los campos de densidad, velocidad, aceleración y tensión en todo el dominio estudiado. El análisis se ha centrado en los perfiles de velocidad y densidad en la descarga, examinando su escala y forma y justificando la generalización en 3D de una expresión general para el cálculo del caudal másico. Incluso en detalles ínfimos, se han obtenido pruebas de la robustez de los resultados. Finalmente, se propone una metodología para la aplicación industrial de esta técnica.