Simulaciones del proceso de limpieza de la máquina aerodinámica limpiadora de trigo mediante acoples DEM-CFD

Abstract

Existe una falta de estudios fundamentales por el estado del arte numérico computacional y sus aplicaciones en la ingeniería moderna; como es el caso de las simulaciones acopladas entre de DEM “método de elementos discretos” y CFD “dinámica de fluidos computacionales”, las cuales explican la teoría y el aspecto técnico de una máquina aerodinámica limpiadora de cereales. En este sentido se realizaron tres simulaciones DEM-CFD con estrategia unidireccional entre Rocky-DEM y ANSYS Fluent, respectivamente, con el fin de entender el comportamiento aerodinámico del trigo y la broza durante el proceso de limpieza de la máquina para tres flujos de aire direccionados 0°, 22.5° y 45° con respecto a la horizontal y una razón de alimentación de 1 t/h en una relación de 80% trigo y 20 % broza (relación después del proceso de trillado). Para la realización de estas se inició en primer lugar la simulación CFD, la cual fue configurada con una velocidad del flujo de aire de 7.5 m/s (velocidad terminal del trigo) y un diámetro hidráulico para el área de entrada de 0.25 m y un tamaño de celda de 20 mm (tetraedros). Estas soluciones CFD se importaron en Rocky DEM, en donde, se configuro las propiedades físicas de las partículas, para el caso del trigo fue configurada con una densidad y modulo elástico de 790 kg/m³ y 450 MPa, respectivamente, y por el otro lado, la broza fue configurada con una densidad y modulo elástico de 200 kg/m³ y 4.5 GPa, respectivamente. Los resultados de las velocidades traslacionales de las partículas de trigo y broza para las 3 direcciones estuvieron en el rango de 1.6-2.5 m/s y 3-4.5 m/s, respectivamente. Por otro lado, los desplazamientos finales de las partículas de trigo estuvieron en el rango de 0.2 a 0.6 m, mientras que la broza en el rango de 0.5 a 1.5 m. Finalmente, se realizó el método PIV para las pruebas experimentales en un banco de prueba a escala con el fin de comparar los resultados con una simulación DEM-CFD unidireccional bajo las mismas condiciones de operación y diseño, y el margen de error en función al desplazamiento final del trigo y la broza fueron de 5% y 8%, respectivamente.