Estudio experimental del comportamiento de un medio granular en un recipiente sometido a una vibración vertical

Abstract

Los medios granulares son de gran interés en el área de la ingeniería y la industria, siendo el segundo tipo de material más ampliamente trabajado después de los recursos hídricos. Es debido a este interés, sumado al interés científico, que dichos materiales han sido ampliamente estudiados en los últimos 160 años. El estudio de medios granulares comenzó con Hagen a mediados del siglo XIX. Posteriormente, se desarrollaron diversos estudios, tanto numéricos como experimentales, para conocer de mejor manera los fenómenos que ocurren en medios granulares. Estos fenómenos son, entre otros, el flujo convectivo, segregación y formación de atascos de material. Además, se han encontrado trabajos en que se conjugan vibración externa y flujo de salida, obteniéndose relaciones experimentales entre el flujo de salida y ciertas variables de oscilación. Sin embargo, estos estudios consideran una única forma de onda. En este trabajo de título se estudia un sistema que consta de un recipiente de tamaño y geometría invariables, con un orificio de salida en su cara inferior, llenado con un medio granular sometido a un régimen vibracional en dirección vertical. La geometría del recipiente se basa en los silos industriales, existiendo una disminución de sección hacia la parte inferior. Se estudia el comportamiento del medio granular según el régimen de vibraciones empleado, que es variado en su forma de onda, amplitud y frecuencia. Se mide tanto la cantidad de material que sale del recipiente, como los rangos de frecuencias en que ocurre salida de material. El diseño del recipiente es parcialmente realizado en un software CAD, para luego ser fabricado por medio de una impresora 3D. Los materiales granulares utilizados son dos, para efectos de contraste. Los resultados obtenidos comprenden las frecuencias de salida de material, encontradas por medio de barrido; y los tiempos y flujos másicos de vaciado tanto para la porción inferior del recipiente, como para tramos intermedios. Para esta última medición se calcula el flujo másico de salida, dependiente del volumen de cada tramo. Otro fenómeno observado y medido es el flujo convectivo al interior del recipiente, además del comportamiento de una esfera metálica en el material granular. En general, se logra observar los fenómenos conocidos por los antecedentes; obteniéndose relaciones entre los flujos de material y los parámetros de forma de onda, amplitud y frecuencia. Finalmente, se realizan algunas recomendaciones para futuros trabajos.