Estudio del Efecto de la Convección Natural en la Distribución de Temperatura y Migración de Humedad en un Silo Bolsa

Resumen

Cuando el grano es almacenado en un silo bolsa, debido a la variacion de la temperatura ambiente se producen significativos gradientes de temperatura en el lecho. Estos gradientes gobiernan la conveccion natural y el flujo de aire resultante mueve la humedad de una region a otra en el interior del sistema. Mediante un modelo 2D acoplado de momento, energia y materia, (contenido de humedad,) se determina la evolucion de la temperatura y humedad de los granos almacenados en el silo bolsa y la velocidad del aire intergranario a fin de evaluar el efecto de la conveccion natural en el proceso de transporte. Se realizo un estudio de ordenes de magnitud para analizar bajo que condiciones son predominantes los efectos de la conveccion natural sobre la conduccion en un lecho de granos en el sistema silo bolsa. Para esto se calculo el numero de Rayleigh del medio poroso y se obtuvo un valor critico en funcion de la relacion de aspecto tipica de un silo bolsa, las propiedades del lecho de granos y la diferencia de temperatura entre la superficie y base del lecho granos. Los resultados muestran una baja influencia en la conveccion natural cuando esta diferencia es de 10°C. Para diferencias de temperatura mayores a 10°C, lo efectos de la conveccion natural podrian ser significativos tanto para trigo como para soja. El sistema de ecuaciones se implemento en COMSOL Multiphysics 4.3 y se resolvio por el metodo de elementos finitos. Los resultados se compararon con los obtenidos con el modelo difusivo con objetivo de estudiar cuanto modifica la conveccion natural los resultados de la migracion de humedad y temperatura en el lecho. Se analizo el almacenamiento de trigo y soja bajo las condiciones climaticas de las zonas agricolas de Balcarce (clima templado) y Saenz Pena (clima subtropical). El estudio se realizo para las orientaciones N-S y E-O del silo bolsa en el campo, a los efectos de estudiar la influencia de la radiacion solar incidente sobre la superficie de la bolsa. Del estudio realizado se concluye que para las condiciones climaticas extremas de las zonas agricolas analizadas el efecto de la conveccion natural en la redistribucion de humedad no genera focos de deterioro que comprometan la conservacion de los granos almacenados. Cuando el silo bolsa se encuentra orientado N-S existe una simetria con respecto al centro de la misma en los perfiles de temperatura y en la distribucion de las corrientes convectivas, mientras que con la orientacion E-O, la diferencia de temperaturas entre dos puntos a una misma distancia del centro de la bolsa puede variar en 2 y 3°C para trigo y soja respectivamente y las lineas de corriente pierden la simetria.