Investigadores de la Universidad de León analizan el comportamiento de materiales en silos agrícolas

IGC/DICYT Aunque cada vez es más difícil que se rompa un silo agrícola por un error de cálculo de su estructura, es cierto que ésta se suele sobredimensionar, se calcula para resistir fuerzas mayores de las que realmente soporta. La Unión Europea ha empezado a incluir en la normativa la obligación de calcular la estructura de los silos mediante estos métodos de cálculo. En este campo, la Universidad de León y la Universidad Politécnica de Madrid están realizando un proyecto coordinado, financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia, para caracterizar el comportamiento de productos como el trigo o el maíz cuando se almacenan en silos agrícolas.

“Se necesita saber cómo se comportan los materiales desde el punto de vista mecánico para calcular las estructuras de los silos”, resume a DICYT Pedro Aguado, catedrático de Ingeniería Agroforestal de la Universidad de León (ULE) y responsable del grupo de investigación Ingeniería Rural y Medio Ambiente (Inruma). El estudio del empuje del material almacenado en silos agrícolas es la línea de investigación más antigua de este grupo, compuesto por 11 científicos.

Tras colaborar en este campo con el catedrático de la Universidad de Edimburgo Michael Rotter, el grupo trabaja actualmente en un proyecto conjunto con la Universidad Politécnica de Madrid. En León se hacen ensayos de laboratorio para determinar las características de los materiales. “Seguimos sin saber muchas de las características de los materiales agrícolas, cuyo comportamiento varía según las condiciones de almacenamiento”, asegura Aguado.

Características de los materiales

Primero hay que definir las características del grano (peso, geometría, elasticidad, etc.). Los investigadores leoneses pretenden caracterizar el comportamiento del trigo, cebada, maíz, soja, pipa de girasol, harinas, etc., cuando están almacenados en silos. Esto se realiza sometiendo en laboratorio a los materiales a presiones similares a las que se va a encontrar en el silo. Lo último que han estudiado los científicos leoneses han sido las presiones de hinchamiento. “Cuando los materiales se mojan se hinchan, lo cual somete a los silos a una sobrepresión que hay que calcular”, comenta el ingeniero leonés.

Estos datos se utilizan luego para simular en ordenador las condiciones de almacenamiento en un silo agrícola. La simulación se basa en métodos numéricos finitos, algoritmos matemáticos que “consisten en discretizar la materia, es decir, dividirla en partes”, explica Aguado. “Si sabemos cómo se comporta una parte de un elemento y somos capaces de relacionar ese comportamiento con otra parte en la que lo hemos dividido, si finalmente reconstruimos la geometría de ese elemento mediante sus partes sabremos cómo se comporta esa estructura”.

Según Aguado, hasta ahora sólo estaban descritas “algunas características de los materiales que se utilizaban en los métodos tradicionales de cálculo”. El equipo de investigación leonés ha desarrollado modelos de comportamiento estáticos, de llenado y últimamente modelos tridimensionales de descarga. “En el comportamiento del material cuando hay una descarga hay asimetrías, por lo que hay que utilizar modelos tridimensionales”.

Modelos más detallados

Sin embargo, para simular correctamente el comportamiento real de los materiales almacenados y de la estructura del silo, los modelos desarrollados hasta el momento, deben ser completados con otros métodos matemáticos más detallados. La simulación del comportamiento real en cualquier situación sólo se puede conseguir con el método de elementos discretos, que “trata de simular el silo grano a grano”. Para Aguado, la principal limitación de esta nueva técnica es la potencia de los ordenadores actuales. Por eso el futuro Centro de Supercomputación de la Universidad “nos vendrá muy bien”, confía el investigador.

Finalmente se comprueba que las simulaciones se corresponden con lo que pasa en la realidad. Para ello se graba el comportamiento de los granos en un silo modelo ubicado en Madrid. “Que un silo se venga abajo es difícil”, comenta Aguado, “pero sí se están produciendo fallos estructurales. Luego está el problema de la sobredimensión, se podría ajustar más la construcción”. La normativa europea ya dice que determinados silos tienen que calcularse con el método de los elementos finitos.