La simulación de compactación es el modelado de materia granular cuando se comprime hasta alcanzar un estado denso, lo que se logra mediante la reducción del espacio vacío. El término también se utiliza comúnmente para referirse a la compactación mediante un simulador de compactación. Se trata de una prensa servocontrolada programable de alto rendimiento para simular prensas de producción, normalmente en las industrias farmacéutica, de catalizadores, de baterías y de imanes.
El proceso de compactación consta de tres etapas: llenado, compactación y expulsión. Durante el proceso de compactación, si la presión de carga aumenta de forma continua, el conjunto de polvo experimentará tres etapas. En primer lugar, las partículas llenan los huecos y establecen contactos con las partículas adyacentes. Esta etapa se denomina etapa de reorganización. Una vez que se han establecido la mayoría de los contactos, comienza la compactación inicial. Se produce la deformación elástica y la deformación plástica y la presión de carga aumenta bruscamente. La tercera etapa es la rotura, en la que las partículas se rompen en fragmentos.
El método de elementos discretos (DEM) es un modelo numérico explícito capaz de rastrear el movimiento y la interacción de partículas modeladas individuales. [1] DEM ha mejorado rápidamente nuestra comprensión del sistema granular al producir predicciones cuantitativas en lugar de solo descripciones cualitativas, aumentó nuestra comprensión de los conjuntos de partículas al proporcionar información tanto microscópica como macroscópica. [2] [3] Se ha demostrado que DEM tiene un gran potencial en tareas e industrias científicas, [4] [5] incluidas la ingeniería química y mecánica, la industria alimentaria, las geociencias y la agricultura.
El movimiento de traslación y rotación de cada partícula se puede calcular mediante la segunda ley de movimiento de Newton . Las fuerzas involucradas son normalmente la gravedad de la partícula y las fuerzas de contacto entre partículas, incluidas la fuerza normal y la tangencial. Otras fuerzas son la fuerza de van der Waals y la fuerza capilar para sistemas de partículas finas y húmedas respectivamente.
Todo el proceso de simulación incluye compactación y rotura, y comprende cuatro etapas: empaquetamiento, compactación, relajación y trituración. Al comienzo de la etapa de empaquetamiento, las partículas modeladas se generaron aleatoriamente en un espacio cuadrado y se dejaron caer por gravedad con una pequeña velocidad inicial para formar un empaquetamiento. No hay superposiciones entre las partículas y las paredes. Luego, el lecho de empaquetamiento se comprime mediante un plano modelado a baja velocidad, la mayoría de las veces, se establece en 10 d/s. Cuando la densidad compacta alcanza el valor establecido, por ejemplo 0,75, el proceso de carga se detiene y el plano sube a la velocidad de 5 d/s. La etapa de compactación finaliza cuando el plano superior deja la partícula más alta. En la investigación reciente, se utilizan límites periódicos durante las etapas de empaquetamiento y compactación para excluir el efecto de la pared.