Abstract:

Se desarrolló y validó un modelo matemático unidimensional para simular el flujo vertical del agua en suelo no saturado. El modelo utiliza la ecuación diferencial parcial de Richards que gobierna el movimiento del agua en suelo, expresada en términos del potencial matricial (capacidad de absorción de agua) como función de la profundidad y el tiempo. Debido a la dificultad de obtener solución analítica de esta ecuación, los métodos numéricos aparecen como la herramienta más eficiente. En la aproximación de la ecuación de Richards se utilizó el método de diferencias finitas, imponiendo condiciones de contorno de Dirichlet en suelo isotrópico y sin pendiente. El dominio fue divido uniformemente y se emplearon cinco mallas diferentes con la siguiente cantidad de nodos: 31, 61, 121, 181 y 241. Los pasos de tiempo utilizados fueron de 1, 5, 10, 20, 30, 50 y 100 s. La aproximación se basó en un esquema modificado del método Crank-Nicolson; además, dentro de cada paso de tiempo se incorporó un proceso iterativo de refinamiento del potencial matricial, que finaliza cuando se cumple la condición de tolerancia impuesta de 10-9 . Se analizaron los resultados a dos tiempos de simulación: 3 y 24 h para obtener el perfil de potencial matricial. El primero se usó para verificar convergencia y estabilidad; el segundo para comparar con resultados de la literatura. Se encontró que la aproximación realizada es convergente, estable y muestra equivalencia con los resultados de la literatura prediciendo la posición del frente húmedo con una exactitud mayor al 1 % y prediciendo los valores de la humedad en la posición del frente húmedo con un error menor al 40% y menor al 0,1 % en las demás posiciones calculadas. Estos valores de error en la posición y humedad del frente húmedo son significativamente menores que los calculados a partir de los valores encontrados en la literatura.

Author affiliation: Martinez, José Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnológico Nordeste. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina

Author affiliation: Schvezov, Carlos Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnológico Nordeste. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina

Author affiliation: Rosenberger, Mario Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnológico Nordeste. Instituto de Materiales de Misiones; Argentina

Abstract:

The interaction of solid particles with a solidifying interface is studied with numerical and analytical models for the drag and pushing forces. The numerical results of the drag force on a spherical particle and planar interface were compared with the forces given by both, the Stokes and modified Stokes equations. The pushing force was calculated employing the Casimir-Lifshitz-van der Waals force. The results show the range and degree of validity of the Stokes and modified Stokes equations for large and small separations. From this, it is shown that the particle-interface separations for steady pushing obtained numerically, for the same particle radius and solidification velocity. In addition, the critical velocities obtained with the present hybrid model are compared with experimental results published in the literature. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Author affiliation: Agaliotis, Eliana Mabel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Cs.exactas Químicas y Naturales. Laboratorio de Programa de Materiales, Modelización y Metrologia; Argentina

Author affiliation: Rosenberger, Mario Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Cs.exactas Químicas y Naturales. Laboratorio de Programa de Materiales, Modelización y Metrologia; Argentina

Author affiliation: Ares, Alicia Esther. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Cs.exactas Químicas y Naturales. Laboratorio de Programa de Materiales, Modelización y Metrologia; Argentina

Author affiliation: Schvezov, Carlos Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Cs.exactas Químicas y Naturales. Laboratorio de Programa de Materiales, Modelización y Metrologia; Argentina