10th International Scientific Conference on Agricultural Development and Sustainability

10th Symposium of Agricultural Engineering

Title Development of a DEM model for the computational simulation of fog water harvesting

Abstract

Fog water harvesting is an alternative for arid or semi-arid locations as it uses simple elements to harvest fog water and convert it to liquid water. The use of numerical methods such as the Discrete Element Method (DEM) allows the simulation of the trajectory of a fog particle in an air stream and its interaction with a collector net. Taking these aspects into account, the present work aims to develop a 3D model for the computational simulation of fog water harvesting using the discrete element method. For this purpose, a virtual 3D model of the harvester was developed using the drawing tools of the SolidWork 2022 software. This model was imported into Altair 2021 EDEM software, which implemented a discrete element model capable of simulating the displacement of the combined air-water particles present in the fog, which are captured and deposited as water in a reservoir. Finally, experimental validation of the simulation results was carried out. The results allowed the development of a DEM model capable of simulating the fog water capture process, showing a correlation coefficient of 99.9% between the experimental and predicted results, with a mean absolute error EMA=0.025 and a relative absolute error EAR=2.00, which is a measure of the accuracy of the predictions. The parameters with the greatest impact on the predictions were the ambient conditions and the distance between the grid and the particle generator.

Resumen

La cosecha de agua de niebla representa una alternativa para sitios áridos o semiáridos, pues utiliza elementos simples para cosecharla y convertirla en agua líquida. El uso de métodos numéricos como el de elementos discretos (MED) permite simular la trayectoria de una partícula de niebla en una corriente de aire y su interacción con malla captadora. Tomando en cuenta estos aspectos el presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un modelo 3D para la simulación computacional mediante el método de elementos discretos de la cosecha de agua de niebla. Para esto se desarrolló el modelo virtual 3D de la cosechadora con las herramientas de dibujo del software SolidWork 2022. Dicho modelo se importó en el software EDEM Altair 2021, en el cual se implementó un modelo de elementos discretos capaz de simular el desplazamiento de las partículas combinadas de aire-agua presentes en la niebla, las cuales son atrapadas y depositadas como agua en un reservorio. Finalmente se realizó la validación experimental de los resultados de la simulación. Los resultados permitieron el desarrolló un modelo en MED capaz de simular el proceso de captación de agua de niebla, mostrando un coeficiente de correlación del 99,9% entre los resultados experimentales y predichos, con un error medio absoluto EMA=0.025 y un error absoluto relativo EAR=2.00, lo cual es un medidor de la exactitud de las predicciones. Los parámetros de mayor incidencia en las predicciones fueron las condiciones del ambiente y la distancia entre la malla y el generador de partículas.