Investigación sobre el establecimiento de un modelo de partículas unidas para piensos granulados y su aplicación

Por qué importa proteger los pequeños pellets de pienso

En granjas modernas y criaderos de peces, el pienso animal suele presentarse en forma de pequeños pellets compactos que son fáciles de transportar, almacenar y digerir. Pero a medida que estos pellets circulan por tubos, cintas transportadoras y alimentadores, se agrietan y se desmoronan en polvo. Demasiados finos pueden desperdiciar nutrientes caros, perjudicar la salud animal y contaminar el medio ambiente. Este estudio plantea una pregunta aparentemente simple: ¿cómo se rompen exactamente estos pellets —y pueden los modelos por ordenador ayudarnos a diseñar equipos más suaves y pellets más resistentes?

De pellets enteros a grietas ocultas

Los investigadores se centran en pellets para lechones, que son representativos de los productos utilizados en ganadería y acuicultura. Aunque estos pellets parecen sólidos a simple vista, su estructura interna es una masa compactada de diminutas partículas prensadas entre sí. Cuando la maquinaria las aprieta o las golpea, el daño comienza como grietas microscópicas y enlaces rotos entre esas partículas, mucho antes de que el pellet se fracture visiblemente. Dado que es difícil observar directamente ese proceso, los ingenieros recurren cada vez más a herramientas digitales que siguen cada grano diminuto en un experimento virtual.

Construir un gemelo digital de un solo pellet

Para que sus pellets virtuales fueran realistas, el equipo primero midió pellets reales en el laboratorio: su tamaño, peso, densidad, humedad y la fuerza necesaria para aplastarlos en una compresión lenta y unidireccional. Luego recrearon un pellet individual en un software especializado como un conjunto de cientos de pequeñas esferas, cada una unida a sus vecinas por enlaces invisibles. Estos enlaces representan las uniones internas reales del material. Ajustando cuidadosamente unos pocos parámetros clave —cuán rígidos son los enlaces y cuánta fuerza soportan antes de romperse— los investigadores calibraron el modelo por ordenador hasta que su ensayo de compresión simulado coincidiera con las curvas experimentales de fuerza y deformación en aproximadamente un diez por ciento en la mayor parte de la carga. Este paso les proporcionó efectivamente un “gemelo digital” calibrado de un pellet para lechones.

Hacer girar pellets en un banco de impacto virtual

Con su pellet modelo validado, el equipo pasó de la compresión lenta a impactos rápidos, imitando lo que ocurre en los sistemas reales de manipulación de piensos. Construyeron una versión por ordenador de un dispositivo de impacto centrífugo, donde un impulsor giratorio lanza los pellets hacia afuera contra un anillo estacionario. A medida que aumenta la velocidad de giro, también lo hace la velocidad de colisión y la energía entregada a cada pellet. En la simulación, se controlaron los enlaces internos de cada pellet: cuando los enlaces se rompían, el pellet se fracturaba en piezas más grandes y finos. La fracción de enlaces que fallaban proporcionó una medida microscópica del daño, mientras que los investigadores también realizaron ensayos físicos de impacto para pesar el material realmente roto. Entre velocidades de 500 a 1500 revoluciones por minuto, tanto la fracción de enlaces rotos simulada como la pérdida de masa medida aumentaron de forma continua, y se correlacionaron casi a la perfección.

Cómo cambia el patrón de rotura según el ángulo de impacto

El equipo exploró entonces cómo el ángulo con el que los pellets golpean el anillo de impacto influye en el daño. Cuando los pellets impactan de frente, experimentan principalmente compresión frontal; en ángulos más rasantes, reciben más empuje lateral y tienden a girar. Las simulaciones mostraron que la rotura no es simplemente mayor o menor con el ángulo, sino que alcanza un máximo en un ajuste intermedio: alrededor de los 75 grados. A este ángulo, la carga combina componentes frontales y laterales, manteniendo el pellet bajo tensión durante más tiempo y provocando más grietas en su interior. En ángulos más pronunciados o más rasantes, más de la energía de colisión se recupera elásticamente o se convierte en rotación y deslizamiento, lo que produce menos fragmentación.

Qué significa esto para piensos mejores y máquinas más suaves

En términos sencillos, el estudio demuestra que un modelo informático bien calibrado de un solo pellet puede predecir con fidelidad cómo se desmenuzarán los pellets reales en equipos de alta velocidad. Al vincular las fallas internas invisibles de los enlaces con la cantidad visible de rotura, el trabajo ofrece una herramienta práctica para productores de piensos y diseñadores de equipos. Ahora pueden explorar cómo los cambios en la receta del pellet, la humedad o los ajustes de la máquina —como la velocidad del impulsor y el ángulo de impacto— afectarán la durabilidad, sin tener que construir y probar físicamente cada opción. Este tipo de ensayos virtuales puede orientar el diseño de pellets más resistentes y sistemas de manipulación más respetuosos, reduciendo residuos y mejorando la eficiencia y sostenibilidad de la producción animal.

Cita: Liu, Z., Kong, X., Wang, W. et al. Research on establishment of bonded particle model for pellet feed and its application. Sci Rep 16, 13224 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43893-y

Palabras clave: rotura de piensos en pellets, modelado de elementos discretos, ensayo de impacto centrífugo, materiales granulares, ingeniería de piensos animales