CFD STUDY OF AN EXTRACTOR FOR A COPPER SMELTER

PROJECT DETAILS

Client: ANIVI Date: 2026 Simulation technology: CFD

INTRODUCTION

The aim of this project was to study the operation of an extraction system coupled to a copper smelting furnace in order to validate its performance and assess its influence on the system. To this end, we characterised the flow behaviour by comparing the velocity field, the temperature distribution inside the equipment, the regions most susceptible to particle impacts, and the outlet mass flow rate with the experimental measurements provided. To carry out this analysis, Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations were used, requiring compressible flow models in which the calculation of diffusive species, heat sinks and the mass-based particle module were activated, without an active DEM for contacts. The software used for the project is ScFlow, from MSC Cradle.

MODELOS CFD

En este caso partimos de las dos geometrías de detalle -una para cada altura de la campana a estudiar- del sistema y sus componentes y generamos unos modelos adaptados para el estudio del flujo que permitieran estudiar las regiones de interés y redujeran los requisitos de mallado en zonas menos relevantes. Tras ello, configuramos los modelos CFD teniendo en cuenta el caudal de entrada y de salida, así como las condiciones de funcionamiento y la granulometría y densidad de las cenizas. Finalmente, escogimos un mallado que nos permitiera captar pequeñas variaciones del flujo con el nivel de detalle requerido para validar la metodología propuesta. En la siguiente imagen se observa una vista global del mallado utilizado:

ESTUDIO MEDIANTE SIMULACIÓN CFD

Tras definir los modelos, podemos calcular los diferentes casos de estudio resolviendo numéricamente las ecuaciones que definen el movimiento de los gases para flujo compresible y turbulencia en análisis transitorio. El efecto de la pulverización se modela mediante una región donde se produce la generación de vapor y otra que actúa como sumidero de calor según los datos de entrada que permiten correlar los resultados con los datos observados experimentalmente. Evaluamos en primer lugar los criterios de convergencia monitorizando los residuos y la estabilidad de los parámetros a estudio, especialmente las velocidades y los balances de masas. Una vez evaluados, se verifica que los mapas de velocidades y la distribución del caudal se ajusten a los datos experimentales proporcionados para cada simulación. En la siguiente imagen se muestran las líneas de corriente graficando la temperatura de una de las configuraciones estudiadas: