En este proyecto hemos estudiado y optimizado el flujo en un equipo industrial de tratamiento de aguas. Para ello hemos utilizado simulaciones de Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) en donde se requerían modelos de flujo turbulento y modelos de simulación multifase aire-agua. El software utilizado para el proyecto es ScFlow, de MSC Cradle.
En esta fase estudiamos la propuesta de equipo inicial. Se dispone de resultados experimentales con un pequeño modelo a escala de laboratorio, donde se han realizado pruebas de eficacia de limpieza en función del caudal de entrada.
En primer lugar, se preparan los modelos CFD del equipo de laboratorio, empleando el mallado y las condiciones de contorno adecuadas, y se lanzan las simulaciones. El postproceso de estos estudios muestra resultados que encajan bien con las medidas experimentales, con lo que la metodología queda validada.
Tras ello se procede al estudio del equipo a escala industrial. Para ello mantenemos la densidad de malla empleada en los modelos anteriores, y realizamos los estudios CFD. Los campos de velocidades obtenidos permiten identificar regiones a mejorar teniendo en cuenta la información del estudio a escala de laboratorio, con lo que se requiere de una optimización del diseño.
En esta fase también se realiza un estudio de aireación en el equipo mediante simulación multifase, utilizando un modelo euleriano. El resultado de una isosuperficie de aire puede verse en la siguiente imagen.
En esta fase tratamos de mejorar la eficacia del equipo, reduciendo y homogeneizando la velocidad en su interior. Para ello definimos una serie de propuestas de mejora, variando las entradas y salidas del sistema e introduciendo elementos en su interior para favorecer la distribución homogénea.
Las propuestas deben ser siempre compatibles con las restricciones del equipo y los sistemas que le rodean, por lo que se acuerdan con el cliente antes de proceder la simulación CFD.
Tras calcular y postprocesar las posibles mejoras del diseño, se llega a una configuración donde las velocidades del agua son muy cercanas a las mínimas teóricas con el tamaño de equipo deseado.
En la anterior fase se obtuvo un diseño del equipo adecuado en base a los resultados numéricos y los experimentales a escala de laboratorio. Faltaría únicamente diseñar un sistema de conexión a la instalación que consiga una distribución apropiada del caudal, que circula por una sola tubería, y debe entrar al equipo por varios canales.
Debido a las restricciones de espacio y funcionamiento, algunas propuestas basadas en elementos de regulación no son viables. Por ello se trabaja en diseñar un sistema con un colector que facilite la distribución del caudal, frenando el agua que entra a elevada velocidad y consiguiendo un reparto uniforme en las entradas al equipo. Así mismo se diseña un dispositivo similar para la salida, de forma que se reduzcan las aceleraciones locales en el sistema.
La siguiente imagen muestra un ejemplo de una de las configuraciones estudiadas en el proceso con algunas líneas de corriente.
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