ANÁLISIS NUMÉRICO DEL CAMPO DE FLUJO A TRAVÉS DEL DOMINIO FLUIDIZADO IMPULSOR-CORONA DIRECTRIZ EN UNA BOMBA CENTRÍFUGA.pptx

Descripción del comportamiento de las variables que integran el campo de flujo que pasa a través del impulsor-corona directriz de una bomba centrífuga si no se disponen de equipos para llegar a los puntos de acceso donde se ubican los sensores de medición cuando la turbomáquina este funcionando.

1. ANÁLISIS NUMÉRICO DEL CAMPO DE FLUJO A TRAVÉS DEL DOMINIO FLUIDIZADO IMPULSOR-CORONA DIRECTRIZ EN UNA BOMBA CENTRÍFUGA TUTOR: Prof. Gruber A. Caraballo AUTORES: Jehisson Giménez Jesús Granado 8 de noviembre 2017 UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

2. CONTENIDO 2

3. PROBLEMÁTICA El manejo de fluidos se ha convertido en una parte vital y de gran importancia para el desarrollo y la elaboración de productos en las industrias. El flujo en el interior de bombas centrifugas es difícil de describir. Dentro de las bombas centrífugas el fluido puede encontrarse en diferentes estados. La dinámica de fluidos computacional como una opción de investigación y resolución de problemas. 3

4. DEBIDO A ESTO SURGE LA INTERROGANTE ¿ Cómo describir el comportamiento de las variables que integran el campo de flujo que pasa a través del impulsor-corona directriz de una bomba centrífuga si no se disponen de equipos para llegar a los puntos de acceso donde se ubican los sensores de medición cuando la turbomáquina esté funcionando? 4

5. OBJETIVOS Objetivo G eneral Analizar numéricamente el campo de flujo a través del dominio fluidizado impulsor-corona directriz en una bomba centrífuga Objetivos E specíficos Revisar los documentos bibliográficos referenciales sobre el estudio del campo de flujo y la interacción termo-energética en el conjunto impulsor-corona directriz de una bomba centrífuga radial . Modelar la geometría mediante una herramienta de dibujo asistido por computadora de una bomba centrífuga comercial. 5

6. OBJETIVOS Objetivos Específicos Discretizar el dominio y fijar las condiciones de contorno del modelo físico del campo de flujo a estudiar . Simular el campo de flujo y obtener los resultados en formas de data, gráficos y/o videos de las variables y parámetros que describen el fenómeno. Validar los resultados comparándolos con los obtenidos por ensayos experimentales realizados anteriormente y/o formular las hipótesis en base a los principios de conservación . 6

7. JUSTIFICACIÓN Y LIMITACIONES JUSTIFICACION LIMITACIONES La necesidad de disminuir costos de ensayos y el uso de un banco de prueba mediante la elaboración de la investigación, La falta de una materia en el pensum que se encuentre enfocada en el estudio de la dinámica de fluidos computacional . El alto tiempo de simulación. Es necesario la creación de un modelado geométrico preciso y un mallado de buena calidad. 7

8. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 8

9. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 9

10. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Modelo del impulsor Dominio del impulsor 10

11. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Modelo de la corona directriz Dominio de la corona directriz 11

12. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Domino del impulsor-corona directriz Mallado del impulsor-corona directriz 12

13. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Estadísticas de mallado Nombre De Dominio Ángulo ortogonal Factor De Expansión Radio de aspecto Mínimo (ángulo) Máximo Máximo Dominio Por Defecto 31.3 21 7 %! %ok % OK %! %ok % OK %! %ok %OK Dominio Por Defecto 0 <1 100 <1 2 98 0 0 100 13

14. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Condiciones de borde “ Inlet ” “ Outlet ” 14

15. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Condiciones de borde “ Moving ” “ Stationary ” 15

16. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Estudio de la interacción impulsor corona directriz P = 1 atm y Q= 10 m 3 /h P = 1 atm y Q= 50 m 3 /h Mapa de presión en el interior de la bomba centrífuga 16

17. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Estudio de la interacción impulsor corona directriz P = 1 atm y Q= 10 m 3 /h P = 1 atm y Q= 50 m 3 /h Mapa de velocidad en el interior de la bomba centrífuga 17

18. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Estudio de la interacción impulsor corona directriz P = 1 atm y Q= 10 m 3 /h P = 1 atm y Q= 50 m 3 /h Mapa de las líneas velocidad en el interior de la bomba centrífuga 18

19. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Estudio de la interacción impulsor corona directriz P = -0,2 atm y Q= 10 m 3 /h P = -0,2 atm y Q= 50 m 3 /h Mapa de presión en el interior de la bomba centrífuga 19

20. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Estudio de la interacción impulsor corona directriz P = -0,2 atm y Q= 50 m 3 /h Mapa de la presencia de vapor en el interior de la bomba centrifuga 20

21. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Estudio de la interacción impulsor corona directriz P = -0,2 atm y Q= 10 m 3 /h P = -0,2 atm y Q= 50 m 3 /h Mapa de velocidad en el interior de la bomba centrifuga 21

22. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Estudio de la interacción impulsor corona directriz P = -0,2 atm y Q= 10 m 3 /h P = -0,2 atm y Q= 50 m 3 /h Mapa de las líneas velocidad en el interior de la bomba centrifuga 22

23. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Datos obtenidos para construcción de la curva característica P = 1 atm Caudal ( /h ) Presión descarga(Pa) Presión succión(Pa) Vel salida (m/s) Vel . Entrada (m/s) 10 254.962 101.267 2,04254 5,05119 20 244.466 101.323 3,70744 6,26987 30 212.412 101.318 7,61688 6,50708 40 179.384 101.302 9,9744 6,82859 50 169.807 101.293 10.0304 7,00843 Presión descarga(Pa) Presión succión(Pa) Vel salida (m/s) Vel . Entrada (m/s) 10 254.962 101.267 2,04254 5,05119 20 244.466 101.323 3,70744 6,26987 30 212.412 101.318 7,61688 6,50708 40 179.384 101.302 9,9744 6,82859 50 169.807 101.293 10.0304 7,00843 23

24. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Datos obtenidos para construcción de la curva característica P = -0,2 atm Caudal ( /h ) Presión descarga(Pa) Presión succión(Pa) Vel salida (m/s) Vel . Entrada (m/s) 10 152.030 -62,1684 2,65207 5,0519 20 114.121 -20.266,8 4,96013 6,3349 30 90.593,5 -20.276,7 7,7344 6,66734 40 83.651 -20.850,4 9,51191 8,94843 50 -27.239,7 -27.239,7 17,9732 16,3409 Presión descarga(Pa) Presión succión(Pa) Vel salida (m/s) Vel . Entrada (m/s) 10 152.030 -62,1684 2,65207 5,0519 20 114.121 -20.266,8 4,96013 6,3349 30 90.593,5 -20.276,7 7,7344 6,66734 40 83.651 -20.850,4 9,51191 8,94843 50 -27.239,7 -27.239,7 17,9732 16,3409 24

25. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN Curvas características Análisis numérico 1 atm Análisis numérico – 0,2 atm 25

26. CONCLUSIONES Seleccionando las condiciones de borde más adecuadas (Presión a la entrada y flujo másico a la salida), para que el comportamiento del fluido se aproxime realmente a la realidad física que ocurre en la turbomáquina. El modelo matemático la cavitación Rayleigh – Plesset necesita de un alto número de iteraciones para lograr la convergencia con caudales mayores o iguales a 40m 3 /h. El fenómeno de la cavitación se presenta en la parte trasera de los alabes de la corona directriz pero este fenómeno ocurrió solo en una de las simulaciones que fue la de Pe = -0,2 atm y Q = 50m 3 /h, mientras que en las demás no llego a ocurrir. En el estudio con presión de entrada muy bajas resulta más difícil lograr la convergencia de la solución, debido a la fuerte influencia de la cavitación en los parámetros de las ecuaciones que rigen el movimiento del fluido. 26

27. CONCLUSIONES Los resultados se validaron comparándolos con la curva característica sugerida por el fabricante con la diferencia es que ellos toman en cuenta el coeficiente de deslizamiento y restan las pérdidas de carga originadas por los efectos de rozamiento y choque. La curva poseía una pendiente negativa lo que corresponde al comportamiento de las bombas centrifugas de alabes curvados hacia atrás. Para aumentar la gama de posibilidades de este estudio se requiere de un poder computacional mayor al utilizado, esto con el fin de reducir tiempo de cálculo y poder refinar aun más el mallado de los modelos. ANSYS CFX, es un software robusto, sencillo y práctico, que incluye los modelos matemáticos más avanzados para el análisis de la dinámica de fluidos. 27

28. RECOMENDACIONES Realizar un curso de ANSYS CFX . Elaborar correctamente la geometría a estudiar . Tener tiempo para la realización de las diferentes simulaciones . Ampliar el estudio para el análisis numérico de flujo no isotérmico y así verificar la influencia de la transferencia de calor sobre los resultados arrojados . Incluir en el pensum de Ingeniería Mecánica de la Universidad José Antonio Páez una materia enfocada a estudio de la dinámica de fluidos computacional. 28