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Estudio del flujo en un tanque agitador vertical de impulsor PTB con superficie libre mediante el programa ANSYS CFX V.14.0Huerto Bujaico, Hebert Oswaldo 13 December 2013 (has links)
El presente trabajo de tesis es motivado por la necesidad de contribuir con la mejora y
optimización de nuevos diseños, en la fabricación de tanques agitadores, que permitan
minimizar el tiempo de operación, incrementar la eficiencia de mezcla y disminuir los
costos de fabricación.
El lector encontrará dentro de este trabajo una breve explicación de las generalidades
técnicas en tanques agitadores, números adimensionales utilizados en mezcla, ecuaciones
matemáticas que gobiernan el comportamiento de los fluidos, estadísticas de mallado, así
como la descripción de los principales modelos de turbulencia en CFD (Dinámica de
Fluidos Computacional).
Una gran parte del tiempo de este proyecto se dedicó a proponer un procedimiento para
simular y mostrar el comportamiento del flujo dentro de un tanque agitador vertical con
superficie libre; para ello se utilizó el software Ansys versión 14.0 (herramienta
computacional de simulación de CFD) considerando la interacción impulsor-deflector, flujo
turbulento, fluido newtoniano, simulación bifásica, régimen estacionario y un impulsor
PTB (turbina de paletas rectas inclinadas 45°) de cuatro álabes.
Luego, los resultados obtenidos de la simulación, tomando como principal variable los
modelos de turbulencia k-Epsilon, k-Omega o Shear Stress Transport (SST), fueron
comparados, en base a la curva de potencia (Re vs Np) para este el tipo impulsores, con los
resultados experimentales proporcionados por la empresa, fabricante de agitadores,
Chemineer.
El modelo de turbulencia SST resulto ser el más adecuado para este tipo de caso de estudio
por presentar un error menor al 8% en la comparación con las curvas de potencia; con lo
cual, podemos concluir que el presente trabajo nos propone un procedimiento válido para
simular y mostrar el comportamiento del flujo que se produce en un tanque agitador
vertical de impulsor PTB con superficie libre y régimen estacionario mediante el software
Ansys versión 14.0. / Tesis
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Análisis de vías de agua de brocas de perforación diamantina mediante simulación numéricaGaray Gómez, Haekel Zósimo 28 October 2014 (has links)
El presente documento detalla la variación de las condiciones de trabajo que se
obtiene al modificar la geometría de las vías de agua de las brocas de perforación
diamantinas, las cuales son utilizadas como herramientas de corte durante los
procesos de perforación.
En la primera etapa de la investigación, el análisis de la problemática se realiza
mediante simulaciones numéricas, siendo el alcance la comparación de las
características fluido-dinámicas del flujo de enfriamiento tanto de las brocas con vías
de agua estándar (radiales), como de las brocas con las vías de agua modificada (con
un ángulo de inclinación).
Posteriormente, con el objetivo de probar el desempeño de las brocas y el desgaste
que se presenta en cada geometría, se realizaron ensayos experimentales (ensayos
de perforación) en las instalaciones de la empresa Boyles Bros Diamantina. En esta
etapa, es importante mencionar que la empresa dispuso de una máquina de
perforación y de un área de sus instalaciones para el desarrollo de las pruebas
experimentales.
Finalmente, según los resultados obtenidos, se logra verificar que la modificación de la
geometría de vías de agua influye en el desempeño de la broca de perforación de
manera positiva. En el caso de la simulación numérica se observa un desarrollo del
fluido más eficiente, con vectores de velocidad de mayor magnitud y con zonas de
intensidad de turbulencia más uniformes, lo cual se traduce en una mejor capacidad
de enfriamiento de la broca de perforación. En cuanto a los resultados de los ensayos
experimentales, se observó una reducción aproximada del desgaste de la corona de
54 % durante los primeros 25 metros de perforación, así como un menor desgaste del
casquillo de acero producto de una mejor evacuación de detritos (conglomerado de
partículas rocosas y partículas de la matriz de la broca).
Estos resultados demuestran que el diseño propuesto de vías de agua inclinadas es
una alternativa viable con grandes beneficios, pues proporciona una mayor eficiencia
en la capacidad de enfriamiento, y reduce tanto el calentamiento de la broca como la
ductilidad de la matriz metálica, lo que en consecuencia permite disminuir las
posibilidades de desgaste prematuro de la matriz y del casquillo de acero, lográndose
mayores metrajes de perforación. / Tesis
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Metodología de optimización numérica multi-objetivo y de simulación numérica de la interacción fluido-estructura del desempeño de un agitador con impulsor PBT variando ángulo, altura y velocidad de rotación utilizando ANSYS CFX, MECHANICAL y DESIGN EXPLORERArrieta Valderrama, Gustavo Andrés 16 September 2013 (has links)
Los tanques agitadores son ampliamente utilizados en diferentes industrias, en donde la
eficiencia de las operaciones de mezclado tiene un impacto tanto en los costos como en
la calidad del proceso, si a esto se le añade que para poder mantener la competitividad en
el mercado, el tiempo de desarrollo del producto debe ser el menor posible y a un bajo
costo, por ese motivo es necesario optar por nuevas formas para realizar nuevos diseños.
En muchas empresas fabricantes de gran envergadura, el uso software de optimización
se está convirtiendo en una herramienta ideal para conseguir estos objetivos.
En este trabajo se utilizó las herramientas computacionales ANSYS CFX, MECHANICAL
y DESIGN EXPLORATION para realizar una metodología que permita realizar la
simulación numérica tanto a nivel de fluidos y estructural como para realizar la
optimización de un modelo de tanque agitador. Para la elaboración de este procedimiento
se optó por variar en un rango determinado ciertos parámetros geométricos y de
funcionamiento.
En el estudio fluido dinámico se trabajó tres fluidos: agua, metanol y aire, en donde los
dos primeros se modelaron como “multicomponentes” es decir como fluidos miscibles,
mientras que la interacción con el aire se modelo como “superficie libre”. Para esto, se
utilizó el modelo de turbulencia SST (Shear Stress Transport), el cual demostró en un
estudio anterior ser el que más se ajusta al ser contrastado con resultados
experimentales, además se empleó los modelos de “marco de referencia móvil (MRF)” y
de “Frozen Rotor” para tratar la interacción entre las partes móviles (rotor) y partes
estáticas (tanque y deflectores). Para el análisis estructural se utilizó la metodología de
interacción fluido-estructura (FSI) del tipo “unidireccional (one-way)” para determinar los
esfuerzos y deformaciones en cada diseño. Finalmente, se utilizó el método de la
superficie de respuesta (RSM) como base para la optimización, donde se utilizó un
algoritmo estocástico (MOGA) como buscador de soluciones óptimas en el modelo del
tanque agitador parametrizado, el cual consta de tres variables de entrada (ángulo de
alabe, altura de impulsor y velocidad de rotación) y dos funciones objetivos: maximizar
grado de mezcla y minimizar la potencia consumida.
El presente estudio demuestra que la velocidad y el ángulo son los parámetros más
incidentes en las funciones objetivas mencionadas anteriormente y que al variar estos
parámetros se pueden obtener mejoras significativas en los resultados. En este estudio en
particular se encontró que el ángulo de 60 grados y una altura de 300mm con respecto al
tanque, mejora en un 8% y 36% el consumo de potencia y grado de mezcla
respectivamente, para las configuraciones del tanque dadas. / Tesis
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Estudio del flujo en un tanque agitador vertical de impulsor PTB con superficie libre mediante el programa ANSYS CFX V.14.0Huerto Bujaico, Hebert Oswaldo 13 December 2013 (has links)
El presente trabajo de tesis es motivado por la necesidad de contribuir con la mejora y
optimización de nuevos diseños, en la fabricación de tanques agitadores, que permitan
minimizar el tiempo de operación, incrementar la eficiencia de mezcla y disminuir los
costos de fabricación.
El lector encontrará dentro de este trabajo una breve explicación de las generalidades
técnicas en tanques agitadores, números adimensionales utilizados en mezcla, ecuaciones
matemáticas que gobiernan el comportamiento de los fluidos, estadísticas de mallado, así
como la descripción de los principales modelos de turbulencia en CFD (Dinámica de
Fluidos Computacional).
Una gran parte del tiempo de este proyecto se dedicó a proponer un procedimiento para
simular y mostrar el comportamiento del flujo dentro de un tanque agitador vertical con
superficie libre; para ello se utilizó el software Ansys versión 14.0 (herramienta
computacional de simulación de CFD) considerando la interacción impulsor-deflector, flujo
turbulento, fluido newtoniano, simulación bifásica, régimen estacionario y un impulsor
PTB (turbina de paletas rectas inclinadas 45°) de cuatro álabes.
Luego, los resultados obtenidos de la simulación, tomando como principal variable los
modelos de turbulencia k-Epsilon, k-Omega o Shear Stress Transport (SST), fueron
comparados, en base a la curva de potencia (Re vs Np) para este el tipo impulsores, con los
resultados experimentales proporcionados por la empresa, fabricante de agitadores,
Chemineer.
El modelo de turbulencia SST resulto ser el más adecuado para este tipo de caso de estudio
por presentar un error menor al 8% en la comparación con las curvas de potencia; con lo
cual, podemos concluir que el presente trabajo nos propone un procedimiento válido para
simular y mostrar el comportamiento del flujo que se produce en un tanque agitador
vertical de impulsor PTB con superficie libre y régimen estacionario mediante el software
Ansys versión 14.0.
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Análisis de vías de agua de brocas de perforación diamantina mediante simulación numéricaGaray Gómez, Haekel Zósimo 28 October 2014 (has links)
El presente documento detalla la variación de las condiciones de trabajo que se
obtiene al modificar la geometría de las vías de agua de las brocas de perforación
diamantinas, las cuales son utilizadas como herramientas de corte durante los
procesos de perforación.
En la primera etapa de la investigación, el análisis de la problemática se realiza
mediante simulaciones numéricas, siendo el alcance la comparación de las
características fluido-dinámicas del flujo de enfriamiento tanto de las brocas con vías
de agua estándar (radiales), como de las brocas con las vías de agua modificada (con
un ángulo de inclinación).
Posteriormente, con el objetivo de probar el desempeño de las brocas y el desgaste
que se presenta en cada geometría, se realizaron ensayos experimentales (ensayos
de perforación) en las instalaciones de la empresa Boyles Bros Diamantina. En esta
etapa, es importante mencionar que la empresa dispuso de una máquina de
perforación y de un área de sus instalaciones para el desarrollo de las pruebas
experimentales.
Finalmente, según los resultados obtenidos, se logra verificar que la modificación de la
geometría de vías de agua influye en el desempeño de la broca de perforación de
manera positiva. En el caso de la simulación numérica se observa un desarrollo del
fluido más eficiente, con vectores de velocidad de mayor magnitud y con zonas de
intensidad de turbulencia más uniformes, lo cual se traduce en una mejor capacidad
de enfriamiento de la broca de perforación. En cuanto a los resultados de los ensayos
experimentales, se observó una reducción aproximada del desgaste de la corona de
54 % durante los primeros 25 metros de perforación, así como un menor desgaste del
casquillo de acero producto de una mejor evacuación de detritos (conglomerado de
partículas rocosas y partículas de la matriz de la broca).
Estos resultados demuestran que el diseño propuesto de vías de agua inclinadas es
una alternativa viable con grandes beneficios, pues proporciona una mayor eficiencia
en la capacidad de enfriamiento, y reduce tanto el calentamiento de la broca como la
ductilidad de la matriz metálica, lo que en consecuencia permite disminuir las
posibilidades de desgaste prematuro de la matriz y del casquillo de acero, lográndose
mayores metrajes de perforación.
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Metodología de optimización numérica multi-objetivo y de simulación numérica de la interacción fluido-estructura del desempeño de un agitador con impulsor PBT variando ángulo, altura y velocidad de rotación utilizando ANSYS CFX, MECHANICAL y DESIGN EXPLORERArrieta Valderrama, Gustavo Andrés 16 September 2013 (has links)
Los tanques agitadores son ampliamente utilizados en diferentes industrias, en donde la
eficiencia de las operaciones de mezclado tiene un impacto tanto en los costos como en
la calidad del proceso, si a esto se le añade que para poder mantener la competitividad en
el mercado, el tiempo de desarrollo del producto debe ser el menor posible y a un bajo
costo, por ese motivo es necesario optar por nuevas formas para realizar nuevos diseños.
En muchas empresas fabricantes de gran envergadura, el uso software de optimización
se está convirtiendo en una herramienta ideal para conseguir estos objetivos.
En este trabajo se utilizó las herramientas computacionales ANSYS CFX, MECHANICAL
y DESIGN EXPLORATION para realizar una metodología que permita realizar la
simulación numérica tanto a nivel de fluidos y estructural como para realizar la
optimización de un modelo de tanque agitador. Para la elaboración de este procedimiento
se optó por variar en un rango determinado ciertos parámetros geométricos y de
funcionamiento.
En el estudio fluido dinámico se trabajó tres fluidos: agua, metanol y aire, en donde los
dos primeros se modelaron como “multicomponentes” es decir como fluidos miscibles,
mientras que la interacción con el aire se modelo como “superficie libre”. Para esto, se
utilizó el modelo de turbulencia SST (Shear Stress Transport), el cual demostró en un
estudio anterior ser el que más se ajusta al ser contrastado con resultados
experimentales, además se empleó los modelos de “marco de referencia móvil (MRF)” y
de “Frozen Rotor” para tratar la interacción entre las partes móviles (rotor) y partes
estáticas (tanque y deflectores). Para el análisis estructural se utilizó la metodología de
interacción fluido-estructura (FSI) del tipo “unidireccional (one-way)” para determinar los
esfuerzos y deformaciones en cada diseño. Finalmente, se utilizó el método de la
superficie de respuesta (RSM) como base para la optimización, donde se utilizó un
algoritmo estocástico (MOGA) como buscador de soluciones óptimas en el modelo del
tanque agitador parametrizado, el cual consta de tres variables de entrada (ángulo de
alabe, altura de impulsor y velocidad de rotación) y dos funciones objetivos: maximizar
grado de mezcla y minimizar la potencia consumida.
El presente estudio demuestra que la velocidad y el ángulo son los parámetros más
incidentes en las funciones objetivas mencionadas anteriormente y que al variar estos
parámetros se pueden obtener mejoras significativas en los resultados. En este estudio en
particular se encontró que el ángulo de 60 grados y una altura de 300mm con respecto al
tanque, mejora en un 8% y 36% el consumo de potencia y grado de mezcla
respectivamente, para las configuraciones del tanque dadas.
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