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
| Identifer | oai:union.ndltd.org:PUCP/oai:tesis.pucp.edu.pe:123456789/4770 |
| Date | 16 September 2013 |
| Creators | Arrieta Valderrama, Gustavo Andrés |
| Contributors | Valverde Guzmán, Quino Martín, Yépez Castillo, Herbert |
| Publisher | Pontificia Universidad Católica del Perú |
| Source Sets | Pontificia Universidad Católica del Perú |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/bachelorThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | Pontificia Universidad Católica del Perú, Repositorio de Tesis - PUCP |
| Rights | Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Perú, info:eu-repo/semantics/openAccess, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/pe/ |
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