Estudio numérico de partículas armónicas no esféricas en flujos cortantes simples

En numerosos procesos industriales, el transporte neumático de materiales granulares es una técnica ampliamente utilizada. Sin embargo, las partículas transportadas en estos sistemas rara vez son esféricas, y la simplificación de considerarlas como tales conduce a inexactitudes en los modelos que pueden resultar en ineficiencias operacionales y energéticas. Este estudio tiene como objetivo caracterizar y analizar de manera precisa el comportamiento aerodinámico de partículas no esféricas, cuya dinámica es significativamente más compleja debido a su geometría irregular. El trabajo se enfoca en determinar los coeficientes aerodinámicos medios y RMS (root mean square) para estas partículas sometidas a diversas condiciones de flujo cortante y números de Reynolds. El desarrollo del proyecto se estructuró en tres fases: primero, la creación y validación de las partículas no esféricas, con esfericidades de 0.95, 0.90 y 0.85, utilizando un código desarrollado en Dart para generar nubes de puntos y posteriormente modelar las partículas en SolidWorks; segundo, la construcción de mallas computacionales en ANSYS Workbench mediante el método CutCell para garantizar simulaciones precisas; y tercero, la realización de simulaciones numéricas en ANSYS Fluent para estudiar el comportamiento aerodinámico de las partículas bajo números de Reynolds de 1, 10 y 100. Las partículas irregulares no adoptan posiciones preferentes en el flujo, lo que añade una complejidad adicional en la simulación, siendo necesario emular el comportamiento estocástico para obtener datos más realistas. Asimismo, se realizó un análisis de sensibilidad para optimizar el número de simulaciones necesarias, concluyendo que 20 simulaciones eran suficientes para obtener resultados fiables y precisos. Los resultados mostraron que los coeficientes de arrastre, sustentación y torque variaban significativamente en función de la esfericidad, número de espín y el número de Reynolds. Este proyecto contribuye a mejorar la precisión de los modelos utilizados en el transporte neumático de materiales no esféricos, lo que permite optimizar procesos industriales, reducir el consumo de energía y minimizar las emisiones contaminantes, en línea con las crecientes demandas de sostenibilidad y eficiencia energética.

• Autores: Battistoni Villota, Kelly Lorena
• Tipo de recurso: Trabajo de grado de pregrado
• Fecha de publicación: 2024
• Institución: Universidad Autónoma de Occidente
• Repositorio: RED: Repositorio Educativo Digital UAO
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:red.uao.edu.co:10614/15976
• Acceso en línea: https://hdl.handle.net/10614/15976; https://red.uao.edu.co/
• Palabra clave: Ingeniería Mecánica; Partículas no esféricas; Coeficientes aerodinámicos; Armónicos esféricos; Esfericidad; Flujos cortantes simples; Non-spherical particles; Aerodynamic coefficients; Spherical harmonics; Sphericity; Simple shear flows; Mechanical engineering
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