Convergencia numérica de canaleta Parshall para simulación de mezcla rápida con dinámica computacional de fluidos

Este documento tiene como finalidad mostrar la convergencia numérica de canaleta Parshall para la simulación de la unidad de mezcla rápida necesaria en las plantas de tratamiento de agua potable. Los sistemas de tratamiento incluyen una serie de procesos como lo es la coagulación, para que esta se r...

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Autores:: Montenegro Carrillo, Martha Patricia

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2023

Institución:: Universidad Santo Tomás

Repositorio:: Repositorio Institucional USTA

Idioma:: spa

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description	Este documento tiene como finalidad mostrar la convergencia numérica de canaleta Parshall para la simulación de la unidad de mezcla rápida necesaria en las plantas de tratamiento de agua potable. Los sistemas de tratamiento incluyen una serie de procesos como lo es la coagulación, para que esta se realice de manera eficiente depende de la mezcla rápida que puede realizarse aprovechando la turbulencia provocada por dispositivos hidráulicos como la canaleta Parshall. Para llevar a cabo la optimización de las unidades de mezcla rápida se debe simular el flujo que pasa por la canaleta por medio de la estabilización de las variables que necesitará el modelo computacional. Mediante la construcción de un modelo CAD tridimensional de la canaleta ingresado como dato de entrada al software OpenFOAM, se definirá el dominio físico bajo consideración en formato. stl. Con esto establecido, se desarrolla el correcto mallado del modelo, lo que contempla el diseño de la red de volúmenes finitos en los que se discretiza el dominio, y posteriormente dar solución de ecuaciones de Euler para fluidos viscosos y de Navier Stokes mediante los solucionadores de OpenFOAM. Posterior a la convergencia del modelo numérico de la canaleta Parshall, se continúa analizando los diferentes campos de velocidad, presión, turbulencia y disipación de energía de turbulencia, que permitirán mejorar el entendimiento de los fenómenos hidráulicos presentes en la unidad simulada. En este estudio de simulación con un caudal de 13 l/s, se lograr la convergencia de la solución iterativa en la iteración 24401 donde se estabiliza el modelo CFD, logrando residuales de 10−2 10−3 de orden de magnitud, aceptados en la literatura para establecer que hay una convergencia matemática.
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Los sistemas de tratamiento incluyen una serie de procesos como lo es la coagulación, para que esta se realice de manera eficiente depende de la mezcla rápida que puede realizarse aprovechando la turbulencia provocada por dispositivos hidráulicos como la canaleta Parshall. Para llevar a cabo la optimización de las unidades de mezcla rápida se debe simular el flujo que pasa por la canaleta por medio de la estabilización de las variables que necesitará el modelo computacional. Mediante la construcción de un modelo CAD tridimensional de la canaleta ingresado como dato de entrada al software OpenFOAM, se definirá el dominio físico bajo consideración en formato. stl. Con esto establecido, se desarrolla el correcto mallado del modelo, lo que contempla el diseño de la red de volúmenes finitos en los que se discretiza el dominio, y posteriormente dar solución de ecuaciones de Euler para fluidos viscosos y de Navier Stokes mediante los solucionadores de OpenFOAM. Posterior a la convergencia del modelo numérico de la canaleta Parshall, se continúa analizando los diferentes campos de velocidad, presión, turbulencia y disipación de energía de turbulencia, que permitirán mejorar el entendimiento de los fenómenos hidráulicos presentes en la unidad simulada. En este estudio de simulación con un caudal de 13 l/s, se lograr la convergencia de la solución iterativa en la iteración 24401 donde se estabiliza el modelo CFD, logrando residuales de 10−2 10−3 de orden de magnitud, aceptados en la literatura para establecer que hay una convergencia matemática.The purpose of this paper is to show the numerical convergence of Parshall flume for the simulation of the rapid mixing required in drinking water treatment plants. The treatment systems include a series of processes such as coagulation, and for this to be carried out efficiently, it depends on the rapid mixing that can be performed by taking advantage of the turbulence caused by hydraulic devices such as the Parshall flume. To carry out the optimization of the rapid mixing units, the flow through the flume must be simulated by stabilizing the variables that the computational model will need. By means of the construction of a three-dimensional CAD model of the flume entered as input data to the OpenFOAM software, the physical domain under consideration will be defined in. stl format. With this established, the correct meshing of the model is developed, which contemplates the design of the finite volume network in which the domain is discretized, and then the solution of Euler equations for viscous fluids and Navier Stokes equations by means of OpenFOAM solvers. After the convergence of the numerical model of the Parshall flume, the different fields of velocity, pressure, turbulence and turbulence energy dissipation continue to be analysed, which will improve the understanding of the hydraulic phenomena present in the fast-mixing unit. In this simulation study with a flow of 13 l/s, the convergence of the iterative solution was achieved in iteration 24401 where the CFD model is stabilized, achieving residuals of 10-2 10-3 of order of magnitude, accepted in the literature to establish that there is a mathematical convergence.Ingeniero Civilhttp://www.ustavillavicencio.edu.co/home/index.php/unidades/extension-y-proyeccion/investigacionPregradoapplication/pdfspaUniversidad Santo TomásPregrado Ingeniería CivilFacultad de Ingeniería CivilAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Convergencia numérica de canaleta Parshall para simulación de mezcla rápida con dinámica computacional de fluidosCFDfinite volumesSimulationconvergenceOpenFOAMParshall flumeHidraulicaMecánica de fluidos - SimulaciónTratamiento del agua - PlantaIngeniería civil - InvestigaciónTesis y disertaciones académicasCFDvolúmenes finitosSimulationconvergenciaOpenFOAMcanal ParshallModelación en problemas complejos y manejo de datos en ingeniería civilTrabajo de gradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionFormación de Recurso Humano para la Ctel: Trabajo de grado de Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisCRAI-USTA VillavicencioÁlvarez, A. 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[Tesis de pregrado: Universidad Catolica de Colombia] Repositorio. https://repository.ucatolica.edu.co/entities/publication/751bc944-ddb2-41fd-968fdd2ec3591fcbDíaz Alarcón, A. G. (2020). Modelación mediante software CFD de los ensayos de vertedero rectangular y triangular del canal hidráulico del laboratorio de hidráulica de la Universidad Santo Tomás, sede Villavicencio”. [Tesis de Pregrado: Universidad Santo Tomás]. Repositorio. https://repository.usta.edu.co/handle/11634/29932Espinosa, S., & Gaitan, D. (2018). Desarrollo de software para el diseño hidráulico de canaleta parshall como estructura para mezcla rápida en el tratamiento del agua – caso aplicativo en municipios de la provincia del Alto Magdalena. [Tesis de pregrado: Universidad Piloto de Colombia] Repositorio. http://repository.unipiloto.edu.co/handle/20.500.12277/5751Giraldo, A (2017). Simulación Mediante Dinámica Computacional (CDF) de un Intercambiador de Flujo Cruzado. 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Convergencia numérica de canaleta Parshall para simulación de mezcla rápida con dinámica computacional de fluidos

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