Evaluación hidrodinámica de la mezcla de fluidos monofásicos en tanques de mezcla mediante CFD.

Los procesos de mezcla mecánica tienen amplia aplicabilidad en las áreas de química e ingeniería. A pesar de que el proceso de mezcla mecánica se ha estudiado, aún no se comprende completamente su comportamiento ya que estas unidades están influenciadas por factores hidrodinámicos relacionados con la turbulencia. En este estudio se evaluó el comportamiento hidrodinámico de un tanque de mezcla y su relación con el diseño mediante la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). En el proceso de calibración se obtuvo un buen ajuste en los perfiles de la velocidad axial con un modelo transitorio y una malla combinada, donde el tamaño de los elementos corresponde aproximadamente al 2% del diámetro del tanque. El modelo que generó mejores resultados para resolver la superficie libre fue el VOF (Volume of fluid) implícito. El modelo que mejor resolvió la turbulencia fue el κ-ε estándar y, la rotación del impulsor se abordó con el método de SM (Sliding Mesh). Posteriormente, se evaluó el efecto en las variables hidrodinámicas en los siguientes escenarios: un tanque diseñado con los rangos de diseño sugeridos en la literatura; variaciones de los parámetros de diseño T/H y W/D; un tanque de perímetro rectangular; diferentes formas del fondo y diferentes criterios de escalado. Se encontró que las variables hidrodinámicas son sensibles a las variaciones en el diámetro, alto y ancho del impulsor. En cuanto a los criterios de diseño es recomendable trabajar con una relación de T/H=0.7 y se sugiere no usar una relación inferior a W/D=0.2. El tanque con perímetro rectangular presentó un alejamiento del 24% en la distribución volumétrica de la tasa de disipación de energía cinética turbulenta con respecto a la geometría circular, sin embargo presentó valores en las variables turbulentas recomendados para la mezcla. La forma geométrica del fondo que presenta menos zonas muertas en el fluido, es el fondo redondeado, y no se recomienda construir fondos con esquinas redondeadas. Se encontró que el criterio de escalado que más se asemeja al modelo es el de la Velocidad en la Punta del Impulsor.

• Autores: Salgado Ramos, Yudi Angélica
• Fecha de publicación: 2017
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/63838
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/63838; http://bdigital.unal.edu.co/64409/
• Palabra clave: 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Tanques de mezcla mecánica; Hidrodinámica; CFD; Simulación numérica; Mechanical Mixing Tanks; Hydrodynamics; CFD; Numerical simulation
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• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional