El pasado 31 de julio se llevó a cabo el seminario permanente de Ingeniería Mecánica, en esta ocasión el espacio fue orientado por el docente Carlos Castang, quien habló sobre su investigación referente al “Modelado y simulación de procesos de transporte aerodinámico de partículas no esféricas aplicado a flujos turbulentos bifásicos de interés industrial” la cual es dirigida por el profesor Santiago Laín.

Inicialmente, el profesor Castang realizó la contextualización del problema, sosteniendo que, en los países industrializados, por lo menos el 25% del material particulado depositado en la atmosfera proviene de plantas térmicas. Esta problemática puede ser ocasionada por el diseño o la selección inapropiada de los sistemas de separación de partículas provenientes de procesos de combustión en calderas.

Por tal razón, es conveniente la utilización de sistemas óptimos de separación de partículas, los cuales deben diseñarse teniendo en cuenta el comportamiento de las partículas en las corrientes neumáticas. En este sentido el profesor Castang plantea la siguiente pregunta: ¿cuáles son los parámetros que intervienen en el diseño de los sistemas de separación para evitar los problemas de contaminación y polución?

Con base en la investigación que está llevando a cabo el Grupo de Investigación en Modelado, Análisis y Simulación de Procesos Ambientales e Industriales, PAI+, el profesor comentó que: “si se puede determinar el comportamiento dinámico de las inclusiones no esféricas en una corriente neumática, los resultados obtenidos pueden aplicarse de manera confiable en el dimensionamiento apropiado de los sistemas de separación de partículas”.

Metodología

Para el estudio de la dinámica de las partículas no esféricas el docente en su investigación recurrió al método de simulación numérica directa (DNS), empleando el código Ansys-Fluent. Durante su intervención, presentó 3 modelos de partículas: las partículas esféricas, las partículas de forma regular y las de forma irregular. Estos modelos están asociados al comportamiento real de las partículas en plantas térmicas, por ejemplo, las partículas provenientes de un sistema de trituración como el carbón pueden modelarse como partículas no esféricas de forma irregular, por otra parte, las partículas de biomasa pueden modelarse como partículas no esféricas de forma regular de alta relación de aspecto como cilindros o elipsoides de revolución.

La metodología de obtención de resultados incluye dos escenarios, el primero, refiere a las partículas no esféricas de forma regular las cuales básicamente son representadas por elipsoides de revolución y cilindros a diferentes relaciones de aspecto y números de Reynolds. Para la simulación de estas se utilizó el método de mallas deslizantes las cuales permiten el posicionamiento de las partículas a diferentes ángulos de incidencia.

El segundo escenario refiere a las partículas no esféricas de forma irregular. Para ello, se desarrolló una metodología para la construcción de partículas utilizando nubes de puntos, posteriormente mediante mallas deslizantes se realizó la ubicación aleatoria de las partículas y su simulación empleando 3 esfericidades diferentes y 5 números de Reynolds los cuales son de uso industrial frecuente. Los resultados obtenidos fueron validados utilizando resultados reportados en la literatura.

Finalmente, se pudo establecer que la metodología empleada generó buenos resultados dado que la tendencia encontrada estaba de acuerdo con lo reportado en la literatura. De la misma manera se pudieron obtener las curvas de comportamiento dinámico para las partículas no esféricas de forma regular e irregular las cuales pueden ser utilizadas en el diseño de sistemas que involucran transporte de material particulado en plantas térmicas.

Sin duda, el uso de la dinámica computacional de fluidos permite obtener resultados que utilizados de manera apropiada en el dimensionamiento de sistemas tales como los separadores ciclónicos generará una importante reducción en la cantidad de material particulado liberado al ambiente lo cual ayudará a la reducción de la polución en los centros urbanos.