Desarrollo de simulaciones CFD-DEM para mejorar la operatividad del sistema de transporte neumático de cenizas en una empresa de concreto

Abstract

En este estudio, se investiga numéricamente mediante simulaciones CFD-DEM, las características de las fases gaseosa (aire) y sólida (cenizas volantes CV y cenizas inferiores CI) en la región del primer codo del tramo inicial de tuberías, durante la operación del sistema de transporte neumático de una empresa productora de concreto. Los sistemas bifásicos gas-sólido se analizan mediante un enfoque euleriano-lagrangiano. El gas se trata como una fase continua (CFD) y se evalúa resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes, mientras que los sólidos se tratan como una fase discreta (DEM) y se modelan mediante el enfoque de seguimiento de Lagrange y se resuelven mediante las leyes de movimiento de Newton y Euler para partículas individuales. El estudio optimiza los parámetros: velocidad de las partículas (0.5 m/s) y flujo de cenizas inferiores CI (0.1050 t/h), mediante diseños experimentales para la obtención de superficies de respuesta, que permiten estimar los valores mínimos y máximos de los principales parámetros operativos. Para cada par del diseño experimental, se realizan simulaciones CFD-DEM, en softwares de código abierto. Para CFD se utiliza OpenFOAM y para DEM se usa LIGGGHTS. Las cenizas volantes CV, se estudiaron manteniendo un flujo constante (0.1225 t/h). Para validar experimentalmente los resultados de las simulaciones, se incluyen dos modificaciones en la lógica de control. Se demuestra que las simulaciones numéricas y las observaciones experimentales están en buena concordancia. Este escenario, permite estimar la velocidad de saltación en 11.5 m/s. El estudio concluye, que es factible, mediante el desarrollo de simulaciones CFD-DEM mejorar la operatividad del sistema (22.9 h/día), fijar la secuencia adecuada de la lógica de control, reflejado en el mayor tiempo de operación en modo automático (22.6 h/día), definir las proporciones apropiadas de las cenizas inferiores CI y cenizas volantes CV (46/54 %masa) e identificar la zona con mayor desgaste del codo, ubicado a 3° en el lado del extradós.