Simulación dinámica computacional en tanques agitados de fondo cónico con turbina Rushton y de palas inclinadas

• Autores: Luis Fernando Cardona Palacio, Juan E. Arismendy, German Camilo Quintana, Hader Humberto Alzate Gil, Diego Andrés Hincapié Zuluaga
• Localización: Revista EIA, ISSN-e 1794-1237, Vol. 20, Nº. 40, 2023
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Computational fluid dynamics simulation in cone-bottom stirred tanks with a Rushton and pitchedblade turbines
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• Resumen
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    La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD en inglés) es una herramienta de uso frecuente para la optimización y mejora de procesos. En este trabajo se utilizó la simulación CFD para analizar la potencia más apropiada en sistemas agitados con tres diferentes tipos de conos en el fondo del tanque y con dos tipos de impulsores: turbina de 4 palas inclinadas a 45° (impulsor axial) y turbina Rushton estándar (impulsor radial). La simulación se realizó en un tanque agitado con un diámetro de 27 cm y se analizó diferentes proporciones del diámetro y altura del cono. Además, se evaluaron 4 velocidades de giro (50, 100, 300 y 600 rpm) para describir el estado de transición a turbulento. Se utilizó el modelo de esfuerzo de Reynolds (RSM en inglés) con un sistema de referencia móvil. Los resultados de este estudio indican que hay disminución de la potencia con el impulsor de tipo axial a bajos números de Reynolds mientras que para el impulsor de tipo radial se presenta un aumento en los valores de potencia cuando se incluye el cono dentro del tanque. Al incrementar el número de Reynolds se tiene un incremento exponencial de la potencia-volumen de cada impulsor. Además, la inclusión de un impulsor de 4 palas inclinadas en un régimen entre laminar y transición evidencia un ahorro significativo en el consumo de potencia y para regímenes turbulentos la inclusión de geometrías en el fondo del tanque afecta el consumo de potencia. Finalmente, los resultados son validados utilizando datos experimentales y muestran que las desviaciones absolutas son menores al 4 %.

  • English

    Computational Fluid Dynamics (CFD) is a tool frequently used for the optimization and improvement of industrial processes. In this work, the CFD simulation is used for analyzing the appropriate power in stirred-tank systems with three different types of cones at the bottom of the tank and with two types of impellers: 45° pitch 4- bladed turbine (axial impeller) and Rushton standard turbine (radial impeller). The simulation was carried out in a stirred tank with a diameter of 27 cm and with different cone diameters and height ratios are analyzed. Also, 4 rotation speeds (50, 100, 300, and 600 rpm) were evaluated to describe the transition to turbulent states. Reynolds Stress Model (RSM) and the Moving Reference Frame are used. The results show that the power decrease with the axial impeller when this is operated at low Reynolds number values meanwhile the radial impeller presented an increase in the values of power when the cone is introduced inside the tank. By increasing the Reynolds number an exponential increase in the power volume of each impeller is made. Also, the inclusion of a 4-impeller blade inclination between laminar and transition shows a significant saving in power consumption and for turbulent regimes, the inclusion of geometries in the bottom of the tank affects power consumption. Finally, the results are validated using experimental data and show that the absolute deviations are below 4 %.