Simulación de flujo turbulento dentro de un separador tipo ciclón usando Large Eddy Simulation

Abstract

Los ciclones se utilizan en la industria con dos objetivos básicos: limpieza de aire y clasificación de material particulado. Son equipos constructivamente sencillos, de bajo costo y fácil mantenimiento. Sin embargo, el flujo en su interior es altamente turbulento, por lo que la fluidodinámica computacional (CFD) resulta el método ideal para abordar el problema desde el punto de vista numérico, a través de simulaciones del flujo. Para realizar las simulaciones se utilizan modelos de turbulencia, siendo uno de ellos el modelo “Large Eddy Simulation” (LES). El resultado de la simulación depende de diversos factores, entre ellos de la malla utilizada para el dominio. En este trabajo se simula el flujo dentro de un separador ciclónico de tipo Stairmand empleando un software comercial de volúmenes finitos.. Se utiliza una malla no estructurada y el modelo de turbulencia LES. Se analiza la calidad de las simulaciones comparándolas con datos experimentales de la bibliografía. Se considera que el ciclón opera en condiciones ambientales, con un numero de Reynolds a la entrada de 2.8 105. Los perfiles de velocidades tangenciales presentan un buen ajuste a los datos experimentales. El incremento en el número de volúmenes genera un importante aumento en el tiempo de cómputo que no se refleja notablemente en una mayor resolución de los perfiles de velocidad tangencial obtenidos. El perfil de velocidad axial muestra mayor dependencia de malla en la zona central del separador. Por otra parte, esta zona es la más afectada por las fluctuaciones en el flujo. Los valores de caída de presión obtenidos a partir de las simulaciones resultan razonablemente comparables con el valor experimental y el de los modelos empíricos.