Saint-Laurent, martes, a 2 de mayo de 2017
La simulación numérica de mecánica de fluidos (computational fluid dynamics – CFD) proporciona un valioso apoyo en la resolución de problemas de combustión de equipos industriales. Permite dibujar el retrato de una situación, identificar los problemas y probar diferentes soluciones, todo a través de computadora antes de implementar las medidas correctivas necesarias.
Combinado con potentes herramientas y utilizado por expertos, el CFD permite analizar los flujos de fluidos y sus efectos. De este modo es posible simular el comportamiento de la llama y su forma, la transferencia de calor convectiva y radiativa, el flujo turbulento de productos de combustión y la formación de contaminantes como el monóxido de carbono (CO) y los óxidos de nitrógeno (NOx).
Método
El primer paso es definir el problema y su perímetro. El método más comúnmente utilizado para la resolución de flujo de fluidos es la resolución de volumen finito, que consiste en dividir la geometría en estudio en pequeños elementos computacionales y aplicar modelos matemáticos para la resolución del sistema en esta discretización. Los resultados se presentan en forma de gráficos e imágenes.
El segundo paso es simular diferentes soluciones. Los informes generados al final de cada simulación ilustran las reacciones del modelo. De este modo, se pueden analizar varias soluciones antes de pasar a la fase de “construcción o reemplazo” o “modificación” del equipo.
Herramientas relacionadas
Existen diferentes programas de CFD (Siemens Star-CCM+/Star-CD, ANSYS, etc.). Algunas empresas desarrollan sus propios modelos para cubrir el mayor número posible de casos de modelización de fenómenos de combustión.
Los CFD a menudo conducen a un aumento significativo de la productividad.
La simulación numérica se puede utilizar para muchas aplicaciones industriales.
Ejemplo 1: secador rotatorio
Un huerto quería secar la pulpa de la manzana después de extraer el jugo, pero el secador de tambor rotativo de gas natural quemó la pulpa en lugar de secarla y formó pequeñas masas duras. El producto acabado no era de calidad uniforme.
El CFD se utilizó para ilustrar el comportamiento del sistema de combustión del secador y para identificar una solución que prometiera la tasa de secado esperada ajustando ciertos componentes del secador. La implementación de la solución mejoró la eficiencia energética del sistema en un 300 % y se logró la tasa de secado esperada.
Figura 1: Tamaño de malla del secador de pasta – Brais Malouin et Associés.
Ejemplo 2: emisiones atmosféricas y calidad del aire
El análisis de los productos de combustión es importante para cumplir con las regulaciones de calidad del aire. Por ejemplo, es necesario mejorar el control de las emisiones de contaminantes atmosféricos procedentes de un incinerador. El diseño de sus nuevos quemadores tuvo que considerarse:
– potencia, tipo, cantidad y ubicación de los quemadores;
– necesidades de gas natural;
– las necesidades de aire de combustión;
– la estrategia de control;
– tipo, número y posición de los sensores de CO y temperatura.
El CFD proporcionó una buena comprensión del sistema actual, evaluó sus deficiencias y diseñó nuevos quemadores para cumplir con los requisitos reglamentarios.
Figura 2: Contorno de múltiples temperaturas del incinerador – Brais Malouin et Associés.
Infinitas posibilidades
Como puede ver, el CFD ilustra claramente la situación actual y le permite identificar problemas y probar diferentes soluciones, un proceso dirigido a mejorar el rendimiento de sus sistemas al tiempo que limita los gastos.
Este método es elegible para los diversos programas de asistencia financiera para la eficiencia energética de Gaz Métro.
Marie-Joëlle Lainé, Ing., Asesor de Tecnología e Innovación, Gaz Métro
En colaboración con Luc Gravel y Éric Duplain, expertos en CFD, Brais Malouin et Associés
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