Investigación experimental y numérica del proceso de separación fluido-sólidos usando conductos curvos (2017)
Se investigó un nuevo proceso de remoción de partículas de antracita contenidas en el agua, aprovechando las propiedades de segregación que ejerce el flujo secundario en un canal curvo, mediante investigación física e investigación numérica. En la investigación física, se construyeron dos canales en los cuales se obtuvo datos de la profundidad del agua, el campo vectorial de velocidades con un ADV y valores de eficiencia de remoción. La experimentación numérica se realizó a través de códigos computacionales distribuidos por Ansys Inc. (FLUENT y CFX), los cuales incorporan los modelos matemáticos E-E y EL, para la simulación del flujo agua y partículas. En el procedimiento metodológico se propuso una nueva metodología para la calibración de modelos numéricos incorporando una prueba de falta de ajuste con vecinos cercanos en la teoría clásica de diseño estadístico de experimentos (DEE). Como resultados se encontró la relación que existe entre la eficiencia de separación y los parámetros físicos relacionados con las propiedades del flujo agua-antracita y la geometría del canal. Se encontró una relación estrecha entre la eficiencia de separación a lo largo del canal curvo con la Intensidad de circulación secundaria y entre la eficiencia y el paso helicoidal de las partículas de antracita en su tránsito por la curva del canal, relaciones previamente desconocidas y que son un aporte significativo del presente trabajo. Se investigó el efecto del ángulo de curvatura sobre la eficiencia, encontrando que tiene un efecto importante, donde los valores máximos de la eficiencia se encuentran entre 45° y 60°, rango en el cual se puede localizar los sistemas de remoción; es interesante resaltar que este resultado es diferente a lo reportado en la literatura, donde se ha encontrado que la eficiencia de remoción se reduce al incrementarse el ángulo de curvatura a partir de los 15°. Se evaluó el efecto que tiene la geometría de la sección transversal del canal sobre la eficiencia con cuatro secciones: rectangular, trapezoidal, triangular y elíptica, las cuales muestran diferencias importantes, incrementándose el valor de la eficiencia máxima para la sección triangular y elíptica. El desarrollo de una nueva metodología que permite la calibración de modelos hidrodinámicos y una metodología robusta para medir campos de velocidades con el ADVVPII, la cuantificación del efecto de las características geométricas de los canales curvos y las propiedades del flujo sobre los procesos de separación y magnitudes que caracterizan el flujo secundario, se considera como generación de nuevo conocimiento y se constituyen en el principal aporte al estado del arte de la presente investigación al tema de la separación hidrodinámica de partículas.