Modelo CFD en 2D para el análisis de presiones subatmosféricas en el proceso de vaciado de una tubería simple con entrada de aire

Abstract

Los estudios de las presiones subatmosféricas han sido muy detallados en las operaciones de llenado de tuberías, pero su estudio en los procesos de vaciado ha sido muy escaso debido a que se han realizado pocos modelos experimentales y numéricos que predicen dicho fenómeno. Un grupo de autores formularon un modelo matemático con el objetivo de estudiar este fenómeno en el proceso de vaciado acompañado de sus casos experimentales en la Universidad Politécnica de Valencia, España, basado en varias pruebas en una tubería simple de 4.36 metros de longitud, 42 milímetros de diámetro interno, la cual posee una bolsa de aire atrapada aguas arriba cuyas dimensiones son conocidas, y se realizaron unos orificios que simularon la admisión de aire a través de una ventosa. Para la medición de las presiones subatmosféricas de la bolsa de aire se utilizó un transductor de presión para obtener resultados en diferentes condiciones, y posteriormente se comprobó sus respectivos comportamientos a través del modelo en 1D. Para comprobar este fenómeno a través del modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) en 2D, se trabajó en el software OpenFOAM, determinando dentro del mismo las dimensiones geométricas equivalentes, las condiciones de contorno conforme a las condiciones reales en las que se realizaron los casos experimentales, y posteriormente la elección de un modelo turbulento para garantizar mayor precisión en los valores numéricos. De acuerdo con los resultados obtenidos, se comprobó que el comportamiento de la presión de la bolsa de aire en el modelo CFD es similar al comportamiento en los casos experimentales y el modelo matemático propuesto, incluso se convierte en un factor de investigación para la prueba a través de una representación en 3D y su respectiva comparación con estos modelos en cuanto a sus resultados, además de una exploración de diferentes modelos de turbulencia.