Aplicación de la dinámica de fluidos computacional (CFD) al estudio de geometrías tipo venturi para la producción de cavitación hidrodinámica

Contenido principal del artículo

Sergio Torres
Diego Figueredo
Carlos Ramírez

Resumen

La cavitación, es un efecto hidrodinámico, representado en la liberación de altas cantidades de energía, producto de la despresurización abrupta de una masa fluida y causante de fenómenos sumamente interesantes y beneficiosos en diversos campos de la ingeniería, debido a las múltiples propiedades tanto físicas como químicas que presenta. Teniendo en cuenta lo mencionado anteriormente, en esta investigación se estudiaron los efectos que podrían tener los distintos parámetros geométricos (diámetros, ángulos y longitudes) y físicos (presión, velocidad y número de cavitación) sobre la consecución de la cavitación. Esto se llevó a cabo mediante la simulación de doce diferentes geometrías (realizadas en AutoCAD) en el software comercial ANSYS Fluent 19.0. Finalmente, se obtuvo como resultado la existencia de una alta actividad cavitacional cuando es utilizada una geometría tipo III (longitud de 1 mm y ángulo divergente de 7.5º) sometida a una presión inicial de 10 atmósferas.

Detalles del artículo

Sección
Artículos Vol. 10-2
Biografía del autor/a

Sergio Torres

Facultad de Ciencias e Ingeniería, Grupo de Investigación GIMAC, Universidad de Boyacá.

Diego Figueredo

Facultad de Ciencias e Ingeniería, Grupo de Investigación GIMAC, Universidad de Boyacá

Carlos Ramírez

Facultad de Ciencias e Ingeniería, Grupo de Investigación GIMAC, Universidad de Boyacá.

Citas

Instituto de hidrología, meteorología y estudios ambientales. (2015). Estudio nacional del agua 2014. Bogotá: IDEAM.

Brennen, C. (1995). Cavitation and bubble dynamics. New York: Oxford University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9781107338760

Brennen, C. (2005). Fundamentals of multiphase flow. New York: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511807169

Charrière, B., Decaix, J., & Goncalvès, E. (2015). A comparative study of cavitation models in a Venturi flow. European Journal of Mechanics, B/Fluids, 49(PA), 287–297. https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2014.10.003

Kuldeep, & Saharan, V. K. (2016). Computational study of different venturi and orifice type hydrodynamic cavitating devices. Journal of Hydrodynamics, 28(2), 293–305. https://doi.org/10.1016/S1001-6058(16)60631-5

Bashir, T. A., Soni, A. G., Mahulkar, A. V., & Pandit, A. B. (2011). The CFD driven optimisation of a modified venturi for cavitational activity. Canadian Journal of Chemical Engineering, 89(6), 1366–1375. https://doi.org/10.1002/cjce.20500

Yi, C., Lu, Q., Wang, Y., Wang, Y., & Yang, B. (2018). Degradation of organic wastewater by hydrodynamic cavitation combined with acoustic cavitation. Ultrasonics Sonochemistry, 43, 156–165. https://doi.org/10.1016/J.ULTSONCH.2018.01.013

Gągol, M., Przyjazny, A., & Boczkaj, G. (2018). Wastewater treatment by means of advanced oxidation processes based on cavitation – A review. Chemical Engineering Journal, 338, 599–627. https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2018.01.049

Carpenter, J., Badve, M., Rajoriya, S., George, S., Saharan, V. K., & Pandit, A. B. (2016). Hydrodynamic cavitation: An emerging technology for the intensification of various chemical and physical processes in a chemical process industry. Reviews in Chemical Engineering, 33(5), 433–468. https://doi.org/10.1515/revce-2016-0032

Tukimin, A., Zuber, M., & Ahmad, K. A. (2016). CFD analysis of flow through Venturi tube and its discharge coefficient. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 152(1). https://doi.org/10.1088/1757-899X/152/1/012062

Simpson, A., & Ranade, V. V. (2018). Modelling of hydrodynamic cavitation with orifice: Influence of different orifice designs. Chemical Engineering Research and Design, 136, 698–711. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.06.014

He, N., & Zhao, Z. (2010). Theoretical and numerical study of hydraulic characteristics of orifice energy dissipator. Water Science and Engineering, 3(2), 190–199. https://doi.org/10.3882/j.issn.1674-2370.2010.02.007

Ai, W., & Ding, T. (2010). Orifice plate cavitation mechanism and its influencing factors. Water Science and Engineering, 3(3), 321–330. https://doi.org/10.3882/j.issn.1674-2370.2010.03.008

Nurick, W. H. (1976). Orifice Cavitation and Its Effect on Spray Mixing. Journal of Fluids Engineering, 98(4), 681. https://doi.org/10.1115/1.3448452

Saharan, V. K., Rizwani, M. A., Malani, A. A., & Pandit, A. B. (2013). Effect of geometry of hydrodynamically cavitating device on degradation of orange-G. Ultrasonics Sonochemistry, 20(1), 345–353. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2012.0 8.011

Ferziger, J., & Peric, M. (2002). Computational Methods for Fluid Dynamics. New York: Springer-Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3-642-97651- 3_1

Jain, T., Carpenter, J., & Saharan, V. K. (2014). CFD Analysis and Optimization of Circular and Slit Venturi for Cavitational Activity. Journal of Material Science and Mechanical Engineering, 1(1), 28–33

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