Análisis CFD de control de flujo mediante una válvula esférica

• Autores: Hazzi, Fiorella; Cardona, Chiara S.; Pairetti, César Ignacio; Venier, César Martín
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2022;especial(33):21-25
• Materia: VALVULA ESFERICA; FLUJO TURBULENTO; OPENFOAM; COEFICIENTE DE PERDIDA DE CARGA; BALL VALVE; TURBULENT FLOW; OPENFOAM; LOSS COEFFICIENT
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El control del flujo en sistemas de cañerías está presente en muchas aplicaciones de ingeniería y se efectúa mediante distintos componentes. En particular, la válvula esférica consta de un obturador con un orificio cilíndrico que regula el flujo mediante la rotación del mismo, modificando la sección de paso efectiva. En el presente trabajo se estudia este tipo de dispositivos mediante Fluído-dinámica Computacional (CFD). Las simulaciones se llevan a cabo utilizando la plataforma de cálculo SimScale, basada en el software libre OpenFOAM. El principal objetivo de este análisis es ajustar y validar la herramienta numérica para predecir la relación entre el porcentaje de apertura y la pérdida de carga para válvulas con geometrías complejas, observando las estructuras de flujo desarrolladas en las cercanías del obturador. Los modelos utilizados se validan en problemas axisimétricos de conductos con sección constante y con una estricción localizada, comparando con la solución analítica y con simulaciones de referencia, respectivamente. Luego se estudia el caso de una válvula esférica real en régimen turbulento a diferentes aperturas contrastando los resultados con datos experimentales y con simulaciones numéricas realizadas por otros autores. Se observa un buen acuerdo del coeficiente de pérdida de carga para cada uno de los ángulos de apertura estudiados, corroborando a su vez la independencia delmismo frente al número de Reynolds
Flow control in piping systems is present in many engineering applications and is carried out by different components. In particular, ball valves consist of a plug with a cylindrical orifice that regulates the flow through rotation, modifyingt he effective passage section. In the present work, this type of device is studied using Computational Fluid Dynamics (CFD). The simulations are carried out using the SimScale calculation platform, based on the free OpenFOAM software.The main objective of this analysis is to set and validate a numerical tool to predict the relationship between the opening percentage and the pressure loss for normalized valves, analyzing the flow structures developed in the vicinity of theplug. The models used are validated in axisymmetric problems of conduits with constant section and with a localized structure, comparing with the analytical solution and with numerical simulations, respectively. Then the case of a real ball valve in a turbulent regime at different openings is studied, comparing the results with experimental data and with numerical simulations carried out by other authors. A good agreement of the pressure loss coefficient is observed for each of the opening angles studied, verifying its independence on the Reynolds number
Fil: Hazzi, Fiorella. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina
Fil: Cardona, Chiara S.. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina
Fil: Pairetti, César Ignacio. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina
Fil: Venier, César Martín. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina