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Flujos confinados en SolidWorks Flow Simulation

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Flujos confinados en solidworks flow simulation

En muchas industrias se utilizan diferentes clases de fluidos en grandes cantidades, como por ejemplo: agua, lácteos, endulzantes, entre otros varios. Estos fluidos se encuentran restringidos físicamente en el interior de contenedores de modo que no es posible prescribir de antemano algunas características como presión y velocidad.

Es común que los contenedores incluyan boquillas y tubos como salidas y entradas. Los diámetros de los tubos son variables por lo cual las velocidades de los fluidos son variantes.

Para el análisis de estos contenedores se emplea la ecuación de más uso y abuso en mecánica de fluidos: La ecuación de Bernoulli. Considere un fluido confinado en un depósito con una entrada y una salida. Si el flujo es estable, de modo que no hay acumulación adicional de fluidos, la razón con la que entra el fluido debe ser igual a la que sale.

Para ejemplificar la aplicación de esta ecuación, veamos el siguiente ejemplo: A través de un depósito fluye de manera estable agua. El contenedor tiene una salida y entrada de diámetros 0.1m y 0.2m, respectivamente. Determine el caudal (m3/s) que debe entrar en el depósito si la profundidad y presión del agua permanece constante a h=2.0m.

Primero lo resolveremos de forma analítica y después se validará con Solidworks Flow Simulation

  • Solución analítica.

 

  • Validación en SOLIDWORKS Flow Simulation

Se ingresa como entrada del recipiente el valor del caudal calculado. Una vez que se realiza la solución, se obtienen las siguientes velocidades en el recipiente:

 

Si se pone énfasis en la salida, se puede apreciar un perfil de velocidades, el cual se conoce como “Capa límite de velocidad”, al no ser un perfil regular, en la ecuación de Bernoulli, se calcula la velocidad promedio.                     Como puede observarse el cálculo en Flow Simulation es bastante cercano al resultado analítico, donde el primero toma en gran consideración el efecto de la capa límite de velocidad.

El estudio de los perfiles de velocidades tiene un sinfín de aplicaciones. Desde sencillas como la que acabamos de analizar hasta complejas dentro del sector industrial, en especial en contenedores y sistemas de tuberías donde coexisten múltiples entradas y salidas, dificultando el cálculo teórico.

No tener al alcance la capacidad de predecir el impacto de dichos flujos en el control de un proceso resulta riesgoso y costoso si no se utiliza ningún tipo de herramienta de simulación. El análisis de Solidworks Flow Simulation permite incrementar la eficiencia y calidad de un sinfin procesos industriales.

 

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