Análisis de una válvula en CFD

Abstract

L'objectiu d'aquest treball de final de grau és parametritzar i descriure el funcionament de les vàlvules de bola que formen part d'una bomba dosificadora. L'estudi s'ha realitzat utilitzant el programa COMSOL Multiphysics, ja que facilita la implementació de més d'una física en un mateix estudi. En primer lloc, s'ha realitzat un estudi estacionari per tal d'esbrinar les pèrdues de pressió que pateix el flux quan circula un cabal específic a través de la vàlvula amb l'obturador en diferents posicions. El cabal estudiat varia des dels 0l/h als 600l/h. Aquestes simulacions, s'han realitzat amb cinc fluids diferents: aigua, aigua amb sal, glicerina 94%, glicerina 98% i glicerina 100%. La segona part consisteix en analitzar la vàlvula en règim transitori utilitzant el mòdul multifísic de FSI ("Fluid Structure Interaction"). Aquests estudis igual que els anteriors, s'han realitzat amb els cinc fluids ja esmentats. Aquesta simulació descriu d'una forma més detallada el funcionament de la vàlvula, ja que és el fluid el que interacciona amb l'obturador. Finalment, s'han implementat els dos tipus d'estudis realitzats en dues aplicacions amb una interfície d'ús senzilla amb una finalitat acadèmica o informativa, aquestes aplicacions són eines molt útils ja simplifiquen la configuració del model d'elements finits i d'aquesta manera qualsevol persona pot realitzar els seus estudis.

El objetivo de este trabajo de final de grado es parametrizar y describir el funcionamiento de las válvulas de bola que forman parte de una bomba dosificadora. El estudio se ha realizado utilizando el programa COMSOL Multiphysics, ya que facilita la implementación de más de una física en un mismo estudio. En primer lugar, se ha realizado un estudio estacionario con el fin de averiguar las pérdidas de presión que sufre el flujo cuando circula un caudal específico a través de la válvula con el obturador en diferentes posiciones. El caudal estudiado varía desde los 0l/h a los 600l/h. Estas simulaciones, se han realizado con cinco fluidos diferentes: agua, agua con sal, glicerina 94%, glicerina 98% y glicerina 100%. La segunda parte consiste en analizar la válvula en régimen transitorio utilizando el módulo multifísico de FSI (“Fluid Structure Interaction”). Estos estudios al igual que los anteriores se han realizado con los cinco fluidos ya mencionados. Esta simulación describe de una forma más detallada el funcionamiento de la válvula ya que es el fluido el que interacciona con el obturador. Por último, se han implementado los dos tipos de estudios realizados en dos aplicaciones con una interfaz de uso sencilla con fin académico, comercial o informativo. Estas aplicaciones son herramientas muy útiles ya simplifican la configuración del modelo de elementos finitos al mínimo y de esta forma cualquier persona puede realizar sus estudios.

The objective of this final degree project is to parameterize and describe the operation of the ball valves that are part of the metering pumps. The study was carried out using the COMSOL Multiphysics program, since it facilitates the implementation of more than one physics in the same study. Firstly, a stationary study has been carried out in order to find out the pressure losses suffered by the flow when a specific flow rate circulates through the valve with the ball in different positions. The flow studied varies from 0l/h to 600l/h. These simulations have been carried out with five different fluids: water, salted water, glycerin 94%, glycerin 98% and glycerin 100%. The second part consists of analyzing the valve in transient regime using the FSI multiphysical module (“Fluid Structure Interaction”). These studies, like the previous ones, have been carried out with the five fluids already mentioned. This simulation describes in more detail the operation of the valve since it is the fluid that interacts with the ball. Finally, the two types of studies have been implemented in two applications with a user- friendly interface for academic or informative use.Tthese applications are very useful tools since they simplify the configuration of the finite element model to a minimum and thus any person can carry out their studies.