Efecto del cambio de velocidad de inyección de aire a través de toberas, inducido en tanques cilíndricos horizontales

Resumen

Se presenta el análisis del flujo en un cilindro horizontal que contiene agua, que está abierto a la atmósfera y que es promovido por la inyección de aire a través de tres toberas, en las cuales se tiene una velocidad de entrada variable. Frente a las toberas se coloca un deflector cónico. El modelo matemático se basa en las ecuaciones de Reynolds-Navier-Stokes para un fluido newtoniano, viscoso, bifásico, en régimen turbulento y en estado permanente; y se resuelve con el método numérico del elemento finito. Los resultados muestran los campos del vector velocidad para las distintas velocidades de entrada 0.025, 0.5, 0.1, 0.15, 0.2 m/s. También se analiza la velocidad azimutal a lo largo del diámetro del depósito para las diferentes velocidades de entrada. Comparando la magnitud del vector velocidad en la parte central inferior del tanque, parte central derecha y parte superior izquierda, y para las velocidades de Vin = 0.2 m/s y Vin = 0.025 m/s, se presentó un incremento del: 218.98, 252.45 y 128.28%, respectivamente. Este mismo comportamiento se obtuvo al comparar las magnitudes máximas de la componente de velocidad tangencial de los flujos de lado izquierdo y central, entre las velocidades de Vin = 0.2 m/s y Vin = 0.025 m/s, encontrándose un incremento de 238.71 y 261.99%, respectivamente. Los resultados muestran que al incrementar la velocidad de entrada del aire se ve mejorado el flujo en el interior del recipiente, aunque no se observa un comportamiento lineal en el intervalo de velocidades considerado. El análisis puede emplearse para mejorar el diseño de este tipo de equipos, que son utilizados en aireación de lodos activados, mezclado y riego de fertilizantes, etc.