Evaluación mediante dinámica de fluidos computacional de impulsores hydrofoil mejorados para agitadores utilizados en la suspensión de sólidos en la industria minera

Abstract

En el presente documento de tesis se evalúa el desempeño de un impulsor hydrofoil y versiones mejoradas para operar en un tanque agitador con una pulpa formada por agua y sulfato de cobre, mediante la dinámica de fluidos computacional. En primer lugar, el impulsor original es un impulsor hydrofoil que cuenta con una sección rectangular en sus álabes y ángulo de paso constante en toda la longitud de sus 3 álabes. En segundo lugar, las propuestas de mejora se caracterizan principalmente en que sus álabes cuentan con una sección de perfil aerodinámico NACA 4412 y torsión e inclinación en toda su longitud. Para la evaluación de los impulsores se empleó la dinámica de fluidos computacional mediante el software Ansys Fluent e indicadores de desempeño como torque requerido, flujo másico axial generado, número de potencia, patrón de flujo, entre otros. En cuanto a las condiciones de trabajo, la primera implica el estudio de los impulsores en una mezcla homogénea en régimen estacionario. Mientras en la segunda se evalúan bajo la condición inicial donde la fase líquida del agua y la fase sólida se encuentran separadas aproximando la aplicación de sólidos en suspensión en régimen transitorio. A partir de ello se selecciona la propuesta de mejora con mejor desempeño en operación en mezcla homogénea y finalmente esta es comparada con el impulsor original con el fin de determinar qué modelo logra un estado de suspensión completa bajo el mismo consumo de potencia. Finalmente, luego de analizar al impulsor original, se obtiene como principal resultado la formación de vórtices debajo del cubo y álabes, ello tiene como consecuencia una baja generación de flujo másico axial y se observa que el patrón de flujo obtenido no es completamente axial. Por otro lado, como resultados de la evaluación de los impulsores mejorados propuestos (G1, G3 y G6), se obtiene una notable reducción en la formación de vórtices debajo del impulsor, un incremento en el flujo másico generado y una mejora en el patrón de flujo axial durante la operación. En cuanto a la evaluación en suspensión de sólidos, se obtiene que con la propuesta de mejora G6 se logra un nivel de suspensión de partículas con una mejor distribución en el tanque en menor tiempo de operación bajo el mismo consumo de potencia.