ESTUDO DA HOMOGENIZAÇÃO DE UM TANQUE DE MISTURA DE DIESEL COM O USO DA FLUIDODINAMICA COMPUTACIONAL

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1 ESTUDO DA HOMOGENIZAÇÃO DE UM TANQUE DE MISTURA DE DIESEL COM O USO DA FLUIDODINAMICA COMPUTACIONAL AUTORES: Helver Crispiniano Alvarez Castro Fredy Antonio Cabrales Waldir Pedro Martignoni Adriana Soares Ito ORIENTADOR: Prof. Dr. Jose Roberto Nunhez CO-ORIENTADOR: Dr. Nicolas Spogis

2 Objetivos: Desenvolver um modelo de simulação dinâmica para um tanque de mistura de diesel de larga escala utilizando a técnica CFD (computacional fluid dynamics) no qual pode-se estimar diferentes parâmetros e propriedades manipulando algumas de suas variáveis operacionais. Estudar a dinâmica do processo de homogeneização, decantação e suas principais variáveis além do tempo ótimo para os processo. Determinar a energia consumida no processo. Justificativas: Otimização do tempo de produção (diminuir tempo de mistura e decantação). Redução de estoque imobilizado Garantia da qualidade do produto na entrega aos clientes. Economia de energia.

3 Cronograma de Trabalho.

4 FLUIDO DINÁMICA COMPUTACIONAL IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA ANSYS CFX 12 A. Definir objetivos B. Definir domínios PRE PROCESSAMENTO DO PROJETO FLUIDO DINAMICA EXPERIMENTAL REPRESENTAÇÃO REAL Experimental Literatura C. Geometria D. Malha E. Física do problema F. Parâmetros para convergência SOLUÇÃO G. Solução computacional PÓS - PROCESSAMENTO H. Examinar resultados I. Aceitação do modelo

5 Caso 1 Tanque real com Impelidor radial Testes preliminares Caso 2 Tanque real com Impelidor axial Caso 3 Tanque real com Impelidor Naval CASO 4 MELHORANDO MALHA Testes com modelo real CASO 5 MELHORANDO PARAMETROS DE CONVERGENCIA CASO 5 A CASO 5 B Testes mudando a transiente Modelo Real ESTACIONARIO TRANSIENTE

6 Considerações: Tanque totalmente carregado no inicio da operação Propriedades do fluido constantes Transferência de calor desprezível Velocidade de rotação constante Simulação em estado estacionário Sistema composto por uma fase liquida Efeito do eixo desprezível TABELA 1 Resumo dados mecânicos

7 Tanque parametrizado para adaptar a qualquer tipo de dimensões. Impelidores podem ser alterados sem a necessidade de refazer a geometria do tanque. Representação do projeto gerado no workbench 21.0.

8 C. Geometria AutoCAD, Parasolid, ACIS, STEP, IGES SCAN 3D de Sólidos compatíveis com formatos.cad CASO 1 Impelidor radial CASO 2 Impelidor axial CASO 3 Impelidor naval Dominio impeller Tanque dimensões reais

9 B. Malha tanque

10 Caso 1 Caso 2 Caso 3 Vistas frontais do tanque com os diferentes impelidores

11 Caso 1 Caso 2 Visualização Streamline Visualização Streamline Visualização Vetorial Visualização Vetorial Visualização por planos Visualização por planos

12 Caso 3 Modelo real Visualização Streamline Não é um modelo confiável já que o domínio estacionário ainda não está convergido. Visualização Vetorial Visualização por planos

13 CASO 5 A CASO 5 B Visualização Streamline Visualização Streamline Visualização Vetorial Visualização Vetorial Visualização por planos Visualização por planos

14 Conclusões para os testes preliminares Para os testes preliminares caso 1 e caso 2 os perfis estão acorde a o que descreveria um impelidor radial e axial, mesmo percebendo que a simulação levou ao redor de 700 e 3000 iterações para conseguir a convergência do domínio do tanque. No caso 3 os perfis de velocidade representa perfis parecidos com o modelo axial, mas o domínio do tanque ainda não ha convergido, então não se pode confiar que os resultados estejam descrevendo um fenômeno fluidodinâmico real.

15 Conclusões para o modelo real No caso 4 com o melhoramento da malha podemos adiantar que o problema da convergência do domínio do tanque não tem que ver com a qualidade da mesma, mas é bom ter um refino mais apropriado para ter alguns resultados muito mais confiáveis. O caso 5 esta sendo testado com os métodos de interpolação e o controle de convergência, já se conseguiu a convergência do domínio do tanque, mas ainda falta ajustar os modelos para ter certeza de que os perfis mostrados descrevem a verdadeira fluidodinâmica.

16 Continuidade da pesquisa Dando continuidade ao projeto de pesquisa, deve-se ajustar da melhor maneira o modelo real. Precisa-se gerar malhas de melhor qualidade para os domínios rotativo e estacionário. Conhecendo a fluidodinâmica do processo procede-se a estimar o tempo de mistura por meio de traçadores passivos. Com o modelo adequado concluído, realizará a determinação do tempo de mistura e uma eventual otimização do processo.

17 [1] Joaquim Junior,C.F., Cekinski, E., Nunhez, J. R. e Urenha, L. C. Agitação e mistura na indústria. LTC Editora, [2] J.H. Ferziger and M. Peric, Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer, [3] C. Hirsch, Numerical Computation of Internal and External Flows. Vol. I and II. John Wiley & Sons, Chichester, [4] P. Wesseling, Principles of Computational Fluid Dynamics. Springer, [5] C. Cuvelier, A. Segal and A. A. van Steenhoven, Finite Element Methods and Navier-Stokes Equations. Kluwer, [6] S. Turek, Efficient Solvers for Incompressible Flow Problems: An Algorithmic and Computational Approach, LNCSE 6, Springer, [7] R. Löhner, Applied CFD Techniques: An Introduction Based on Finite Element Methods. John Wiley & Sons, [8] J. Donea and A. Huerta, Finite Element Methods for Flow Problems. John Wiley & Sons, [9] ANSYS. (diversos autores). Manuais do CFX 10.0 e 11.0, arquivos on-line, [10] [11]