diseño y construcción de un sistema de recolección de partículas de
Contents
1. Cie 144 Che 1 92 Cp 0 408 cx 10 o l Estos valores fueron determinados por experimentos con aire y agua para flujos turbulentos fundamentales cortantes incluidos flujos cortantes homog neos Estos fueron encontrados para trabajar bastante bien con un amplio rango de flujos limitados por paredes y flujos libres de cortante ECUACI N DE BERNOULLI La ecuaci n de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido bajo condiciones variantes y tiene la forma siguiente P1 v Pj Vi HZ 1 EZ T Ec 6 pg lo 2g po du 6 En la ecuaci n de Bernoulli intervienen los par metros siguientes e P Esla presi n est tica a la que est sometido el fluido debida a las mol culas que lo rodean e p Densidad del fluido e v Velocidad de flujo del fluido e g Valor de la aceleraci n de la gravedad 9 798 ala altura de Latacunga e Z Altura sobre un nivel de referencia Aplicabilidad Para llegar a la ecuaci n de Bernoulli se han de hacer ciertas suposiciones que nos limitan el nivel de aplicabilidad e El fluido se mueve en un r gimen estacionario o sea la velocidad del flujo en un punto no var a con el tiempo e oe desprecia la viscosidad del fluido que es una fuerza de rozamiento interna e oe considera que el l quido est bajo la acci n del campo gravitatorio nicamente CORRECCI N DE LA DENSIDAD El funcionamiento de un ventilador depende de la densidad del gas que est manejando2. 2011 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 16 Recorrido de las part culas y su tiempo de permanencia Caso 2 vista 1 1 60e 01 1 52e 01 1 44e 01 1 36e 01 1 28e 01 1 20e 01 1 12e 01 1 04e 01 9 59e 00 8 79e 00 7 99e 00 7 19e 00 6 39e 00 5 59e 00 4 79e 00 3 99e 00 3 20e 00 2 40e 00 1 60e 00 7 99e 01 0 00e 00 Particle Traces Colored by Particle Residence Time s Jan 13 2011 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 17 Recorrido de las part culas y su tiempo de permanencia Caso 2 vista 2 1 52e 01 NS 1 44e 01 1 36e 01 1 28e 01 1 20e 01 1 12e401 1 04e 01 9 59e 00 8 79e 00 7 99e400 7 19e400 6 39e 00 5 59e 00 4 79e 00 3 99e 00 3 20e 00 2 40e 00 1 60e 00 7 99e 01 0 00e 00 Particle Traces Colored by Particle Residence Time s Jan 13 2011 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 18 Recorrido de las part culas y su tiempo de permanencia Caso 2 vista 3 Tabla 3 An lisis de las velocidades en la cabina AN LISIS CABINA COMPLETA EN 3D Vect V m x N Tipo de Intervalo de N N V m x Vm x Pin Vm Pin Software An lisis elemento elementos elementos nodos m s m s m s m s Observaciones Ansys Ansys Ansys Ansys Flowizard 7212 1628 17 87 11 83 0 772 0 581 k e NB SOU Flowizard 6 Tetraedo 0 08 64883 13457 18 42 11 83 0 764 0 579 k e NB SOU 7 9 7 Tetraedro 0 05 186550 37390 21 74 11 83 0 771 0 583 k e NB SOU Flowizard 249004 4960
3. J Navarro Ed AMV 2002 PUBLICACIONES ECUADOR MINISTERIO DE TRABAJO Y EMPLEO Reglamento de seguridad y salud de los trabajadores y mejoramiento del medio ambiente de trabajo s f p 5 BAKKER ANDR Lecture 5 Solution Methods Applied Computational Fluid Dynamics O Fluent Inc NORMA AWS D1 1 Structural Welding Code 2006 Especificaciones m nimas de tama os de soldadura s f p 69 GABRIEL WECEL Cyclone Fluent tutorial 2009
4. del flujo Las nuevas ecuaciones ser n exactas para este campo no para el campo exacto del flujo turbulento Un campo promedio del flujo significa que cualquier propiedad se vuelve constante en el tiempo El resultado de usar la descomposici n de Reynolds en las ecuaciones de Navier Stokes es conocido como RANS o Reynolds Averaged Navier Stokes Equations Modelo est ndar de turbulencia k Los m s simple de los modelos completos de turbulencia son los modelos de 2 ecuaciones en los que la soluci n de dos ecuaciones de transporte separadas permiten determinar la velocidad de turbulencia y la escalas de longitud independientemente El modelo est ndar k usado en ANSYS FLUENT es una herramienta muy til en la ingenier a pr ctica desde que fue propuesto por Launder y Spalding Sus ventajas como su robustez econom a uso de memoria tiempo y su precisi n razonable para un amplio rango de flujos turbulentos le han dado un puesto en el an lisis de flujos industriales y las simulaciones de transferencia de calor Este es un modelo semi emp rico y la derivaci n de las ecuaciones del modelo se basa en las consideraciones fenomenol gicas y emp ricas Al conocerse las fortalezas y debilidades del m todo est ndar se han realizados mejoras para mejorar el rendimiento Dos de esas variantes disponibles en ANSYS FLUENT son el RNG k model y Realizable k model El modelo k est ndar se basa en ecuaciones de transp
5. 0900 14 0 of of 000 Promedio total Valor te rico 0 5855 m s que es el promedio de los valores de Ansys Fluent 0 586 m s y Flowizard 0 585 m s con la malla de mejor calidad 0 5 0 5855 MW Error 05855 x 100 14 696 MEDICI N EN LA ENTRADA DEL CUARTO DE SUCCI N Los resultados de las mediciones en la entrada del cuarto de succi n son las siguientes 2 5 O Q o Q Q Tabla 13 Mediciones de las velocidades del aire en la entrada del cuarto de succi n Mediciones P HET ku as 84 34 33 3167 al 09 09 1 0933 4 o7 08 os 0 767 e 5 13 11 12 1 200 8 le os oz or 0735 0 0 0 0033 el oa o ol 0 o1 0 33 Promedio total 0 863 Valor te rico 0 8405 m s que es el promedio de los valores de Ansys Fluent 0 828 m s y Flowizard 0 853 m s con la malla de mejor calidad 0 863 0 8405 Error 108405 100 2 68 PROYECTO TERMINADO Figura 20 Cabina completa Figura 21 Ducto de salida completo CONCLUSIONES 1 Al finalizar el proyecto y realizar las pruebas correspondientes de funcionamiento se obtuvo un porcentaje de recolecci n promedio del 6896 valor que nos permite decir que el resultado es sumamente satisfactorio ya que el proceso de recolecci n se lo realiza manualmente Debido a factores como facilidad de adquisici n costo rendimiento facilidad de montaje e instalaci n se utiliz un ventilador de tipo centr fugo con
6. 1 11 83 0 776 0 585 k e NB SOU 8 NM aal am PETRI mg Fluent GAMBIT 111699 21589 13 1 0 766 0 579 PBS k e L FOU SOU EF I ETUPUETEPPUC NN Flowizard 10 GAMBIT 111699 21589 18 01 11 83 0 761 0 578 k e NB SOU Tabla 4 An lisis de la cabina completa AN LISIS CABINA COMPLETA MUEBLE EN POSICI N VERTICAL V V m x Vm Tipo de Intervalo de N N m x Pin Pin Software N An lisis elemento elementos elementos nodos m s m s m s m s Observaciones Flowizard 4 2 2 6 8 Ansys Tabla 5 An lisis de las velocidades en el cuarto de succi n ANALISIS CUARTO DE SUCCION SECCION DE FILTROS Y RECOLECCION DE POLVO EN 3D Intervalo Vect V m x N Tipo de de N N V m x Vm x Pin Vm Pin Observaciones Software An lisis elemento elementos elementos nodos m s m s m s m s i dud ad an unl aj d RR Ansys e L FOU SOU Fluent 1 Tetraedro 0 04 92979 19107 17 7 22 9 5 19 0 828 Vfiltros OEA altareto ooa 020791 1107 z0956 11881 5309 9858 kemesou 2 Tetraedro 0 04 92979 19107 20 856 11 83 5 309 0 853 k e NB SOU Tabla 6 Diferencias en los an lisis pri ao re ui avo m N An lisis Intervalo veces de dif m s m s time 90 5760722 0 18 4m 90 57671 0 055 o Sleg 29 121607 0 382 els 13 62454 0 136 Tabla 7 C digos utilizados Tabla 8 Condiciones de frontera utilizadas LA CODIGO Condiciones de Frontera PBS Pressure
7. 401 1 06e 01 1 01e 01 9 62e 00 9 13e 00 8 65e 00 8 17e 00 7 69e 00 7 21e400 6 73e 00 6 25e400 5 778 00 5 29e400 4 81e 00 4 338 00 3 85e 00 3 37e 00 2 88e 00 2 40e 00 1 928 00 1 44e 00 9 62e 01 4 81e 01 0 00e 00 Contours of Velocity Magnitude m s Dec 24 2010 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 8 Contornos de velocidad con 249004 elementos 2 10e 01 2 02e 01 1 95e 01 1 89e 01 1 83e 01 1 77e401 1 70e 01 1 64e 01 1 58e 01 1 51e 01 1 45e 01 1 39e 01 1 328 01 1 26e 01 1 20e 01 1 13e 01 1 078 01 1 01e 01 9 46e400 8 83e 00 8 20e 00 7 57e400 6 94e 00 6 30e 00 5 678e 00 5 04e 00 4 41e 00 3 78e 00 3 15e 00 2 52e 00 1 89e 00 1 26e 00 6 30e 01 1 81e 05 Velocity Vectors Colored By Velocity Magnitude m s Dec 24 2010 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 9 Vectores de velocidad con 249004 elementos 7 73e 01 7 43e 01 7 19e 01 6 96e 01 6 73e 01 6 50e 01 6 27e 01 6 03e 01 5 80e 01 5 57e 01 5 34e 01 5 10e 01 4 87e 01 4 64e 01 4 41e 01 1 398 01 1 16e 01 9 28e 02 6 96e 02 4 64e 02 2 32e 02 z 0 00e 00 Y x Contours of Velocity Magnitude m s Dec 24 2010 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 10 Contornos de velocidad en la cara frontal con 249004 elementos Cuarto de succi n con Malla con 92979 elementos Re siduals velo i 1e 00 1e 01 1e 02 1e 03 V i A f NA JN ANA A V yo La le lv 1 ln ln UR I M
8. Art culo original DISENO Y CONSTRUCCI N DE UN SISTEMA DE RECOLECCI N DE PART CULAS DE PINTURA ELECTROST TICA PARA EL CENTRO DE PRODUCCI N E S P E LATACUNGA Arrieta Barbour Alan Germ n Espinoza Yumi Carlos David Egresados de la Carrera de Ingenier a Mec nica ESPE RESUMEN Este proyecto surgi de la necesidad que exist a en el rea de pintura especial del Centro de Producci n de la ESPE sede Latacunga donde el proceso de pintado se encontraba incompleto en sus fases al no existir un ambiente controlado de trabajo para pintar los productos manufacturados en este Centro de Producci n Para llevar a cabo este proyecto se tomaron en cuenta varios aspectos como el espacio f sico disponible el presupuesto asignado la utilizaci n de los conocimientos adquiridos y la investigaci n necesaria para el cumplimiento satisfactorio de los objetivos buscados oe procedi a dise ar la cabina llegando a establecerse una cabina tipo Batch una base met lica m vil de trabajo con la ayuda del software SAP2000 oe seleccion el sistema de recolecci n m s adecuado sistema de panel de filtros con un cuarto de succi n independiente un ventilador de tipo centr fugo para generar la presi n negativa necesaria para obtener una alta eficiencia de captaci n Los programas utilizados para analizar la din mica del fluido de este sistema fueron ANSYS FLUENT versi n 12 1 y FLOWIZARD versi n 2 0 4 Las pruebas de captaci n de pintura di
9. As todos los ventiladores est n catalogados en una condici n est ndar definida como el aire a 70 F a nivel del mar con una densidad del gas de 0 075 Ib ft a una presi n barom trica de 29 92 in Hg pulgadas de mercurio En cualquier otra condici n los HP de potencia requeridos por el ventilador y su habilidad para desarrollar presi n variar n Por lo tanto cuando la densidad del gas no es la est ndar de 0 075 Ib ft se deben aplicar factores de correcci n a los valores de catalogo con el prop sito de seleccionar el ventilador correcto el motor y la transmisi n Se utiliz la siguiente f rmula de correcci n Robert L Mott Mec nica de Fluidos Prentice Hall H C Metcalse Qu mica Moderna P gina 204 p p lY T Ec 7 Donde las variables prima son a las condiciones buscadas y las otras variables son a condiciones normales RESULTADOS Resultados del an lisis de la din mica del fluido con Ansys Fluent Cabina de pintura y cuarto de succi n Sistema completo con el mueble de mayores dimensiones 2m 1m 0 6m producido en el Centro de Producci n Malla con 249004 elementos 1e 01 1e 02 7 1e 03 1e 04 1e 05 1e 06 T T T T T T T T T T T 1 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Iterations Scaled Residuals Dec 24 2010 ANSY S FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 3 Residuales con 249004 elementos Mesh Dec 24 2010 ANSY S FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Fi
10. IE Corrosi n y Control de Corrosi n J W amp Sons Editors New York 1985 MOTT L ROBERT Mec nica de Fluidos Aplicada Traducido del ingl s por Carlos R Cordero P Homero F Samaniego Cuarta ed M xico Editorial Pearson 1996 p 157 NILS R GRIMM ROBERT C ROSALER Manual de Calefacci n ventilaci n y aire acondicionado Primera ed Espa a McGraw Hill Interamericana de Espa a S A 1996 pp 1 2 7 11 13 23 28 29 30 32 H C METCALFE J E WILLIAMS J F CASTKA Qu mica Moderna Traducido del ingl s por el Dr Ing Qu mico Carlos A Cruz R Mar a L Avalos P Primera ed M xico Nueva editorial Interamericana 1984 p 204 JOSEPH E SHIGLEY CHARLES R MISCHKE Dise o en ingenier a mec nica Traducido del ingl s por Javier Le n C rdenas Sexta ed M xico McGraw Hill 2002 pp 549 550 553 RODGER TALBERT Paint Technology Handbook Primera ed Estados Unidos CRC Press Taylor and Francis Group 2008 Pp 153 157 CENGEL A YUNUS Transferencia de calor y masa Traducido del ingl s por Jos H P rez C Javier E Brito Tercera ed M xico McGraw Hill 2007 p 863 LEWIS NITHIARASU Fundamentals of the Finite Element Method for Heat and Fluid Flow Primera ed Editorial Wiley 2004 pp 38 39 MATTIUSSI The FV FD FE Methods as Numerical Methods for Physical Field Problems Primera ed Italia Editorial Nirlav 2000 pp 255 263 B E LAUNDER AND D B SPALDING ectures in Mathematical Models of Turbulen
11. Y 1e 04 bd RRA RA e 05 1e 06 0 200 400 600 800 1000 1200 Iterations Scaled Residuals Dec 25 2010 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 11 Residuales del an lisis del cuarto de succi n Mesh Dec 25 2010 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 12 Malla del an lisis del cuarto de succi n 1706 01 1 65e 01 1 59e 01 1 54e 01 149e401 143e401 1 38e401 1 33e401 127e401 122e 01 ff 117e401 2 1 12e 01 1 06e 01 1 01e 01 9 56e 00 9 03e 00 8 50e 00 7 97e400 7 44e 00 6 90e 00 6 378 00 5 84e 00 5 31e 00 4 78e 00 4 25e 00 3 72e 00 3 19e 00 2 66e 00 2 12e 00 1 59e 00 Y 1 06e 00 Z 5 31e 01 0 00e 00 X Contours of Velocity Magnitude m s Dec 25 2010 ANSY S FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 13 Contornos de velocidad del an lisis del cuarto de succi n 2 29e401 2 06e 01 1 38e 01 1 15e 401 9 17e400 ES ue EIAS 6 88e 00 4 59e 00 2 30e 00 4 07e 03 X Velocity Vectors Colored By Velocity Magnitude m s Dec 25 2010 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 14 Vectores de velocidad del an lisis del cuarto de succi n 5 19e 00 4 67e 00 4 15e 00 3 63e 00 3 12e 00 2 60e 00 2 08e 00 1 56e 00 1 04e 00 5 19e 01 0 00e 00 Contours of Velocity Magnitude m s Dec 25 2010 ANSY S FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 15 Contornos de velocidad en el panel de filtros del an lisis del cuarto de succi n An lisi
12. based Solver Pressure inlet First Order Upwind Velocity inlet FLUENT SOU Second Order Upwind Least Square Cell Based Gradient Eval Node based Gradient Evaluation k e K epsilon turbulent viscous model Figura 19 Gr fica de velocidad media de cara vs N elementos Flowizard Vm cara Vs N92e ON A mooss Y 7 J 56 A y 2E 08x 0 579 AA 70 583 50000 100000 150000 200000 250000 300000 Fluent Flowizard Figura 10 Gr fica comparativa de velocidad media de cara vs N elementos de ambos programas PRUEBAS Est prueba se realiz sin la presencia de ning n mueble met lico dentro de la cabina esto nos asegur una medida exacta del porcentaje de pintura en polvo que se recolect dentro del sistema oe siguieron los siguientes pasos Pesar 4 libras de pintura en polvo mediante una balanza de Apreciaci n igual a 0 1 lb oe procedi a cargar el equipo electrost tico con este material oe encendi el ventilador y se roci la pintura dentro de la cabina simulando la operaci n de pintado Luego de esto se procedi a extraer las part culas de pintura de los filtros y malla pre filtrante oe repiten todos los pasos anteriores para realizar otra prueba con un peso de 2 Ib Resultados obtenidos Luego de haber realizado las pruebas se realizaron las mediciones respectivas encontrando lo siguiente Tabla 9 Resultados de la prueba Prueba Lectura inicial Lectura final Porcen
13. ce Academic Press London England 1972 ROBERT L MOTT Mec nica de fluidos Traducido del ingl s por Javier Enriquez Brito Sexta ed M xico Pearson 2006 Pp 167 522 572 CAT LOGOS Y MANUALES GLOBAL FINISHING SOLUTIONS Cat logo Powder Booths 2006 6 p UNITED AIR SPECIALISTS INC Cat logo Compact media dust collector BDC series s f p 4 GREENHECK Cat logo de Ventiladores centr fugos de uso comercial 2005 pp 6 7 SOLER amp PALAU Cat logo Ventiladores Centr fugos serie CM y CMA 2010 p 51 SOLER amp PALAU Manual Pr ctico de Ventilaci n s f p 40 GREENHECK Manual de instalaci n operaci n y mantenimiento de ventiladores centr fugos industriales 1999 p 12 NYB Engineering letter of the New York Blower Company Temperature and altitude affect fan selection s f p 2 ANSYS FLUENT V12 1 Theory guide tutorials and user manual SISTEMA DE DISTRIBUCI N DE AIRE Y C LCULO DE CONDUCTOS S ntesis an nima de las siguientes referencias Manual de Aire Acondicionado Carrier 1996 Cap tulo 2 y 6 Thermal Environmental Engineering Thomas H Kuehn James W Ramsey James L Threlkeld Ed Prentice Hall 1998 Cap tulo 18 ASHRAE Handbook Fundamentals SI Edition ASHRAE 1997 Cap tulo 32 C lculo de conductos de aire A Fontanals Ed CEAC 1997 Ventilaci n Industrial E Carnicer Ed Paraninfo 1994 Cap tulos 3 y 4 C lculos en climatizaci n Ejercicios Resueltas E Torrella R Cabello
14. eron como resultado un promedio de eficiencia del 6896 El promedio de velocidad del aire medido en la cara abierta de la cabina es de 0 5 m s Se realiz un an lisis econ mico y financiero para calcular la depreciaci n del sistema completo y adem s el tiempo de recuperaci n de la inversi n total el cual result en un ahorro mensual de 421 88 La inversi n total ser recuperada en aproximadamente 10 meses Palabras clave recolecci n ventilador pintura electrost tica fluidos captaci n velocidad del aire This project arose from the need that existed in the area of special paint Production Centre based ESPE Latacunga where the painting process was incomplete in its early stages the absence of a controlled environment for painting work on manufactured goods the Production Center To carry out this project took into account several aspects such as physical space the budget the use of knowledge and research required for the successful fulfillment of the objectives We proceeded to design the cabin arriving at a booth set up Batch a working mobile metal base with the help of software SAP2000 We selected the most appropriate collection system system panel filter with suction quarter alone a centrifugal fan to generate the necessary negative pressure for high collection efficiency The software used to analyze the fluid dynamics of this system were ANSYS FLUENT version 12 1 and FLOWIZARD version 2 0 4 Uptake tests resulted paint
15. gura 4 Malla de 249004 elementos 3 99e 03 3 83e 03 3 71e 03 3 59e 03 3 470 03 3 35e 03 3 23e 03 3 11e 03 2 99e403 2 87e 03 2 75e 03 2 63e403 2 51e 03 2 39e 03 2 27e 03 2 15e403 2 03e 03 1 91e 03 1 80e 03 1 68e 03 1 56e 03 1 44e 03 1 32e 03 1 20e 03 1 08e403 9 57e H02 8 38e 02 7 18e 02 5 98e 02 4 79e 02 3 59e 02 2 39e 02 1 20e 02 1 01e 11 Contours of Turbulent Dissipation Rate Epsilon m2 s3 Jan 04 2011 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 5 Contornos de raz n de disipaci n de turbulencia con 249004 elementos 3 19e402 2 87e 02 2 55e 02 2 23e 02 1 92e 02 1 60e 02 1 28e402 9 58e 01 6 39e 01 3 20e401 6 35e 02 Contours of Turbulent Intensity 84 Jan 04 2011 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 6 Contornos de intensidad de turbulencia con 249004 elementos 1 82e 01 1 75e401 1 70e 01 1 64e 01 1 59e401 1 53e 01 1 48e401 1 42e401 1 37e401 1 31e401 1 26e 01 1 20e 01 1 15e401 1 09e401 1 04e401 9 85e 00 9 30e H00 8 75e H00 8 20e 00 7 66e 00 7 11e 00 6 56e 00 6 02e 00 5 478 00 4 92e400 4 38e 00 3 83e H00 3 28e 00 2 73e 00 2 19e 00 1 64e 00 1 09e 00 547e 01 4 94e 08 Contours of Turbulent Kinetic Energy k m2 s2 Jan 04 2011 ANSYS FLUENT 12 1 3d dp pbns rke Figura 7 Contornos de energ a cin tica de la turbulencia con 249004 elementos 1 60e 01 1 54e 01 1 49e 01 1 44e 01 1 39e 01 1 35e401 1 30e 01 1 25e 01 1 20e 01 1 15e 01 1 11e
16. i y un l mite de rotura m nimo de 410 MPa 58 ksi Parantes y Vigas Perfil en L MATERIALES DE LAS PAREDES Y SOPORTE La siguiente tabla nos muestra los materiales escogidos para la construcci n de las paredes y soporte as tambi n como sus propiedades Tabla 2 Materiales de construcci n paredes y soporte PARTE TIPO MATERIALES CARACTERISTICAS Resistente a la corrosi n Pared Recubrimiento de posterior Planchas de acero Acero Zinc Resistente a la abrasi n lateral y e 0 75 mm galvanizado Protecci n integral de los superior elementos internos F cil de pintar Tubo cuadrado El acero A36 es una aleaci n de Soporte de 20x20x2mm acero al carbono de prop sito muebles Tubo cuadrado general 25x25x20mm Acero ASTM Tiene una densidad de 7850 kg m Pernos de 74x 5 8 A 36 0 28 Ib in Pernos de 3 8 x 1 L mite de fluencia m nimo de 250 Y MPA 36 ksi y un l mite de rotura Pernos de sujeci n Elementos de Arandelas planas y m nimo de 410 MPa 58 ksi sujeci n de presi n Software utilizado Los datos se obtuvieron por medio de la simulaci n del problema planteado mediante paquetes computacionales especiales Uno de ellos ANSYS FLUENT version 12 1 utiliza la teor a de vol menes finitos El otro programa utilizado fue FLOWIZARD versi n 2 0 4 con los cuales se cotejaron los datos obtenidos M todo de vol menes finitos El m todo de vol menes finitos es un m todo num rico que para di
17. ing an average efficiency of 6896 The average air velocity measured in the open side of the face is 0 5 m s We performed a financial and economic analysis to calculate the depreciation of the entire system and also the recovery time of total investment which resulted in monthly savings of 421 88 total investment will be recovered in about 10 months Key words collecting fan electrostatic painting fluid collection air velocity INTRODUCCI N El proyecto a desarrollarse a lo largo de este documento est destinado al beneficio del Centro de Producci n ESPE sede Latacunga Esta es una empresa dedicada a la fabricaci n de muebles met licos de oficina y otros Los muebles met licos pasan por una serie de procesos hasta llegar al acabado final y su posterior entrega El primer punto es el ensamble metal mec nico posteriormente se somete a un proceso de pintura electrost tica donde las part culas de polvo de la pintura se cargan el ctricamente mientras el mueble met lico a pintar est conectado a tierra lo que produce una atracci n electrost tica que permite adherirle al mueble una pel cula de polvo suficiente y el espesor deseado seg n la calibraci n del equipo para recubrir toda su superficie de manera pareja y total Posteriormente pasa a un horno de curado en donde la pintura se funde y fija al metal logrando con esto una adherencia y resistencia muy altas Este tipo de proceso de pintura ofrece excelentes resultados e
18. labes tipo Airfoil Los paquetes computacionales especializados en Mec nica de fluidos que fueron utilizados en la realizaci n de este proyecto brindaron buenos resultados cercanos al funcionamiento real del equipo Mediante el an lisis computacional realizado en los 2 programas se obtuvo una velocidad promedio en la cara de 0 5855 m s Seg n las pruebas realizadas de medici n de velocidad mediante un anem metro se obtuvo un valor promedio de 0 50 m s lo que nos permite encontrar un error porcentual del 14 6 el error se justifica debido a que al momento de realizar la medici n el aire ingresaba a la cabina en varias direcciones y el caudal en una misma zona no permanec a constante lo que hac a sumamente dif cil obtener datos fijos adem s el anem metro utilizado en la medici n tiene una precisi n de 5 que debe tomarse en cuenta en el error final El valor de la velocidad promedio en la entrada del cuarto de succi n mediante el an lisis computacional fue de 0 8405 m s Mediante las pruebas efectuadas con un anem metro la velocidad promedio fue de 0 863 m s lo que nos permite encontrar un error porcentual del 2 68 Como se puede observar el error en este caso es relativamente bajo debido a que el panel de filtros se encuentra en un rea m s controlada sin corrientes externas de aire y por lo tanto el caudal permanece uniforme esto permite que la velocidad se mantenga en todos los puntos REFERENCIAS H H UHLIG R W REV
19. n t rminos de acabado y sello herm tico En la industria manufacturera se encuentra una amplia aplicaci n de hecho desde un punto de vista cualitativo es m s f cil de aplicar y desde un punto de vista ecol gico no crea ning n problema para los operadores y el medio ambiente El proceso de pintura electrost tica se implement en el a o de 1996 en el Centro de Producci n de la ESPE sede Latacunga sin embargo no est completo en todas sus fases En la actualidad el Centro de Producci n de la Espe sede Latacunga no cuenta con ning n sistema de recolecci n de las part culas de pintura y por lo tanto se emiten al ambiente esto le representa a la empresa un alto costo de producci n por el desperdicio de material Cabe recalcar que este tipo de pintura es reutilizable en un gran porcentaje Otro gran problema es la salud ocupacional de los trabajadores ya que ellos respiran este material particulado que se acumula en gran medida en el ambiente de trabajo produci ndoles a corto o largo plazo enfermedades respiratorias MATERIALES Y M TODOS Los materiales de los cuales est n hechas las partes de la cabina se detallan a continuaci n Tabla 1 Materiales de construcci n de la estructura met lica PARTE TIPO MATERIALES CARACTERISTICAS El acero A36 es una aleaci n de acero al carbono de prop sito general Acero al carbono Tiene una densidad de 7850 kg m ASTM A 36 0 28 Ib in3 L mite de fluencia m nimo de 250 MPA 36 ks
20. orte para la energ a cin tica de turbulencia y su tasa de disipaci n El modelo de la ecuaci n de transporte para k es deducido de una ecuaci n exacta mientras que el modelo de la ecuaci n de transporte para fue obtenido usando razonamiento f sico En la deducci n de este modelo se asume que el flujo es completamente turbulento y que los efectos de la viscosidad molecular son despreciables La energ a cin tica de turbulencia amp y su tasa de disipaci n son obtenidos de las siguientes ecuaciones de transporte kam I E a E V az Rui dz lu A Gy d Gi pe Yu Sy Ec 3 y o 8 pay e uot Peto vei 0s lu E Se Gu k uc 4 Gk representa la generaci n de energ a cin tica de turbulencia debido a los gradientes representativos de velocidad Gy es la generaci n de energ a cin tica de turbulencia debido a la flotabilidad o sustentaci n hidr ulica Yy representa la contribuci n de la dilataci n fluctuante en una turbulencia compresible a la raz n de disipaci n promedio Cie Coe y Cze son constantes Ox Y Oe son los n meros de Prandtl turbulentos para k respectivamente Sk y Se son t rminos definidos por el usuario Ht La viscosidad turbulenta Eddy viscosity se calcula combinando k y como sigue k em 5 Cn donde es una constante ie Che Cn Uk He OE Las constantes y tienen los valores experimentales default siguientes
21. s del flujo de part culas de pintura en polvo El an lisis de flujo de part culas es altamente complejo ya que se trata de un proceso manual adem s existe la fuerza de atracci n electromagn tica que tienen las part culas por lo que su movimiento es muy dif cil de predecir por lo que este an lisis se centrar en algunas posiciones posibles para realizar el proceso de pintado y de esta manera observar el comportamiento del mismo y adem s c mo se comporta el sistema de extracci n Las caracter sticas de la pintura electrost tica son las siguientes Densidad 1 3 1 8 g cm3 Di metro de la part cula 10 300 um Espesor de pel cula para uso normal 2 a 4 mils 50 100 micrones Para exposici n a condiciones severas son factibles espesores de pel cula de 5 6 mils 125 150 micrones Cubrimiento te rico aplicaci n 100 12 5 m2 kg a 50 micrones de espesor con gravedad especifica de 1 6 Granulometr a 9896 menor de 90 micrones Almacenamiento 12 meses a 25 C y de 50 humedad relativa Hojas T cnicas Pinturas en polvo WESCO S A Proceso de pintado desde un costado del mueble con un ngulo de inclinaci n de la pistola de 60 aproximadamente 1 60e 01 1 52e401 1 44e 01 1 36e 01 1 28e 01 1 20e401 1 128 01 1 04e 01 9 59e 00 8 79e 00 7 99e400 7 19e 00 6 39e 00 5 59e 00 4 79e 00 3 998 00 3 20e 00 2 40e 00 1 608 00 Y 7 99e 01 XA 0 00e 00 Particle Traces Colored by Particle Residence Time s Jan 13
22. s valores recientes obtenidos del campo de velocidad y de flujo m sico 4 Corregir los flujos m sicos de cara presi n y campo de velocidad usando la correcci n de presi n obtenida en el paso 3 5 Resolver las ecuaciones para escalares adicionales si hay alguno tales como cantidades de turbulencia energ a especies intensidad de radiaci n usando los valores actuales de las variables soluci n 6 Actualizar los t rminos de origen de las iteraciones debido a diferentes fases si las hay 7 Confirmar la convergencia de las ecuaciones TURBULENCIA Un flujo turbulento est caracterizado por fluctuaciones de la velocidad en todas las direcciones y tiene un infinito n mero de grados de libertad Resolver las ecuaciones de Navier Stokes para un flujo turbulento es imposible porque las ecuaciones son el pticas no lineales acopladas presi n velocidad temperatura velocidad el flujo es tridimensional ca tico difusivo disipador e intermitente La caracter stica m s importante de un flujo turbulento es el n mero infinito de escalas o grados de libertad por lo que una resoluci n num rica completa del flujo requiere la construcci n de una malla con un n mero de nodos que es proporcional a Re Para resolver el problema una de las soluciones es reducir el n mero de escalas de infinito a 1 O 2 al usar la descomposici n de Reynolds Esta descomposici n llevar a un sistema de ecuaciones que gobiernen el campo promedio
23. scretizar las ecuaciones de un problema subdivide el dominio del problema en celdas y escribe las ecuaciones en forma de integrales en estas celdas Al representar y evaluar las ecuaciones diferenciales parciales en forma de ecuaciones algebraicas los valores son calculados en lugares discretos en una geometr a mallada Un volumen finito se refiere a un peque o volumen bordeando cada nodo en una malla En este m todo las integrales de volumen en una ecuaci n diferencial parcial que con contienen un t rmino de divergencia son convertidas en integrales de superficie usando el teorema de divergencia Estos t rminos entonces son evaluados como flujos en las superficies de cada volumen finito En este m todo conservador se considera que el flujo que entra en un volumen dado es id ntico al flujo de salida del volumen adyacente Definition of control volumes Vertex centered FVM Cell centered FVM 1D ui 1D tj Wit i ui i Uj i Different grids control volumes can be used for different variables w p Figura 1 Definici n de los vol menes de control Metodolog a de resoluci n La metodolog a b sica del m todo de vol menes finitos es la siguiente 1 Dividir el dominio en vol menes de control Control volume Computational node Figura 2 Dominios divididos 2 Integrar la ecuaci n diferencial sobre el volumen de control y aplicar el teorema de divergencia 3 Para evaluar los t rminos derivativos
24. se necesitan los valores de las caras de los vol menes de control por lo que hay que asumir acerca de como var a el valor 4 El resultado es un grupo de ecuaciones algebraicas lineales una por cada volumen de control 5 Seresuelve simult neamente o iterativamente Proceso de soluci n de ANSYS FLUENT con el solucionador basado en la presi n Pressure Based Solver oe consideran ecuaciones en un estado constante de continuidad y momento en forma integral como sigue U d A 0 foi Ec 1 po di pI aia 7 dA FdV V Ec 2 Donde I es la matriz identidad T es el tensor de esfuerzo y F es el vector fuerza El solucionador basado en la presi n usa un algoritmo donde las ecuaciones son resueltas secuencialmente cada variable u v w p T k e etc resuelta una despu s de otra Debido a que las ecuaciones que gobiernan el modelo no son lineales y acopladas los saltos en la soluci n deben ser llevados iterativamente para obtener una soluci n num rica convergida Cada iteraci n consiste en los pasos enumerados a continuaci n 1 Actualizar las propiedades del fluido densidad viscosidad calor espec fico etc incluida la viscosidad turbulenta difusividad basadas en la soluci n actual 2 Resolver las ecuaciones de momento una despu s de otra usando los valores recientemente actualizados de la presi n y los flujos m sicos de cara 3 Resolver la ecuaci n de correcci n de la presi n usando lo
25. taje de N Ib Ib recolecci n 76 1 4 2 4 2 Promedio de recolecci n MEDICI N DE LA VELOCIDAD DEL AIRE EN EL SISTEMA El dispositivo utilizado para medir la velocidad del aire dentro de la cabina y el cuarto de succi n es un anem metro electr nico con las siguientes caracter sticas Tabla 10 Especificaciones del anem metro MEDICI N EN LA BOCA DE ENTRADA DEL VENTILADOR El primer paso es la medici n de la velocidad del aire en la boca de succi n para comprobar que exista una correcta calibraci n del ventilador y que corresponda con los valores de la ficha t cnica del mismo como sigue a continuaci n Tabla 11 Tabla comparativa de las velocidades medidas y calculadas de la boca de entrada del ventilador Descripci n Valor Error Aproximado Valor promedio Valor te rico de la ficha t cnica 11 83 m s Valor de Ansys fluent en la periferia 4 37 8 28 m s 7 6 33 6 33 100 10 58 Valor medido de la periferia Valor de Ansys Fluent en el centro 10 6 11 8m s 11 75 11 2 11 2 Valor medido en el centro 11 12 5 m s 7100 4 91 MEDICI N EN LA CARA ABIERTA DE LA CABINA Los datos que se pudieron obtener en la medici n de la entrada de la cabina son los siguientes Mediciones m s Ne1 N92 N93 1 01 01 of 007 2 ol of of 000 4 oj oaf 0 1 5 0 01 of 003 o Lel 31 33 35 330 e 7 0 oj of 000 S s of of of opo 9 oJ ol o 000 12 0 0 o 000 13 0 of of
Download Pdf Manuals
Related Search