Caracterización y modelación numérica del comportamiento de una válvula de esfera mediante CFD con validación experimental

Abstract

[ES] Desarrollar modelos para gestionar sistemas de distribución es actualmente una herramienta, la cual es utilizada como apoyo a la gestión de los sistemas y a la toma de decisiones. El éxito de los resultados obtenidos en el modelo depende del valor de las variables introducidas que integran el modelo, como puede ser las longitudes, rugosidad de conducciones, pérdidas localizadas, entre otras. Dentro de las pérdidas singulares o localizadas, conocer el parámetro `k¿ adimensional de los elementos de corte es fundamental, cuando se tiene por objetivo desarrollar análisis en régimen permanente y/o transitorio. Los objetivos del presente trabajo final de grado son: 1) Análisis del estado de arte en cuanto a modelos validados de elementos de corte, centrado especialmente en elementos de maniobra (válvulas todo/nada principalmente). 2) Tratamiento de datos obtenidos en una campaña experimental, llevada a cabo en una válvula de esfera, así como análisis de los resultados obtenidos. 3) Modelación numérica del comportamiento de una válvula de esfera mediante dinámica de fluidos computacional (CFD, Computational Fluid Dynamics) a través del software ANSYS FLUMENT. 4) Validación del modelo numérico desarrollado a partir de los resultados obtenidos en la fase experimental. 5) Estimación de comportamiento del parámetro adimensional en función del grado de apertura para otros diámetros de válvulas de esfera El desarrollo de la fase numérica está dividido en dos fases, caracterización geométrica y numérica propiamente dicha. En la primera de ellas, se desarrolla la caracterización geométrica de la válvula ensayada. La válvula estudiada, de PVC, con un diámetro interior de 44mm, ha sido caracterizada mediante el uso de la versión académica SolidWorks ® para determinar su área de paso en función del grado de apertura, obteniendo la variación del porcentaje de apertura en función del ángulo de cierre. La segunda, se corresponde con la parte de modelación numérica. El modelo validado, se utilizará para obtener curvas sintéticas para válvulas de bola de diferentes diámetros de PVC comerciales, que sirvan como datos de partida para los modelos a desarrollar tanto en régimen permanente como transitorio.

[EN] Developing models to manage distribution systems is currently a tool, which is used to support systems management and decision making. The success of the results obtained in the model depends on the value of the introduced variables that integrate the model, such as lengths, roughness of pipes, localized losses, among others. Within the singular or localized losses, knowing the parameter `k¿ dimensionless of the elements of cut is fundamental, when it is aimed to develop analyzes in permanent and / or transitory regime. The objectives of the present final grade work are: 1) Analysis of the state of art regarding validated models of cutting elements, focusing especially on maneuver elements (valves all / nothing mainly). 2) Treatment of data obtained in an experimental campaign, carried out in a sphere valve, as well as analysis of the results obtained. 3) Numerical modeling of the behavior of a ball valve by means of computational fluid dynamics (CFD) through ANSYS FLUMENT software. 4) Validation of the numerical model developed from the results obtained in the experimental phase. 5) Estimation of the behavior of the dimensionless parameter as a function of the degree of opening for other diameters of sphere valves The development of the numerical phase is divided into two phases, geometric and numerical characterization proper. In the first of them, the geometric characterization of the valve tested is developed. The studied PVC valve with an inner diameter of 44mm has been characterized by the use of the academic version SolidWorks ® to determine its area of ​​passage according to the degree of opening, obtaining the variation of the percentage of opening as a function of the angle Of closure. The second one corresponds to the numerical modeling part. The validated model will be used to obtain synthetic curves for ball valves of different commercial PVC diameters, which serve as starting data for the models to be developed in both permanent and transient regimes.