Modelo matemático de ciclones industriales para optimización de la producción de cemento (Diseño de un ciclón para manejar alto contenido de partículas)

摘要

Se estudiaron tres casos a escala real de ciclones en la industria del cemento utilizandoudmodelado computacional (CFD). El primer caso, un ciclón de alto volumen conudproblemas de estabilidad en la operación, instalado en una de las plantas de CEMEX.udEn el segundo caso, se realizaron modificaciones en las condiciones de operación deludciclón anterior y se evaluó la respuesta del sistema para resolver el problema deudinestabilidad. Finalmente, en el tercer caso se propuso una nueva geometría optimizada audotras condiciones de operación para resolver el problema de inestabilidad.udEl estudio se hizo mediante un modelo matemático resuelto numéricamente mediante eluduso Fluent ®. El modelo se basó en la ecuación de Navier Stokes (NS) en régimenudturbulento estabilizado.udEl análisis se hizo en un marco de referencia de Euler para la fase gaseosa, y deudLagrange para la fase sólida. Se utilizó el modelo de esfuerzos de Reynold (RSM) paraudsimular la turbulencia. La fase sólida se manejó mediante el modelo de fase discretaud(DPM) y la distribución de tamaños se desarrollo con la ecuación de Rosin - Rammler.udEn los tres casos se obtuvieron los perfiles o estructuras coherentes para: La velocidadudde gases, caída de presión, turbulencia y el tiempo de residencia de las partículas. Losudresultados coinciden con los valores de mediciones físicas a los equipos en operación.udEn los tres casos estudiados las estructuras coherentes encontradas para el perfil deudvelocidad, caída de presión y turbulencia de la fase gaseosa se comportan comoudatractores. El atractor tiene una dependencia débil de la geometría del sistema y de lasudcondiciones de operación.udEl tiempo de residencia de las partículas tiene una dependencia fuerte de la geometría yudde las condiciones de operación en los tres casos. La solución de la dinámica sólido –udgas se comporta como un conjunto límite para el caso uno y dos (incluso puedeuddivergir).udEn el caso tres, la solución de la dinámica del sistema gas – sólido se comporta como unudatractor, además, fija junto con el tiempo de residencia de los gases un criterio paraudevaluar si el ciclón opera en condiciones estables, o bien, se romperá el “equilibrio”uddinámico y entrará en una operación inestable (se rompen las simetrías de lasudecuaciones).