TAZ-PFC-2015-286

Desarrollo de una herramienta de cálculo de instalaciones de flujo compresible

Muelas Expósito, Álvaro
Ballester Castañer, Javier (dir.) ; Luciano, Ennio Giovanni (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Mecánica de Fluidos

Ingeniero Industrial

Resumen: El cálculo de líneas e instalaciones por las que circula un flujo compresible es un problema habitual en multitud de aplicaciones industriales y del mundo de la investigación. Su resolución es notablemente más compleja que la del caso incompresible, debido tanto a la constante variación de la temperatura y densidad del fluido como a la aparición de fenómenos como el bloqueo sónico o las ondas de choque. En este contexto, se ha decidido desarrollar un programa informático que sea capaz de resolver líneas e instalaciones de flujo compresible para su uso en el Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión (LIFTEC), donde se ha llevado a cabo el proyecto. Tras realizar un estudio de la teoría del flujo compresible, se ha analizado el conjunto de programas informáticos comerciales disponibles en la actualidad, de forma que se conozca el estado del arte de este tipo de códigos. Una vez llevado a cabo este análisis, se ha obtenido un conocimiento suficiente como para poder definir los objetivos y el alcance del programa a desarrollar. Éste deberá ser capaz de calcular seis tipos de elementos (Tramo Recto, Codo, Cambio de Sección, Válvula, Compresor y Orificios), que podrán disponerse en tres configuraciones distintas (Línea Simple, Malla y División de Flujo). Asimismo, el programa deberá ser capaz de calcular casos de bloqueo sónico de una forma robusta, sin errores de ejecución. Una vez llevado a cabo este trabajo previo y concretados los objetivos del programa, se han definido las ecuaciones y parámetros característicos de cada uno de los seis elementos considerados, así como los procedimientos de cálculo necesarios para resolver las tres configuraciones a implementar, teniendo en cuenta las problemáticas derivadas de la posible aparición de casos de bloqueo sónico y ondas de choque. Tras este proceso, se ha procedido a la escritura del código en Maltab, completando el desarrollo del programa con la creación de sus interfaces de entrada y salida, desarrolladas en Microsoft Excel con la asistencia de Visual Basic for Applications. Como último paso, y tras conseguir acceso a una licencia del programa comercial AFT Arrow, se ha realizado una validación del programa, resultando ésta satisfactoria. Tras completar todas estas etapas, se dispone de un programa validado de cálculo de flujo compresible en conductos y accesorios capaz de resolver instalaciones relativamente simples, pero de uso común en la industria. Posee además un comportamiento robusto frente a la aparición de casos de bloqueo sónico y ondas de choque, permitiendo su cálculo en todos los casos en los que se puedan producir, a diferencia de gran parte de los códigos comerciales actuales.