Propuesta de Nuevos Diseños para la Toma en Muelles

Abstract

En el presente trabajo analizamos el flujo dentro y fuera de la toma de succión de las bombas en una disposición en muelle, similar a las instalaciones de toma de agua construidas sobre el río Paraná, en la región litoral de Argentina. El modelo trata de conservar las características y las dimensiones que en la realidad presentan estos tipos de toma, pero a su vez se proponen una serie de alternativas de diseño que mejoran el proceso de succión reduciendo las inestabilidades presentes en la, mejorando el rendimiento tanto de las bombas como del proceso en general. El flujo esta caracterizado por la formación de vórtices y estructuras coherentes, debido en gran medida a la disposición geométrica, al diseño de la toma o bien a las condiciones de operación. Por lo general estos vórtices son de características no estacionarias e intermitentes. La presencia de los mismos y el alto nivel de no uniformidad en el flujo puede producir niveles elevados de remolinos no estacionarios dentro y fuera de la columna se succión., que a su vez puede resultar en cargas asimétricas que tienen incidencia en el impulsor, afectando el desempeño de las bombas, frecuencia y modos propios de vibración de la estructura, fatiga de sus componentes, entre otros. La predicción numérica de estos flujos caracterizados por la formación de vértices intermitentes, no estacionarios y de separación masiva es un tema importante y a su vez desafiante. Nuestro modelo numérico resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes en tres dimensiones para fluidos viscosos e incompresibles, utilizando un modelo de turbulencia LES-Smagorinsky. La discretización espacial, se realiza mediante el método de elementos finitos, mientras que la temporal considera un algoritmo iterativo, el método de pasos fraccionarios (“Fractional Step Method”) y se estabiliza con el método de Cálculo por Incrementos Finitos. En el trabajo se presentan cuatro simulaciones incluyendo el modelo actual de toma y se proponen tres nuevos diseños intentando lograr que el flujo sea lo más laminar posible, mejorando el rendimiento de las bombas.