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Análisis de Elementos Finitos y Dinámica de Fluidos Computacional para el Control de Flujo de una Válvula de Reflujo Multi-Puerta sin Retorno

Autores: Hadebe, Xolani Prince; Tchomeni Kouejou, Bernard Xavier; Alugongo, Alfayo Anyika; Sozinando, Desejo Filipeson

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Análisis de Elementos Finitos y Dinámica de Fluidos Computacional para el Control de Flujo de una Válvula de Reflujo Multi-Puerta sin Retorno


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Análisis
Válvula de retención
Prevención de reflujo
CFD
FEA
Condiciones de presión

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este documento presenta un análisis exhaustivo de una válvula de retención de múltiples puertas utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) y análisis de elementos finitos (FEA) para evaluar el rendimiento del flujo bajo condiciones de prueba de presión, con énfasis en su capacidad para prevenir el reflujo. Las válvulas de retención son componentes esenciales en diversas industrias, asegurando el flujo de fluidos en una sola dirección mientras previenen el flujo inverso. La válvula de reflujo de múltiples puertas es cada vez más preferida debido a su superior prevención del reflujo, control de fluidos y regulación efectiva del flujo. Pruebas rigurosas bajo diversas condiciones de presión son esenciales para garantizar que estas válvulas funcionen de manera óptima. Este estudio utiliza simulaciones de CFD y FEA para evaluar la integridad estructural y las características de flujo de la válvula, incluyendo la caída de presión, la velocidad del flujo, la efectividad de la prevención del reflujo y el coeficiente de flujo. Se creó un modelo 3D de alta fidelidad para simular el comportamiento de la válvula bajo diversas condiciones, analizando los efectos de parámetros como el número de puertas, su orientación, geometría y condiciones de operación. Los resultados de CFD demostraron una reducción significativa en el reflujo y la caída de presión a través de la válvula. Sin embargo, la turbulencia localizada y la separación del flujo cerca de las puertas de la válvula, particularmente bajo condiciones de apertura parcial, han suscitado preocupaciones sobre el desgaste potencial. Los perfiles de velocidad indicaron una distribución uniforme en la apertura total con perfiles de velocidad laminar y mínima resistencia al flujo. Los resultados de FEA mostraron que las tensiones inducidas por las fuerzas del fluido estaban por debajo de los niveles críticos, con las mayores concentraciones de tensión observadas alrededor de los puntos de bisagra de las puertas de la válvula. Aunque la estructura de la válvula permaneció intacta bajo condiciones de operación normales, algunas áreas pueden haber requerido refuerzo para garantizar la durabilidad a largo plazo. Los análisis combinados de CFD y FEA demostraron que la válvula preserva efectivamente la integridad del sistema, previene el reflujo y mantiene un rendimiento consistente bajo diversas condiciones de presión y flujo. Estos hallazgos proporcionan valiosos conocimientos sobre mejoras de diseño, optimización del rendimiento y aumento de la eficiencia y fiabilidad de los sistemas de válvulas de reflujo en aplicaciones industriales.

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