ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCION

SIMULACION DE UNA BOBA DE ENGRANAJES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

INTEGRANTES:

Javier Portilla Paguay

Anthony Córdova Moreno

DINAMICA DE FLUID

OS COMPUTACIONAL

ContenidoIntroducción.......................................................................................................................................2

Geometría:.........................................................................................................................................3

Geometría en Fluent:.........................................................................................................................4

Definición de la entrada y salida........................................................................................................6

Modelo...............................................................................................................................................8

Condiciones de contorno...................................................................................................................9

Resultados........................................................................................................................................12

Modelo matemático:........................................................................................................................16

Introducción El propósito de este trabajo es describir cómo simular una bomba de engranajes, para esto se recomienda realizar la simulación utilizando el modelo de malla dinámica Fluido. En donde a los engranajes que dan la energía al fluido se les agrega una velocidad de rotación. Se utilizó un mallado triangular en el volumen de interés, es decir en la región de flujo. Además se muestra un modelo matemático K-E para flujos turbulentos.

En el transcurso de siglos se han diseñado numerosas bombas de desplazamiento positivo. En todos los diseños, el fluido se aspira dentro de un volumen en expansión y luego se expulsa cuando ese volumen se contrae, pero el mecanismo que provoca que cambie el volumen es muy diferente entre los diversos diseños.Algunos diseños son muy simples, como la bomba peristáltica de tubo flexible, en la que pequeñas ruedas comprimen un tubo, lo cual empuja hacia adelante al fluido (este mecanismo es parecido a la peristalsis en el esófago o en los intestinos, donde músculos en vez de ruedas comprimen el tubo). Otros son más complejos, ya que necesitan levas rotatorias con lóbulos sincronizados, engranes que se conectan o tornillos(Fig. 14-26d). Las bombas de desplazamiento positivo son ideales cuando se necesita alta presión, como en el bombeo de líquidos viscosos o mezclas, lodos o suspensiones espesas, y donde se necesita medir o despachar cantidades de líquido precisas, como en las aplicaciones médicas.

Geometría:

El primer paso fue obtener la geometría:

Bomba de desplazamiento positivo Hydrosilla HLLL32YK-3.

Geometría en Fluent:En primera instancia se realizó la importación del solido de la bomba de desplazamiento positivo, en la figura

Debido a las restricciones de la versión educativa de Ansys, que nos permite trabajar solo hasta 500000 celdas, se pasó este modelo a 2-D, para optimizar los recursos del computador.

Por simplicidad se modelo a la bomba de desplazamiento positivo en 2-D, ya que se presentó problemas con el número de volúmenes en la simulación.

Definición de la entrada y salida.Se generó el volumen de flujo del aceite para realizar el mallado en 2-D, esto redujo el tiempo de cálculo y optimizo recursos del computador.

En la imagen se observa el mallado de las regiones del flujo en los engranajes, es necesario especificar el volumen de la región de flujo, ya que esta es nuestra región de interés.

Adicional a esto se generó el mallado de la región de salida que también es una región de interés a la entrada y salida de la bomba e desplazamiento positivo.

Como región final, se mallaron las regiones de entrada a la bomba.

En la imagen se muestra al mallado total de la región de flujo, del aceite, ahora se puede pasar a la región de setup, en donde se establecerán condiciones de frontera.

ModeloA continuación se procede a redactar los pasos de la sección de setup.

Se especifica el modelo de flujo para esta simulación, para este caso se modelo con k-E de 2 ecuaciones, por ser un flujo turbulento interior.

Se especifica el tipo de fluido que se va a analizar, para este caso se usara aceite.

Densidad: 870 Kg/m3

Viscocidad: 0.02175 kg/m-s

Condiciones de contorno Se definieron tres zonas que fueron:

Entrada y salida del fluido, se lo denomino pipes Chamber, la cámaras antes y después de la salida de los engranes Gears, camara donde se encuentran los engranes

En la zona de gear se definió que estas pueden llegar a rotar unos 3000 rpm

Presion de entrada a el sistema es de unos 5 psi

Condiciones de la presion de salida como se muestra en la figura a continuacion

Para el movimiento de los engranes

Engrane 1

Engrane 2

ResultadosEn esta parte se utilizó sistema de solución coupled

En residual monitors se continuidad se especifico 5e-5

Este sistema se lo inicializo en hybrid initialization

Se definio el programa para 100 iteraciones

Vista grafica de los contornos de presion estatica.

Vista grafica de los resultados: contorno de velocidades.

Modelo matemático:El modelo matemático utilizado en esta simulación fueron obviamente las ecuaciones de continuidad y Navier- Stokes que son los pilares de la mecánica de fluidos, aparte del modelo que se explica a continuación.

El modelo κ−ϵ, es un modelo semi empírico basado en las ecuaciones basado en las ecuaciones del modelo de transporte para energía cinética y tasa de disipación, el modelo está basado en la asunción de que el flujo es totalmente turbulento y los efectos de la viscosidad molecular son despreciables.