t final d

Vista previa del material en texto

“Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional”
COMPORTAMIENTO DEL FLUJO DE AGUA A TRAVÉS DE 
UNA VÁLVULA DE COMPUERTA 
ALUMNO: 
Esther Erika;Paredes Bautista
Jose Eduardo,Loyola Castillo
José,Rodriguez Huaman 
Julio José,Davila Loa
CURSO: 
DINAMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL 
DOCENTE: 
MARCO AURELIO ALPACA SOLORZANO
Lima – Perú
2022
INDICE 
1. INTRODUCCION .......................................................................................................... 3 
2. ANTECEDENTES ......................................................................................................... 4 
3. OBJETIVOS .................................................................................................................. 6 
3.1 Objetivo principal ................................................................................................... 6 
3.2 Objetivos específicos ............................................................................................. 6 
4. MARCO TEORICO 6 .......................................................................................................
5. DISEÑO DE VALVULA DE COMPUERTA Y MODELAMIENTO ................................. 9 
Geometría ............................................................................................................................ 10 
6. deVolumen control ...................................................................................................... 11 
7. Mallado Volumen fluido de de ...................................................................................... 12 
Simulación fluido del ............................................................................................................ 14 
8. Parámetros Borde de ................................................................................................... 15 
9. Resultados Simulación de Fluido de ........................................................................... 19 
A-) Tipo de estudio .............................................................................................................. 19 
B-) Tipo de Modelo .............................................................................................................. 19 
COMPORTAMIENTO DEL FLUJO DE AGUA A TRAVÉS DE UNA 
VÁLVULA COMPUERTA OS&Y DE
1. INTRODUCCION:
Los de es de sistemas protección contra incendios conjunto sistemas diseñados 
con la finalidad de proteger vidas y brindan herramientas para nos poder accionar 
ante un fatídico incendio. Por medio de diseño de sistemas hidráulico, un
contaremos con herramientas y sistemas que nos ayudarán a mitigar el riesgo 
que pueda suscitar ante incendio que un es una potente amenaza a personas las
y activos que se encuentran una edificación. Este sistema cuenta con en
accesorios con los cuales se puede comandar y sectorizar el flujo de agua y 
particularmente realizaremos el análisis de una de ellas. 
La válvula de compuerta es una válvula de aislamiento bidireccional y se abre 
levantando una compuerta redonda o rectangul permitiendo así ar el libre flujo del 
líquido, en este caso agua. Estando abierta en su totalidad, esta válvula no 
presenta obstrucciones en el paso del fluido, lo cual presenta una pérdida de 
fricción muy baja. El sistema de esta válvula cuenta con un vástago ascendente 
(tornillo exterior y yugo, OS&Y) o un vástago no ascendente (NRS), para formar 
un tipo diferente. 
2. ANTECEDENTES:
1) Zic, E.; Banko, P.; Lesnik, L, “Como elemento muy importante de la
mayoría sistemas suministro agua, válvulas estánde los de de las
expuestas a los efectos de fuertes fuerzas hidrodinámicas. Cuando se
exponen a grandes cantidades físicas, la válvula y la tubería pueden
dañarse, lo que podría poner en peligro el rendimiento de un sistema de
suministro de agua. Esta es la razón principal por la que es necesario
prever y determinar los valores máximos de velocidad, presión y otras
magnitudes físicas que pueden ocurrir en el sistema en determinadas
condiciones. Uno de los métodos para predecir y determinar valores
extremos en una válvula es realizar una simulación con dinámica de
fluidos computacional (CFD). Este es exactamente el método utilizado,
con el objetivo de conocer las magnitudes físicas de los modelos de
válvulas de compuerta colocadas dentro de una tubería bajo grados
característicos de cierre - Octubre (2020)de la válvula”
2) Ordoñez, M.A.; Aquino, S.M.; Orosco L.S; Pozo, E.R; Jácome, E.A “El
objetivo principal este estudio desarrollar modelo CFDen es un
(Computational Fluid Dynamics) para análisis perfiles el de los de
velocidad en el banco de pérdidas del laboratorio de Turbomaquinaria
Hidráulica. El perfil de velocidad es la simulación del comportamiento del
fluido interno en el banco de tuberías de PVC. El modelo desarrollado para
la simulación los perfiles velocidad se fundamenta lasde de en
ecuaciones Navier -Stokes de de flujo incompresible, que tienen el
principio de la conservación de masa y cantidad de movimiento” – Enero
(2018)
3) Ascione, Berardi, V.; Feo L.; Fraternali,F; y Tralli, L; M. T. válvulas “Las de 
compuerta se utilizan ampliamente en los sistemas de producción de 
petróleo y gas para detener o permitir el flujo de los fluidos extraídos. El 
funcionamiento de estos dispositivos, se basa que, en el deslizamiento de 
un movimiento de una compuerta en la dirección transversal al flujo. 
Cuando la compuerta está en posición completamente hacia arriba, la 
válvula está completamente abierta y básicamente se reduce a unatubería 
recta. Por el contrario, el flujo está completamente bloqueado porla puerta 
cuando el dispositivo está - Septiembre (2017) cerrado”.
4) Eduardo Felipe Castillo Constanzo; Josean Alex Hernández Macaya “El
proceso inicial se consigue pasando la energía del agua a presión por
unas tuberías, transformándola en energía cinética, luego el agua pasa
por una turbina que transforma la energía cinética en mecánica, de este
movimiento rotatorio actuando sobre generador el se da lugar a la
transformación en energía eléctrica, la cual, tras pasar por el parque de
alta tensión, es proporcionada al sistema interconectado central”.- Julio
(2015)
5) Eduin Oswaldo Flores Diaz; Oscar Edgardo Leon Perez “Regular un flujo
de tubería de procesos involucra la caracterización de la mecánica de
fluidos y la curva de caudal inherente que se desea obtener de acuerdo
con el Las control implementado. válvulas son por excelencia elementoel
final de control de mayor uso en la regulación de flujo; mediante este
dispositivo mecánico se puede iniciar, detener, desconectar, regular,
modular o aislar enorme serie una de líquidos y gases mediante una pieza
movible que permite el control preciso de la circulación de forma parcial,
a través de uno o más orificios o conductos desde los más simples hasta
los más - Marzo (2015)complejos”
3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo principal: 
• Entender el comportamiento del flujo de agua al paso de la compuerta y
tipos comportamiento mediante de la simulación una válvula de de
compuerta con el programa CFD.
3.2 Objetivos específicos: 
• Determinar la parametrización para el flujo optimo mediante la válvula
compuerta del sistema contra incendios.
4. MARCO TEORICO
Para controlar el flujo de líquidos a través de tuberías se requiere por lo general 
de tres tipos de instrumentos: el medidor de flujo, el controlador de flujo y la 
válvula de control. Independientemente de la tecnología utilizada por el medidor 
de flujo, este finalmente convierte algún parámetro físico proporcional al flujo a 
una señal estandarizada que se transmite al controlador; el cual, mediante el 
algoritmo control apropiado, establece diferencia entre valor deseado de la el de
flujo y valor real para entregar a el la válvula control otra señal que compense de
esta diferencia. 
El cálculo del flujo mediante la lectura de la caída de presióna través de una 
restricción en una tubería es tal vez la técnica de medición más comúnmente 
utilizada en aplicaciones industriales. Las caídas de presión generadas por una 
amplia variedad de han restricciones geométricas sido bien estudiadas a lo largo 
de los años y están bien documentadas en textos de instrumentación y control, 
así como Internet en
El control del flujo por una tubería requiere de una válvula de control, si 
consideramos que la válvula de control permite variar el caudal mediante 
el estrangulamiento del conducto, es decir, en la válvula se tiene un orificio 
cuya sección transversal es constante, pero gracias a la presencia de un 
tapón u obturador, la luz a través de ella es variable de acuerdo con su 
posición. Este arreglo es muy semejante a la disposición física que se 
tiene en un medidor de flujo tipo placa orificio. Se ha visto que cuando 
restringimos el paso de un fluido a través de un conducto se origina una 
presión diferencial que obliga a que fluido transcurra a mayor velocidad el
por el estrangulamiento. Esta presión diferencial, según el principio de 
medición de los medidores placa orificio, está relacionada con el flujo a 
través de la tubería. 
5. DISEÑO VALVULA COMPUERTA Y MODELAMIENTO DE DE
Para llevar a cabo nuestro proyecto del estudio de flujo de agua en la válvula de compuerta 
tenemos la necesidad de diseñar la esta válvula. El diseño lo realizaremos mediante el software 
INVENTOR, donde diseñaremos la válvula en su totalidad donde comprenderemos a modo 
general flujo y las zonas de contacto mismo el de en la válvula. 
Geometría 
Una vez realizado el diseño realizamos una evolución de los puntos de contacto que tendría el 
flujo de agua por la válvula de compuerta determinando que el mayor punto de contacto se da 
en el cuerpo del componente diseñado cual será nuestra geometría el de diseño y evaluación. 
Habiendo determinado que mayor contacto flujo agua el de de se por da el cuerpo válvula de la
procederemos a realizar el análisis de flujo mediante el software SIM SCALE mediante el cual 
realizaremos inicialmente el estudio del volumen de control. Para ello debemos realizar paso a 
paso el proceso para poder enlazar el diseño de la válvula que hemos realizado atreves del 
software INVENTOR con el software SIM SCALE. 
Habiendo realizado enlazado cuerpo el de la válvula procederemos a explorar software el
SimScale para poder sacar volumen el de control. 
6. Volumen de control
De nuestra geometría que es el cuerpo de la válvula de compuerta, procederemos a extraer el 
volumen que ocupa internamente el cuerpo como si esta se encontrara sellada es las entradas 
y contenida con el flujo con el cual se trabaja en esta válvula de 8” de diámetro de entrada y
salida. 
7. Mallado Volumen fluidode de
Para enmallado tendremos proceder con simulación programa el que una en el
donde colocaremos el material que está diseñado nuestra válvula y luego 
nuestros parámetros de velocidad. 
En este enmallado obtendremos el número de nodos, las aristas, las caras, 
volúmenes, triángulos que contiene el volumen de control de nuestro cuerpo 
de la válvula. Estos parámetros obtenidos pueden cambiar mediante la finura 
de evaluación que se realizará o necesite obtener en el modelo para lo cual 
realizaremos dos muestras de finura con la finalidad de comparar y evaluar los 
cambios que se generan ambos estudios volumen. en de
A-) Malla 1: Nivel de finura 2.3 
*Número de Nodos: 22520 
*Número Aristas: 2785 de
*Número de Caras: 13638 
*Número Volúmenes: 110138 de
*Número Triángulos: 13638 de
B-) Malla 2: Nivel de finura 8.4 
*Número Nodos: 78302 de
*Número Aristas: 5401 de
*Número de Caras: 37100 
*Número de Volúmenes: 398187 
*Número de Triángulos: 37100 
-. Habiendo realizado ambos estudios obtenemos un cuadro comparativo en el 
cual obtenemos variabilidad los parámetros obtenidos según finura con la de la
la cual estaremos trabajando y definiremos para nuestro estudio de análisis de 
flujo en la válvula de compuerta y posteriormente todo sistema. en el
PARAMETROS 
Malla 1 
Finura 2.3 
Malla 2 
Finura 8.4 
Número de Nodos 22520 78302 
Número de Aristas 2785 5401 
Número de Caras 13638 37100 
Número de Volúmenes 110138 398187 
Número de Triángulos 13638 37100 
Simulación fluido del
Para lograr correcta simulación debemos asegurar rellenar los una de
parámetros adecuados según lo cual está sometido el fluido que atraviesa por 
nuestra válvula de compuerta con ello lograremos un mallado adecuado y 
fundamental para nuestra simulación. Para lograr mallado esperado el
debemos rellenar fundamentalmente los siguientes parámetros. 
Como sabemos material o flujo usaremos agua considerando el que es la
temperatura T=15° para cual debemos cargar los parámetros de lo de
condiciones iniciales a la que está sometido nuestro sistema contra incendios, 
los cuales son: la presión del sistema P=155 PSI, así como también la velocidad 
V=3.91m/s 
8. Resultados Simulación Fluido de de
Luego de obtener nuestro enmallado, cumpliendo con todos los pasos previos 
procederemos a realizar la simulación del fluido para obtener los resultados 
esperados con los cuales monitorearemos la reacción del fluido en nuestra 
válvula de compuerta. 
*Tipo estudio.de 
El tipo estudio realizaremos nuestro proyecto será tipo de que en de
estacionario por que el flujo se mantiene constante en todo el tramo de la 
tubería y por consiguiente en la válvula de compuerta. 
*Tipo Modelo:de
Para determinar el tipo de modelo debemos hallar el número de Reynolds el 
cual nos determinará si el flujo que pasará por nuestra válvula será laminar o 
turbulento. Considerando fórmula la de Reynols hallaremos rango cual nos el el
determinará flujo el que necesitaremos realizar. 
Para ello debemos hallar la velocidad, considerando que el caudal con el cual 
trabaja nuestro sistema es de 2000gal /min y la tubería que usaremos es d e 8”
SCH-40 y sus parámetros están en la tabla siguiente, así como también la tabla 
de los valores necesarios para agua a T=15°. el
-- .! ' I 
,Vf 81-�tJ--,�..:: 99 V? O_Cl .� 0 -- '
1-u
:;a1-rc�lI--�-1.=-g�l):r-- ,�c:- -; r_·� c
 � :,--,_QJ _
������, [ -i-�--
---------��-�-,,­
- \J =- 6\ _J__.,__.-i-1.-1--'--
-1--1--i-1- -
--�- --l---1�
I I A ___ J___,____,_.1--1--1 �.i-:i--
_ ,---i--+--�-
- -1-1---l-< 
I I 11 :-�-1---1-l.--l--i--
-�•�-�-..-=I-
I ___ 1-��-�-i--+-+
-�-�-t-r-+-�
r-14-t,kl-=- "'2 n r.2 .�� ,� • vt'...LJ--1-----1--�-1-
-1--..+-&-t--1--t-'t--t■
I I I I 
I I I l 
I 
I I I I I 
-Q -= 
I 
20 0 (!) Ca lrvd____o ,_:::=., 1D/...;:i..=-2.-l-i�_;
rv"l�r..,)_,_.. ... -...----1--1-i.
I I I " , -r-
"' I' 
-v-=---+� ] V j I '2b � 3 [,-1-� .. -+-__jll->-+-�' �-4;-V-+-1 --l:3-, q
+_-+-1-t-t-/+-t-Sr.;1-.+,-_ !--ii
I I 31 2 2(.,;, � E 2 M -ai- -'---'-wl-l--l---l-0.:=:t::�Y--WI
1 ' l I I I "V 
7,���_,_-+-1.-1--��-����I-����-+--+--+-�·-
� � A LLIA, U On � S:·\ f'lbln_�� .()-'-'
l -t1�__.c..i)1_1-�--+�-...---1-....i....----tt 
- - - - ' - -
• - 1 • i,;-,._._. 
-
�e + �B <i' 18 o / 
I 
-r j I I 1...-:'/�-+-ii--1---4-
-+---!-Ji-+--l-.......-4---i----l---1-
--ll
j I I J/.J -; ,_ T ,'� --,�� J - -
Con los parámetros obtenidos estamos determinando y demostrando que el tipo 
de modelo es turbulento ya que el Reynolds obtenido es mucho mayor a 4000. 
*Tipo de algoritmo de cálculo:
Por ser un estudio estacionario nuestro tipo de método de cálculo será por defecto, 
un método de cálculo simple. 
Condiciones de Borde 
Dentro de estas condiciones debemos considerar los parámetros fundamentales 
como: 
A-) Velocidad de Entrada: en esta parte determinaremos la cara de ingreso del 
fluido y cargaremos el tipo de velocidad y el flujo a la cual está sometido nuestro 
sistema el cual es un caudal de 2000gal/min, lo cual equivale a 0.126 m^3 /s 
parámetro con el cual iniciaremos nuestra simulación. 
0.1B -) Presión Salida: de En esta parte determinaremos cara y la la
presión de salida, la cual tomaremos como valor cero para 
nuestra simulación. 
C -) Selección Caras: de Por último, para lograr excelente un
enmallado seleccionamos todas las caras de nuestro volumen de 
control. 
.- Luego haber realizado todos estos pasos previos estamos preparados para de
realizar un enmallado confiable que nos permitirá la simulación adecuada, como 
recomendación, iniciaremos con un nivel de finura intermedio evitará que
problemas nuestra simulación en ya que variando finura y realizando diversas la
pruebas de simulaciones con enmallados extremos como en 2.3 8.4 y de finura, 
como hemos mostrado anteriormente nuestras pruebas iniciales en de
enmallado, que nos ocasiono conflicto al realizar las simulaciones, por ello 
tomaremos un nivel de finura intermedio. 
* Estudio de convergencia
Los resultados a continuación son referentes a la convergencia obtenida con los 
parámetros con los que estamos trabajando, para nuestro cálculo estamos 
considerando el caudal de 2000gal/min que suministra la bomba. 
Esta grafica está considerando el residual con relación al tiempo que está 
determinado en segundos 
Para realizar una comparación con respecto a las gráficas de convergencia se realizó 
dos simulaciones modificando el caudal de 2000 3000 gal/min respectivamente. El –
motivo por el cual se toma la decisión de modificar el caudal es porque al realizar una 
prueba en la bomba, nos ha arrojado una perdida en la curva de eficiencia. 
Gráfico de convergencia con: Q = 0.126 m^3 /s 
Gráfico de convergencia con: Q = 0.189 m^3 /s 
*Grafica de resultados:
GRAFICOS DE PRESIÓN 
Gráfico de presión en “X” Gráfico de presión en “Y” 
 Gráfico de presión en “Z”
GRAFICOS DE VELOCIDADES 
Gráfico de velocidad Gráfico de velocidad en “X” en “Y” 
 Gráfico de velocidad en “Z” 
GRAFICO DE ENERGIA CINEMATICA TURBULENTA. 
GRAFICO DE VISCOCIDAD CINEMATICA TURBULENTA.