Diseño, construcción y validación numérica de un separador ciclónico para aplicaciones académicas
Loading...
Date
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE. Carrera de Mecatrónica.
Abstract
El presente trabajo tuvo como objetivo diseñar, optimizar, construir y validar numéricamente un separador ciclónico para aplicaciones académicas, destinado a servir como plataforma experimental para la enseñanza y la investigación en mecánica de fluidos y separación gas-sólido. Como punto de partida se adoptó la geometría Stairmand de alta eficiencia, a partir de la cual se desarrolló el modelo tridimensional mediante diseño asistido por computadora y se caracterizó experimentalmente el material particulado empleado en las simulaciones. El análisis fluidodinámico se realizó mediante Dinámica de Fluidos Computacional utilizando ANSYS Fluent 2025 R2, empleando un modelo de turbulencia k-ε realizable, el Modelo de Fase Discreta para el seguimiento de partículas y un estudio de independencia de malla que garantizó la confiabilidad de los resultados. Posteriormente, se utilizó un Diseño de Experimentos factorial completo 32 y la Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) para obtener modelos predictivos de la eficiencia de separación y la caída de presión del separador ciclónico en función de la longitud del buscador de vórtices y el diámetro de la descarga inferior. Estos modelos obtenidos fueron utilizados en funciones objetivo en un proceso de optimización multiobjetivo mediante el algoritmo genético NSGA-II, permitiendo identificar configuraciones geométricas con un equilibrio gran eficiencia y baja pérdida de caída de presión. Finalmente, se construyó e instrumentó un prototipo físico del separador ciclónico, el cual fue sometido a pruebas experimentales para validar las predicciones numéricas realizadas. Los resultados obtenidos demostraron una alta concordancia entre las simulaciones CFD y el comportamiento real, registrándose una eficiencia de separación experimental de 93,53 % frente al 95,22 % predicho numéricamente, con un error relativo de 1,51 %, lo que confirma la validez de la metodología empleada y la utilidad del equipo como herramienta para aplicaciones académicas e investigaciones futuras.
Description
Keywords
Citation
Estevez Burbano, Javier Aldair y Ramirez Lucio, Luis Enrique (2026). Diseño, construcción y validación numérica de un separador ciclónico para aplicaciones académicas. Carrera de Mecatrónica. Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE. Matriz Sangolquí.
