1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
2. Tesis de Posgrado
3. Estado de México
4. Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec (TESE)
5. Maestría
6. Maestría en Ciencias en Ingeniería Química

Title:	Estudio CFD de la hidrodinámica generada por impulsores de alto corte para su aplicación en procesos de polimerización
Authors:	Parra Reyes, Jose Alfredo
metadata.dc.subject.other:	Reactor de agitación, CFD, modelo Euler-Euler granular, hidrodinámica multifásica, impulsores de alto corte y bombeo
Issue Date:	2025-06-01
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec
Description:	En la industria de procesos, como la producción de polímeros y recubrimientos, existe una falta de conocimiento preciso sobre el impacto que tienen las distintas configuraciones de sistemas de agitación mecánica en la eficiencia de la manufactura y la calidad del producto final. La optimización de estos procesos se ve obstaculizada por la complejidad y el alto costo de los análisis experimentales, especialmente en sistemas multifásicos donde fenómenos como la aglomeración de partículas o la mala dispersión de fases generan pérdidas económicas. Las herramientas de simulación mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) surgen como una alternativa efectiva para estudiar la hidrodinámica de estos sistemas, permitiendo analizar variables locales y predecir el comportamiento del reactor de manera más accesible y detallada. Por ello, el objetivo general de esta investigación fue estudiar la hidrodinámica de un tanque agitado equipado con un impulsor de alto corte y bombeo para su aplicación en mezclas multifásicas, como las que se presentan en procesos de polimerización. Para lograrlo, la metodología se basó en el uso del software ANSYS Fluent para realizar simulaciones CFD en 3D. Inicialmente, se comparó el modelo multifásico Euler-Euler (E-E) granular con el modelo Euler-Lagrange (E-L) reportado en la literatura para validar la estrategia de simulación. Posteriormente, se evaluó la hidrodinámica de una turbina Rushton en sistemas líquido-sólido (agua y perlas de poliacrilamida) y líquido-líquido (glicerol-hexano y agua-hexano), empleando el modelo de turbulencia k-ε y el enfoque de Marcos de Referencia Múltiples (MRF). Los resultados numéricos se validaron comparándolos con datos experimentales de tiempos de mezclado, dispersión de fases y evolución de la temperatura. Los resultados mostraron que se validó exitosamente el enfoque de simulación E-E granular, obteniendo un error relativo del 1.55% en el cálculo de la potencia en comparación con datos de la literatura. Los patrones de flujo y las zonas de recirculación, visualizados mediante mapas de Poincaré, también mostraron una alta similitud. Además, el estudio demostró que aumentar la velocidad de agitación (de 360 a 540 RPM) mejora significativamente la dispersión de la fase secundaria, promoviendo una mezcla más homogénea. Las simulaciones de transferencia de calor lograron predecir el comportamiento térmico del sistema con buena concordancia, con errores relativos promedio entre 5.4% y 11.5% frente a los datos experimentales. La principal contribución es la demostración de que el modelo multifásico Euler-Euler granular es una herramienta eficiente y computacionalmente accesible para caracterizar y optimizar la hidrodinámica de estos sistemas de agitación. En conclusión, el estudio CFD permitió analizar y validar la hidrodinámica del tanque agitado, mostrando una concordancia adecuada con los resultados experimentales. El modelo Euler-Euler granular demostró ser una herramienta robusta para predecir patrones de flujo y distribución de energía, confirmando que una correcta selección del impulsor y la velocidad de agitación es fundamental para maximizar la homogeneidad. Para futuros trabajos, se recomienda incorporar modelos reológicos más complejos, ajustar las condiciones de frontera dinámicas y realizar estudios a escala piloto para mejorar la precisión.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/masterThesis
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