Aplicación de la dinámica de fluidos computacional (cfd) en el diseño y estudio de pulverizadores hidroneumáticos
- Autores: Jorge Badules Martínez
- Directores de la Tesis: Emilio Gil Moya (dir. tes.), Francisco Javier García Ramos (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Materias:
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- Resumen
INTRODUCCIÓN La dinámica de fluidos computacional, o su terminología en inglés Computers Fluid Dynamics (CFD), es una técnica de cálculo numérico que permite realizar simulaciones informáticas de flujos de fluidos. En esta tesis se ha empleado esta metodología para el estudio de pulverizadores hidroneumáticos, que es el tipo de equipos mayoritariamente empleados en los tratamientos fitosanitarios de cultivos de frutales y viña. En este trabajo se ha realizado un uso sistemático de la CFD para analizar el comportamiento de los sistemas hidráulicos y neumáticos de las máquinas.
Esta tesis está compuesta de una memoria inicial y un compendio de 5 artículos ya publicados en diversas publicaciones internacionales. Los primeros apartados de la memoria justifican la necesidad de la protección de cultivos, describen los tratamientos y maquinas empleadas para este fin, y se explican los fundamentos de la CFD y su aplicación en el ámbito de la maquinaria estudiada.
DESARROLLO TEÓRICO En primer lugar, se ha llevado a cabo un estudio de la agitación dentro del depósito, pues la primera premisa para que el tratamiento sea eficaz es que el producto fitosanitario esté mezclado de forma homogénea con el agua de dilución. Un análisis CFD de las velocidades del líquido dentro del depósito revela información valiosa para el fabricante en cuanto al diseño adecuado del sistema de agitación, de forma más sencilla que un estudio experimental, pero tiene limitaciones en cuanto a la determinación exacta de la velocidad punto a punto. Una simulación bifásica transitoria del proceso de mezcla agua-producto puede revelar información complementaria del sistema de agitación, siendo mejor el diseño cuanto menos tiempo tarde en homogeneizar la mezcla. El apartado 6 de la memoria desarrolla esta vía de investigación que se detalla en los tres primeros artículos publicados.
Otra parte fundamental de los pulverizadores hidroneumáticos es su circuito neumático, el cual se encarga de transportar las gotas hasta la planta y agitar la vegetación para mejorar la penetración del producto. El apartado 7 explica la problemática de la modelización en CFD en pulverizadores, de forma complementaria al cuarto artículo publicado en revista y que se adjunta como anejo a la tesis. Se ha encontrado que, si las salidas de aire de la máquina se ubican muy cercanas al cultivo, es necesario implementar la geometría del circuito neumático en el programa CFD para obtener una simulación aceptable del flujo de aire generado, aunque esto sea computacionalmente costoso.
El apartado 8 de la memoria aborda la modelización de las plantas en CFD, como paso previo a la simulación de los tratamientos completos, explicados en el apartado 9 y además, en el último artículo que cierra la tesis. Los flujos de aire modelizados con CFD pueden integrarse en otros modelos CFD más generales, que incluyan el cultivo y las boquillas de pulverización. Ajustando los parámetros del tratamiento en las simulaciones se pueden extraer conclusiones sobre su eficiencia. De esta forma, en los análisis realizados para una máquina con bajantes verticales adaptada al viñedo son preferibles las gotas gruesas, las bajas velocidades de avance y los altos caudales de aire, además de una adecuada orientación o incluso la anulación de ciertas boquillas.
CONCLUSIONES Se ha demostrado que las metodologías desarrolladas usando CFD son ventajosas frente a los ensayos experimentales en cuanto a tiempo, coste y repetibilidad. Además, pueden aplicarse a cualquier pulverizador hidroneumático incluso antes de construirse, por lo que son una herramienta poderosa tanto para los fabricantes, que pueden mejorar sus diseños, como para los usuarios finales, que pueden recibir información sobre cómo configurar sus máquinas para conseguir un tratamiento óptimo.
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