Profesor lider de la línea de investigación:

Nicolás Ríos Ratkovich - Profesor Asistente
mecánica de fluidos computacional (CFD) - mecánica de fluidos - flujo bifásico (gas-líquido y agua-aceite) en tuberías – Separadores (Ciclones) -Turbo-máquinas (bombas y compresores) – Sistemas de refrigeración (Evaporación y Condensación) – Intercambiadores de calor - Agitación y mezclado - columnas de burbujeo - transferencia de calor y de masa - reología - bioreactores con membrana (MBR) - tratamiento de aguas residuales
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Simulación de Procesos con CFD

La mecánica de fluidos computacional (del inglés CFD - Computational Fluid Dynamics) consiste en el análisis de sistemas relacionados con el flujo de fluidos, transferencia de calor y/o transferencia de masa y toda una serie de fenómenos relacionados incluyendo turbulencia, reacciones químicas y flujos multifásicos por medio de la simulación por computador. Estas múltiples capacidades de ingeniería asistida por computador permiten mejorar la I+D+i en cuanto a productos y procesos.

La CFD es una actividad que ha tomado gran importancia en los últimos años y en la que se encuentran un buen número de problemas fluidodinámicos. Entre ellos cabe destacar situaciones de flujo interno, aerodinámica externa y procesos de mezcla. En la mayoría de las ocasiones, la aplicación del CFD en el ámbito de la ingeniería necesita no sólo de la descripción del campo fluido, sino también de otros modelos complementarios que describan fenómenos de combustión, cambio de fase y coexistencias multifásicas.

Algunas aplicaciones típicas incluyen:

• Ingeniería química y de procesos: Equipos de mezcla, reactores, etc.
• Seguridad y salud: Investigación de los efectos del fuego y el humo (dispersiones).
• Ingeneiria mecanica: Turbomaquinas, aerodinámica de vehículos.
• Ingeniería ambiental: Distribución de contaminantes y efluentes.
• Ingeniería de petróleos: aseguramiento de flujo y separadores.

 


Modelamiento Computacional de flujo bifásico en tuberías

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Estudiante: Fabio Lopez y Hugo Pineda
Coasesor: Ricardo Carvalho

Con el fin de validar instrumentos de medición para tuberías de flujos bifásicos, se realizan simulaciones de las condiciones medidas. Los parámetros de interés son: fracción de vacío, patrón de flujo, y caída de presión.0004 

Modelamiento Computacional de flujo bifásico en tuberías con accesorios

Estudiante: Fabio Lopez
Coasesor: Ricardo Carvalho
0005Este estudio busca aprovechar los beneficios de un software de CFD (Star-CCM+) en tres dimensiones, en particular su nivel de detalle y fidelidad, mezclándolo con la velocidad de cómputo de uno en una dimensión (Ledaflow), aplicando este acoplamiento en el flujo de tuberías con accesorios.
0004

Comparación de correlaciones empíricas para el calculo de la fracción de vacío y la caída de presión de flujo bifásico en tubería

0007

Estudiante: Carlos Higuera
Coasesor: Ricardo Carvalho
Se desea realizar un análisis comparativo con base en correlaciones empíricas desarrolladas en tuberías con flujo bifásico para la fracción de vacío y caída de presión, a partir de la compilación de una base de datos en desarrollo; con el fin de verificar o desarrollar una correlación con un alto grado de exactitud para el cálculo de dichas variables.0004 

Modelamiento en CFD de flujo bifásico (agua-aire) en codos de 180°

0008Estudiante: Mateo Mendivil
Coasesor: Jader Barbosa
Este proyecto se enfoca en la simulación por medio de CFD de un flujo bifásico (agua-aire) en tuberías con arreglo de 180º, con el objetivo de correlacionar parámetros de interés en el estudio (caída de presión y fracción de vacío) y caracterización de regímenes de flujo en sistemas multifásicos.0022

Modelamiento en CFD de flujo bifásico (agua-aire) en codos de 90°

0009Estudiante: Andres Melo
Coasesor: Mazdak Parsi
En este proyecto se desea desarrollar un modelo en CFD de un flujo bifásico agua-aire en un codo de 90° con diferentes orientaciones en una tubería de 8 m y un diámetro de 2 in para diferentes velocidades de líquido y gas. Este modelo se validará con el apoyo de la universidad de Tulsa en Oklahoma, Estados Unidos, la cual suministrará resultados experimentales, midiendo fracciones de vacío y esfuerzos cortantes, para este propósito0023.

Análisis de la distribución de fases en la admisión de una ESP en presencia de mezclas agua-aire por medio de CFD

0010Estudiante: Hugo Pineda
Coasesor: Ricardo Carvalho
Este proyecto estudia la distribución de fases (agua-aire) en la zona de admisión de una bomba electro sumergible (ESP) usando CFD, con el fin de comparar y acoplar con mediciones experimentales realizadas por medio de medidas ultrasónicas (en conjunto con UNICAMP y UNIFEI).0004

Modelamiento en CFD de un separador de crudo y arena

0011Estudiantes: Lorena Torrado, Jorge Andrés Pinilla, Maria Paula Rincón y Slendy Alejandra Suarez
Coasesor: Miguel Asuaje
Para la industria petrolera es de gran importancia mejorar las actividades de producción, en especial los procesos de separación, debido a que el flujo de producción proveniente del yacimiento es una combinación de gas, agua, arena y aglomerados. Con la herramienta computacional Star CCM+, se tiene como objetivo realizar una evaluación fluido-dinámica y diseño hidráulico de un tanque separador, con la estimación de los campos de velocidad y presión de ambos fluidos en el interior del tanque se pretende optimizar el proceso de separación de crudo y arena.0024

Modelamiento en CFD de un separador agua-aceite con micro burbujas

0012Estudiantes: Victor Julian Perez
Coasesor: Miguel Asuaje
En este proyecto se está modelando el funcionamiento de un separador agua-aceite con micro burbujas por medio de CFD. Se propondrán condiciones viables de operación para alcanzar niveles aceptables de recuperación de aceite en una mezcla de estudio.
0024
Modelación CFD de un coalescedor de flujo bifásico

0013Estudiantes: Catalina Sarmiento
Coasesor: Miguel Asuaje 
Este proyecto consiste en aumentar la eficiencia de un separador bifásico, estudiando la interacción entre las gotas en una emulsión de petróleo y agua. Se realizará una simulación en STAR CCM+ para entender como se da la coalescencia entre las partículas y mejorar el proceso de obtención de petróleo.0024
Modelamiento en CFD de un bio-reactor de membrana anaeróbico para el tratamiento de aguas residuales industriales

0014Estudiante: Luz Naranjo y Laura Zuluaga
Coasesor: Manuel Rodriguez
Entre varias de las funciones y ventajas del modelamiento en CFD, se encuentra la posibilidad de conocer diferentes parámetros de operación y sus perfiles dentro de los distintos equipos. En este caso, se analiza un bio-reactor de membrana anaeróbico que se encuentra en una planta de tratamiento de aguas residuales industrial en Basel, Suiza. 
Entre los parámetros estudiados se encuentran: el mezclado, perfil de temperatura y ubicación de las zonas muertas a diferentes temperaturas ambiente y concentración de sólidos suspendidos totales. Con respecto a la membrana, se estudia la distribución de los esfuerzos cortantes y el perfil de velocidad a distintas concentraciones de sólidos suspendidos totales. Este proyecto se lleva a cabo con la Universidad de Ciencias Aplicadas y Artes del Noroeste de Suiza.0025
Simulación en CFD de una unidad de filtración de membrana

0015Estudiantes: Juan Carlos Berrio y Esteban Guerrero
Coasesor: Manuel Rodriguez
En muchos procesos industriales el agua se contamina en las operaciones realizadas. Como solución al problema la empresa danesa Grundfos ha desarrollado una unidad de filtración por membranas giratorias para tratamiento de aguas. Ésta consiste en un tren de membranas en serie que retienen las impurezas del agua a tratar. De esta manera el agua es removida mientras el flujo que continua aumenta su fracción de sólidos suspendidos. El trabajo que realizamos en el departamento consiste en evaluar las propiedades del flujo al interior del equipo (cantidad de sólidos suspendidos y viscosidad) mediante software especializado en CFD.0026
Modelamiento en CFD de un bio-reactor anaeróbico para la producción de hidrógeno

0016Estudiante: Luz Naranjo
Coasesor: Manuel Rodriguez
El estudio de la producción de hidrógeno ha tomado un papel importante en la actualidad. Este compuesto ha sido implementado como combustible en múltiples procesos de ingeniería debido a su alta eficiencia energética y a que es un recurso renovable.
El proyecto emplea un reactor anaeróbico alimentado con una mezcla de mucílago de café y estiércol de cerdo como sustratos para la producción biológica de hidrógeno.
Se usará CFD para estudiar el flujo dentro del reactor buscando la existencia de zonas muertas, estratificación y demás fenómenos del flujo que afecten homogeneidad y factores biológicos de la mezcla.
Con esto se espera generar herramientas que permitan la mejora del bio-proceso de generación alternativa de hidrógeno.
Simulación de un bio-reactor anaeróbico

0017Estudiante: Mauricio Carvajal
Coasesor: Manuel Rodriguez
En este proyecto se pretende acoplar el modelo de digestión anaeróbica (ADM) a la simulación en CFD para poder observar la dinámica de la reacción dentro del volumen del bio-reactor. Se pretende a si mismo ver como la geometría del reactor, el mezclado y los puntos muertos afectan la producción de hidrógeno.
Sistema de flotación por aire disuelto (DAF)

0019Estudiantes: Paola Cristancho, Juan Carlos Berrio, Esteban Guerrero, Juan Pablo Gallo y Jorge Lopez
En la extracción de petróleo por cada barril extraído, se obtienen entre 8 y 12 barriles de agua a tratar. Uno de los procesos de tratamiento utilizados es el Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF), que consiste en la adición de coagulantes y floculantes para desestabilizar partículas para formar agregados que serán removidos por la inyección de aire.El trabajo que realizamos en el departamento consiste en simular el equipo por medio de un software especializado en Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Con el fin de evaluar diferentes condiciones de operación como flujos de gas y liquido.0028
Modelación de la recuperación de hidrocarburos en humedales artificiales

0020Estudiante: Juan Jose Torres
Coasesor: Manuel Rodriguez, Carlos Arias
Durante los años ha aumentado la búsqueda de alternativas para el tratamiento de aguas residuales, que sean de uso eficiente y económicamente viables. Una de las opciones más llamativas son los humedales artificiales, que mediante diferentes procesos biológicos permiten obtener una gran calidad de efluentes, además de ser de fácil mantenimiento y baja inversión, permitiendo también gran diversidad de aplicaciones como la limpieza de aguas de proceso de la industria petrolera. Este proyecto busca desarrollar un modelo general de remoción de hidrocarburos en humedales artificiales de flujo vertical (área que no ha tenido gran desarrollo en la literatura) teniendo en cuenta los diferentes procesos biológicos y ambientales presentes.0029
Simulación de un reactor trifásico de goteo (TBR) en CFD

0021Estudiante: Paula Puentes
Coasesor: Jorge Mario Rodriguez
Se desea simular un reactor donde un flujo gaseoso y uno líquido fluyen en co-corriente hacía abajo por un lecho catalítico. En el Indian Institute of Technology Guwahati el profesor S.K. Majumder y el profesor A. Giri realizaron un experimento para estudiar la caída de presión en dichos reactores, para esto construyeron una columna de 8 cm de diámetro de vidrio borosilicatado y la empacaron con esferas de 3 mm de diámetro del mismo material. El objetivo de este proyecto es entonces simular dicho reactor en el programa de CFD STAR CCM+ y realizar una comparación con el reactor experimental para poder extender el campo de conocimiento que se tiene sobre la caída de presión y los regímenes en estos sistemas.
Análisis y modelamiento en CFD del mezclado de un bio-reactor anaeróbico con Membrana (AnMBR) industrial

0018Estudiante: Jorge Lopez
Coasesor: Geo Smith
Se desea analizar el mezclado en un bio-reactor con membrana de la empresa Veolia Water, el cual actualmente cuenta con un elemento de mezclado mecánico y busca remplazar el agente de mezclado por puntos de inyección de flujo.0027
Modelamiento en CFD de flujo bifásico (agua-aire) en tuberías verticales

Estudiante: Valeria Sanguino
Coasesor: Ricardo Carvalho
Estudiar el comportamiento de flujos bifásicos (gas-líquido) en tuberías verticales usando CFD. Los resultados de las simulaciones se validaran con resultados experimentales en términos de la fracción de vacío. En primera instancia se hará partiendo de la mezcla agua y aire, seguido de aceite mineral y aire para la validación.
0004