Estudio hidrodinámico de tanques agitados para la producción de recubrimiento blanco base agua

Abstract

En el presente trabajo se realizó un proyecto de vinculación universidad-industria en el que se compara el desempeño hidrodinámico de tres impulsores existentes en tanques agitados en una planta de manufactura de pinturas de la empresa Axalta Coating Systems. Estos son, impulsor de cuatro paletas inclinadas a 45° (PBT4), impulsor de seis paletas inclinadas a 35° (PBT6), e impulsor de alta eficiencia de tres paletas inclinadas y puntas curveadas tipo Chemineer (HE3). Para ello se utilizó Dinámica de Fluidos Computacional y mediciones experimentales de consumo de potencia. El estudio se realizó en un tanque cilíndrico de 4 litros operando en régimen turbulento (número de Reynolds mayor a 14,000) usando dos tipos de fluidos; agua y recubrimiento blanco fluidos newtonianos y adelgazantes. En todas las simulaciones y validaciones experimentales se mantuvo la similitud geométrica con las condiciones existentes en planta. Se realizó un análisis de independencia de malla, comparando mallas con un incremento del doble de números de elementos, en la cual se eligió la de menor variabilidad de las propiedades hidrodinámicas respecto a la anterior. Una vez obtenida la malla independiente se obtuvieron los campos de velocidad, la dependencia de los números de potencia (NP) y de bombeo (NQ) de cada uno de los impulsores en estudio a diferentes condiciones de operación similares a las existentes en planta. Se encontró que en régimen turbulento tanto para el fluido newtoniano como el no newtoniano, el número de potencia es mayor para el impulsor PBT4 y el menor para el PBT6. Para ambos fluidos, el número de bombeo fue mayor para el impulsor PBT4 y el menor se obtuvo para el PBT6. La relación de efectividad de mezclado (NQ/NP) que se encontró es que el impulsor HE3 de Chemineer tiene el mayor valor para el fluido newtoniano, mientras que para el fluido no newtoniano, los valores son muy similares para los impulsores PBT4 y HE3. Para el caso de estudio específico de este trabajo se concluyó que para la homogeneización de un recubrimiento blanco manufacturado en la empresa Axalta Coating Systems utilizando los impulsores PBT4 y HE3 tendrían un desempeño muy similar, mientras que el impulsor PBT6 tendría el peor desempeño. Considerando que el impulsor PBT4 es un agitador de propósito general y puede usarse en una gran cantidad de aplicaciones, y además, es más fácil de manufacturar y su costo es más bajo, se tendría que el agitador PBT4 exhibe un mejor desempeño que el impulsor HE3.

In the present work, a university-industry linkage project was carried out in which the hydrodynamic performance of three existing impellers in agitated tanks in a Paint manufacturing plant of the company Axalta Coating Systems is compared. These are 45 ° inclined four vane impeller (PBT4), 35 ° inclined six vane impeller (PBT6), and Chemineer type curved tip three inclined vane high efficient impeller (HE3). For this, Computational Fluid Dynamics and experimental measurements of power consumption were used. The study was carried out in a 4-liter cylindrical tank operating in a turbulent regime (Reynolds numbers greater than 14,000) using two types of fluids; water and white coating like Newtonian fluid and slimming fluid. In all the simulations and experimental validations, geometric similarity was maintained with the existing conditions in the plant. An analysis of mesh independence was carried out, comparing meshes with an increase of twice the number of elements, in which the one with the least variability of the hydrodynamic properties with respect to the previous one was chosen. Once the independent mesh was obtained, the speed fields, the dependence of the power numbers (NP) and pumping numbers (NQ) of each of the impellers under study were obtained at different operating conditions similar to those existing in the plant. It was found that in turbulent regime for both Newtonian and non-Newtonian fluid, the power number is higher for the PBT4 impeller and the lower for the PBT6. For both fluids, the pumping number was higher for the PBT4 impeller and the lowest was obtained for the PBT6. The mixing effectiveness ratio (NQ/NP) that was found is that Chemineer's HE3 impeller has the highest value for Newtonian fluid, while for non-Newtonian fluid, the values are very similar for PBT4 and HE3 impellers. For the specific case study of this work, it was concluded that for the homogenization of a white coating manufactured in the company Axalta Coating Systems using the PBT4 and HE3 impellers they would have a very similar performance, while the PBT6 impeller would have the worst performance. Considering that the PBT4 impeller is a general purpose agitator and can be used in a large number of applications, and furthermore, it is easier to manufacture and its cost is lower, the PBT4 agitator would have a better performance than the HE3 impeller.