Simulación fluidodinámica computacional (CFD) en la industria minera
El uso de simulación en la industria minera, permite mejoras significativas en procesos y equipos, de modo que los profesionales del sector puedan desarrollar, verificar e implementar nuevas tecnologías especializadas, relacionadas con innovación de procesos, eficiencia operativa, mantenimiento, mejores prácticas, seguridad y el desarrollo sustentable.
Investigadores del Laboratorio de Tecnología Mineral (LTM) de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) están utilizando el software de simulación fluidodinámica Ansys Fluent para desarrollar investigaciones en el área de modelado de procesos de manipulación y procesamiento de materiales sólidos, participando también en proyectos en colaboración con grandes industrias mineras y metalúrgicas de Brasil.
Licencia académica para soluciones Ansys
Los investigadores utilizan Ansys Fluent para realizar experimentos que combinan la Fluidodinámica Computacional (CFD) y el Modelo de Fase Discreta (DPM) para mejorar la capacidad de simulación de los sistemas de manipulación de minerales y demás productos afines, tanto como para simular los procesos de molienda.
Ansys Fluent es el software líder en el área de la fluidodinámica, con funciones avanzadas para modelar flujos laminares y turbulentos, como así también una física más compleja, incluyendo flujos multifásicos, reacciones químicas, radiación y dinámica de partículas. El laboratorio de tecnología mineral, contó con la licencia Ansys Academic Research CFD, la cual ofrece condiciones especiales para investigadores y universidades.
ESSS al igual que Ansys, poseen una serie de productos pensados específicamente para profesores e investigadores que desean utilizar la tecnología Ansys para fines didácticos, pudiendo lograr:
- Resolver problemas didácticos en el ámbito del salón de clases;
- Crear un Laboratorio virtual propio y complementar las prácticas en el laboratorio real;
- Combinar la teoría y la práctica de simulación computacional;
- Formar investigadores habituados a utilizar tecnología de alto rendimiento.
El programa de ESSS en alianza con algunas universidades, tiene como objetivo el difundir la utilización de herramientas de simulación Computer Aided Engineering (CAE) en la vida académica de futuros profesionales de la tecnología. De este modo, la simulación pasa a formar parte de los conocimientos de ingenieros ya desde el inicio de su carrera, haciéndolos más aptos para el mercado laboral e incentivando la innovación tecnológica.
Proyectos desarrollados por LTM utilizando Ansys Fluent:
Simulación del flujo de aire sobre una pila de material
En este caso, simulaciones CFD son utilizadas para estudiar la velocidad del aire, la presión y la turbulencia cerca y sobre las pilas de material, generando resultados claves para el desarrollo de modelos de predicción. Uno de los principales mecanismos utilizados, es la emisión de partículas que se producen en las pilas de material acopiado en plantas de tratamiento minero.
Simulación de la emisión de partículas durante la descarga de cintas transportadoras
Este estudio, se centra en la emisión de partículas durante la descarga de cintas transportadoras. El mecanismo es complejo, pero puede simularse utilizando el modelo de acoplamiento CFD-DPM. La metodología CFD, resuelve el comportamiento del flujo de aire, mientras la metodología DPM, permite hacer un seguimiento de las partículas durante la caída y cómo las mismas interactúan con el aire, prediciendo la emisión de partículas en suspensión.
Fig.1 : Timelapse de la descarga de pellets de mineral de hierro que genera la emisión de partículas. Los puntos azules representan las partículas (< 100m) y los puntos rojos representan pellets de mineral de hierro.
Simulación de la elutriación de finos en un horno de reducción directa
El mineral de hierro, ya sea como pellets o terrones, se introduce a través de una tolva la cual alimenta al horno en la tapa del mismo, generando partículas finas, disminuyendo el rendimiento del proceso y la calidad del producto. Las simulaciones CFD se utilizan para estudiar el flujo de aire y la caída de presión dentro del horno. El flujo multifásico se resuelve con la metodología Kinetic Theory of Granular Fluids (KTGF), que permite predecir el intercambio de momentos entre las fases y el comportamiento de los finos.
Simulación de la degradación mecánica de pellets de mineral de hierro
En este proyecto, se utilizan simulaciones acopladas de tipo CFD-DEM junto con modelos de abrasión y rotura, para predecir la degradación mecánica que experimentan los pellets de mineral de hierro durante su manipulación. La simulación de la prueba de degradación mecánica utilizada en plantas de procesamiento de minerales para la predicción de la degradación de pellets.
Simulación del transporte de pulpa dentro de molinos
Para dicho estudio, se utiliza la simulación con el fin de estudiar el comportamiento de la pulpa en diferentes tipos de molinos. Los resultados obtenidos, se utilizan para describir el efecto de la clasificación, con relación a los modelos que se están desarrollando actualmente para los equipos de molienda.
Simulación de la velocidad límite en el túnel de viento
Este estudio permite conocer la velocidad límite en la cual las pequeñas partículas son arrastradas por el aire, generando la emisión de partículas en suspensión. Las simulaciones acopladas CFD-DEM, permiten estudiar el comportamiento de partículas pequeñas en una superficie formada por partículas grandes.
