Mentor presenta en un webinar el trabajo de Cor Meyer (Coaltech): prevención de explosiones de metano utilizando CFD en minadores continuos.
La división de análisis mecánico de Mentor (hoy pertenece al grupo Siemens)
ha presentado recientemente en un webinar
(link al webinar) los trabajos de Cor Meyer, Coaltech (
http://www.coaltech.co.za/)
sobre prevención de explosines de metano provicadas en los entornos de
minadores continuos.
El problema del metano y los minadores continuos
Un minador continuo es una máquina diseñada para arrancar material en el
frente del tajo de mina y enviarlo de forma automática a un sistema de
transporte. El carbón dentro del yacimiento tiene ocluidos los gases que se
forman en el proceso de descomposición de la materia orgánica originaria del
carbón. Con el arranque del carbón se liberan dichos gases que en algunos
casos pueden incluso llegar a invadir la galería o provocar una explosión
(si la concentración es la adecuada y existe un punto de ignición).
El minador consigue muy buenos rendimientos de arranque pero también una
liberación más rápida de gases, por lo que el peligro de llegar a una
atmósfera explosiva es más que posible.
El autor del trabajo ha utilizado FloEfd (programa de análisis de flujo de
fluidos) para modelar la circulación de dichos gases en el entorno de la
máquina de arranque y los sistemas de ventilación, llegando a proponer y
testear mejoras que han demostrado su validez. Por tanto es una técnica
asequible y rigurosa que permite conseguir mejoras de diseño en escenarios
donde las geometrías no son uniformes y sencillas.
Diseño CAD, problema de los detalles
Un modelo de minador al uso dispone de un tambor rotatorio en cabeza con el
que arranca el mineral. Al caer es recogido por un primer sistema de
transporte que luego a su vez traspasa la carga a un pánzer y a una cinta
transportadora. La geometría tanto del tambor de arranque como de los
mecanismos que rodean la máquina no tienen envolventes suaves como las de un
avión o un coche de carreras. Esto plantea un problema de modelado y mallado
que no todos los programas son capaces de resolver de forma solvente y sin
pérdida de precisión.
Las geometrías complejas provocan recovecos y zonas de difícil ventilación,
donde se podrían dar concentraciones explosivas (para que se produzca la
explosión es necesario también que esté presente un punto de ignición). El
CFD es una herramienta increíblemente eficaz para probar diseños de
ventilación y estudiar cómo se realiza el arrastre del metano y la dilución
del gas.
Simulación de detalles de diseño de superficies
Con objeto de investigar posibles mejoras algunas superficies del minador de
pruebas fueron modificadas (esa información no es pública). El efecto de
esas modificaciones junto con variaciones en los sistemas de ventilación
hacen evidentes las mejoras, como puede verse en la siguiente imagen.
Las cantidades de metano medidas antes y después de las modificaciones
claramente muestran una tendencia de mejora que todavía está en proceso de
estudio, pero que por sí mismas ya tienen un peso incontestable.
En algunos de los sensores la reducción casi bajó al 50% al medir en
operación real.
Mejoras en diseño. Conclusiones
El CFD es un método de análisis que en muchos casos
erróneamente se piensa que es inexacto,
lento y que difícilmente aporta valor ("cuesta demasiado esfuerzo para el
conocimiento que extraemos"). Quienes así piensan deberían tomar buena nota
de ejemplos de uso como éste.
El análisis de CFD (si se hace con la herramienta adecuada, y FloEfd
seguramente lo sea) da una información rápida y valiosa del comportamiento
del fluido alrededor de modelos no necesariamente sencillos. Por supuesto es
imprescindible un conocimiento de CAD y cómo traspasar determinadas
geometrías, pero algo que no está fuera del alcance de cualquier ingeniero.
En CAEsoft hemos trabajado con el equipo de Mentor en el análisis de mejora
del avión del equipo Team Velarde de Redbull (
video
sobre el trabajo). Nuestro trabajo en la preparación de modelos CAD nos
dio la oportunidad de comprobar de primera mano la eficacia de FloEfd en el
tratamiento de modelos CAD.