Metodología para la simulación computacional de contadores de chorro único aplicada al estudio de la influencia en su funcionamiento de los principales parámetros de diseño

Resumo

Los contadores de chorro único tienen hoy en día una implantación muy importante en el mercado de contadores de agua ¿ sobre todo entre los utilizados para la facturación del consumo en el ámbito doméstico ¿ y se prevé que van a seguir manteniendo su cuota de mercado en los próximos años. Pese a que se trata de una tecnología completamente asentada, no existe una base teórica desarrollada que sirva de guía para el diseño de contadores de chorro único. Por esta razón, el diseño y la mejora de este tipo de contadores se llevan a cabo mediante costosos procedimientos experimentales en los que la experiencia y la intuición de los diseñadores juegan un papel fundamental. La presente tesis propone una metodología basada en técnicas de Mecánica de Fluidos Computacional para el estudio del funcionamiento de los contadores de agua de chorro único mediante la simulación del flujo que tiene lugar en su interior. La metodología propuesta considera de forma detallada la interacción que se produce entre el flujo y la turbina, proporcionando las características de funcionamiento más importantes del contador tales como su metrología, la pérdida de presión y las fuerzas y pares resultantes, siendo estos últimos difícilmente cuantificables por medios experimentales. Una parte fundamental de la metodología propuesta la constituye un algoritmo semi-implícito desarrollado para resolver de forma acoplada las ecuaciones del movimiento de rotación de la turbina y las del flujo de agua que tiene lugar en el interior del contador. Este algoritmo permite obtener como resultado de la simulación la velocidad de giro de la turbina de forma robusta y computacionalmente eficiente. La metodología propuesta se ha empleado en primer lugar en el estudio de un contador de chorro único dirigido a la facturación del consumo de agua en usos domiciliarios. La comparación de los resultados obtenidos con mediciones realizadas en un banco experimental ha permitido validar la metodología. Además, mediante las simulaciones realizadas se han analizado varios aspectos interesantes del funcionamiento del contador, tales como el papel del rozamiento en las características metrológicas del contador. Posteriormente se realiza un estudio sobre la influencia que algunos de los principales parámetros de diseño tienen en el funcionamiento de los contadores de chorro único, discutiendo su efecto sobre la sensibilidad, las pérdidas de presión y las fuerzas que el flujo produce sobre los apoyos de la turbina. Los resultados obtenidos han demostrado que la metodología propuesta es de gran valor para el estudio del funcionamiento de los contadores de chorro único y se presenta como una herramienta de gran utilidad para los diseñadores de este tipo de contadores.