Evaluación del comportamiento de flujo en un inyector Venturi en el proceso de coagulación y floculación para el tratamiento de aguas mediante CFD

Abstract

El presente proyecto tuvo como objetivo evaluar la eficiencia de mezcla inducida por un inyector tipo Venturi en el proceso de coagulación y floculación para el tratamiento de aguas, mediante simulaciones numéricas basadas en Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). A diferencia de otros estudios centrados en la geometría, la investigación se enfocó en analizar el efecto de las condiciones operativas específicamente la velocidad de entrada y la dosificación del coagulante sobre la calidad de la mezcla, con el propósito de optimizar la dispersión de partículas y mejorar la eficiencia global del proceso. Inicialmente se desarrolló un modelo analítico sustentado en los principios de conservación de masa y cantidad de movimiento, a partir del cual se definió una geometría base del inyector y se establecieron las condiciones de contorno para la simulación. Posteriormente, se construyó el dominio computacional mediante la herramienta BlockMesh y se implementó el modelo numérico empleando el solucionador twoLiquidMixingFoam de OpenFOAM, el cual permitió describir el comportamiento monofásico, bi-componente de la mezcla agua-coagulante bajo diferentes escenarios de operación. El modelo fue validado mediante la comparación de los campos de presión con datos de un caso de referencia, alcanzando un error porcentual inferior al 6 %, lo que demuestra su capacidad predictiva y confiabilidad. A través del análisis de sensibilidad, se identificó que la condición de mayor eficiencia de mezcla, evaluada por el Índice de Mezcla (IM), se presentó a una velocidad de 2 m/s y una dosificación tipo B (relación 0,5). Estos resultados respaldan la viabilidad técnica del inyector Venturi como alternativa hidráulica eficaz para la mezcla rápida, al eliminar la necesidad de energía externa y reducir los costos operativos. Se recomienda incluir en trabajos futuros la evaluación tridimensional del flujo, la inclusión de las posibles reacciones químicas y la influencia de la temperatura para mejorar la precisión del análisis del fenómeno.