Modelaxe e simulación numérica de procesos térmicos industriais. Mellora do modelado termofluidodinámico do tratamento térmico de temple por inmersión

• Autores: Carlos Coroas Fombella
• Directores de la Tesis: Elena Beatriz Martín Ortega (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidade de Vigo ( España ) en 2025
• Idioma: gallego
• Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando Varas Mérida (presid.) , José Durany Castrillo (secret.) , Rocio Bolaños Jiménez (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Investigo
• Resumen

  • As características mecánicas do aceiro poden ser modificadas durante o proceso produtivo mediante a aplicación de tratamentos térmicos, que consisten en ciclos de quentamento e arrrefriamento especificamente deseñados para acadar as propiedades finais requiridas na peza. En concreto, o temple por inmersión consiste nun arrefriamento brusco das pezas, partindo dunha temperatura elevada (arredor dos 1163K), mediante a submersión nun fluído, co obxectivo de provocar a aparición de martensita fase metalúrxica de alta dureza.

    Dado que as transformacións metalúrxicas e, por conseguinte, as propiedades mecánicas, dependen da velocidade de arrefriamento, a evolución térmica durante o proceso deberá de ser calibrada de xeito preciso. Non obstante, este axuste presenta serias dificultades, dado que, durante o temple, interactúan diferentes fenómenos físicos que afectan á transferencia de calor (entre a peza sólida e o fluxo fluído turbulento bifásico) influenciados a súa vez pola calor xerada nas trasformacións metalúrxicas. A forma común de calibrar o proceso a nivel industrial consiste na realización de innumerables probas experimentais variando as condicions de operación, ata descubrir os valores que permiten obter as proporcións metalúrxicas axeitadas ao uso final do produto.

    Nesta tese preséntanse unha alternativa que reduce o alto número de probas experimentais, mediante a simulación numérica. Así pois, deséñanse e impleméntanse dúas metodoloxías para a resolución numérica do proceso, que permiten coñecer a evolución térmica, metalúrxica e mecánica durante o temple. A primeira, referenciada como modelo de correlacións (i), simplifica o problema evitando a resolución fluidodinámica mediante a caracterización de coeficientes de transferencia de calor baseados en correlacións experimentais. A segunda, denominada como modelo con resolución detallada de fluído mediante técnicas CFD (ii), realiza unha resolución máis precisa e innovadora, traballando en diferentes escalas temporais e espaciais para resolver o dominio fluído e caracterizar o intercambio de calor entre peza e fluído circundante. Este último enfoque emprega unha metodoloxía multiescala, integrando modelos de crecemento e desprendemento de burbulla nun modelo CFD para fluxo bifásico, axustado á súa vez a un modelo térmico de arrefriado da peza.

    Neste documento expoñense os modelos numéricos deseñados, avaliando a súa precisión respecto aos datos dispoñibles na literatura e respecto ás baterías propias de probas experimentais a escala de laboratorio. Ademais, aplícase esta ferramenta á resolución dun problema industrial concreto, analizando a liña productiva actual da compañía CIE GALFOR e estudando posibles variacións na súa configuración co obxectivo de diminuir os custos produtivos e ambientais da liña.