CENTRO DE INVESTIGACION Y ESTUDIOS AVANZADOS DEL IPNCENTRO DE INVESTIGACION Y ESTUDIOS AVANZADOS DEL IPNMAESTRIA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA METALÚRGICAMAESTRIA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA METALÚRGICA

MODELACIÓN FÍSICA DEL PROCESO DE REFINACIÓN DE CHATARRA DE ALUMINIO EN HORNO DE REVERBERO DE

DOBLE CÁMARA

Dr. Alfredo Flores ValdezDr. Alfredo Flores Valdez

Unidad SaltilloUnidad SaltilloRamos Arizpe, Coahuila.Ramos Arizpe, Coahuila.

CONTENIDO

Objetivo

Introducción

Antecedentes

Justificación

Metodología

Cronograma

OBJETIVO

Comprender la fenomenología del flujo de fluidos en el Comprender la fenomenología del flujo de fluidos en el horno de reverbero a través de su modelación física horno de reverbero a través de su modelación física y numérica para poder determinar el tiempo de y numérica para poder determinar el tiempo de mezclado y el tiempo de ciclo de un sistema de mezclado y el tiempo de ciclo de un sistema de partículaspartículas--agua en un modelo de acrílico en escala 1:2.agua en un modelo de acrílico en escala 1:2.

HomogenizadoHomogenizado

RefinaciónRefinación

TratadoTratado

INTRODUCCIONSección del horno a modelar:Sección del horno a modelar:

Cámara No. 1 : Cámara No. 1 :

Modelo de acrílico del Horno de reverbero (Escala 1:2)Modelo de acrílico del Horno de reverbero (Escala 1:2)

ANTECEDENTESANTECEDENTES

AguaAgua

Material de los modelos de Material de los modelos de pruebaprueba

TrazadoresTrazadores

ImpulsoresImpulsores

Patrón de flujo axial Patrón de flujo axial provocado por aspas provocado por aspas

inclinadas

Patrón de flujo radial Patrón de flujo radial provocado por aspas provocado por aspas

planasinclinadas planas

Criterios de Criterios de SimilitudSimilitud

•• Similitud Similitud GeométricaGeométrica

•• Similitud DinámicaSimilitud DinámicaR

p

m XXX

= Rp

m XXX

=

Relación de escalaRelación de escala Relación de Relación de volúmenes

Potencia/VolumenPotencia/Volumenvolúmenes

•• Velocidad tangencial Velocidad tangencial de agitaciónde agitación

•• Similitud dinámicaSimilitud dinámica

•• Vórtices similaresVórtices similares

gDNNFr

2

=gDNNFr

2

=gDNNFr

2

=

Resumen de relaciones obtenidas según los criterios contempladosResumen de relaciones obtenidas según los criterios contempladospara escalar para escalar NNmm

JUSTIFICACIONJUSTIFICACION

Debido a que se desconocen los tiempos de Debido a que se desconocen los tiempos de mezclado y de ciclo, la trayectoria de partículas mezclado y de ciclo, la trayectoria de partículas inyectadas, velocidades relativas, formación de inyectadas, velocidades relativas, formación de vórtices, localización de zonas muertas, etc., se hace vórtices, localización de zonas muertas, etc., se hace necesario la realización de una serie de pruebas en el necesario la realización de una serie de pruebas en el modelo físico, para cuantificar así como hacer modelo físico, para cuantificar así como hacer observaciones, referidas al fenómeno de flujo de fluido observaciones, referidas al fenómeno de flujo de fluido que ocurre en el modelo bajo condiciones de frontera que ocurre en el modelo bajo condiciones de frontera que traten de representar de la forma más confiable y que traten de representar de la forma más confiable y realista lo que está pasando en el horno.realista lo que está pasando en el horno.

Se realizará una ampliación en la modelación física.Se realizará una ampliación en la modelación física.

La validación de los experimentos en el modelo se La validación de los experimentos en el modelo se hará con pruebas en la planta. hará con pruebas en la planta.

METODOLOGIA

Materiales EquipoSimulación Física

Validación en planta

agua

colorante

baquelita

aceite

modelo físico de acrílico

agitadores

cronómetro

cámara fotográfica

espectrofotómetro

tacómetro

pipeta

válvula de succión

frascos

celdas

Simulación Física

partículapartícula

Diseño experimental

Diseño experimental factorial:

Variables experimentales (k):

variable dinámica

variables geométricas

• hi/h• D/T• Geometría delimpulsor

• Nmkn 2= kn 2=

tiempo de ciclo

tiempo de mezclado

Variables de respuesta:

Variables geométricas

Impulsor propuesto (I3P)Impulsor utilizado en laPlanta (I2P)

Validación en planta

•• Escalamiento de resultados del modelo físico al horno Escalamiento de resultados del modelo físico al horno de reverbero.de reverbero.

•• Cálculo aproximado de la velocidad de recirculación del Cálculo aproximado de la velocidad de recirculación del

metal fundido en el horno.metal fundido en el horno.

•• Realización de pruebas en planta para comprobar el Realización de pruebas en planta para comprobar el tiempo de homogenización en el baño del horno.tiempo de homogenización en el baño del horno.

•• Comparación de la tasa de remoción del Mg del Comparación de la tasa de remoción del Mg del Aluminio realizada por la SiOAluminio realizada por la SiO2 2 contra la tasa de contra la tasa de colorización del tinte en el agua.colorización del tinte en el agua.

RESULTADOS PRELIMINARESRESULTADOS PRELIMINARES

•• Durante la etapa de experimentación no se pudo realizar pruebasDurante la etapa de experimentación no se pudo realizar pruebas tal tal como lo señalan los criterios de similitud.como lo señalan los criterios de similitud.

•• Otro líquido o mezcla que reemplazara al agua.Otro líquido o mezcla que reemplazara al agua.

•• Calentamiento del agua.Calentamiento del agua.

•• Con altas velocidades de rotación (Con altas velocidades de rotación (NNmm>480rpm) el agua presenta un >480rpm) el agua presenta un grado de agitación excesivo, distinto al del Aluminio líquido.grado de agitación excesivo, distinto al del Aluminio líquido.

•• Se descarta la utilización del Criterio de Reynolds para agitadSe descarta la utilización del Criterio de Reynolds para agitadores como ores como medio para escalar medio para escalar NmNm, se continuará la etapa experimental en base a los , se continuará la etapa experimental en base a los Criterios de Froude y de la Velocidad Tangencial de agitación.Criterios de Froude y de la Velocidad Tangencial de agitación.

REGISTRO DE RESULTADOS OBTENIDOS

336

486tiempos de ciclo más cortos:

tiempos de mezclado más cortos:

Tiempo vs Concentración

90, 0.27027

00.050.1

0.150.2

0.250.3

0.35

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325tiempo (s)

Con

cent

raci

ón (g

/l)Impulsor Nm hi/h D/T tcI2P 336 0.25 0.71 13.5

Tiempo vs Concentración

72, 0.27027

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

Tiempo (s)

Con

cent

raci

ón (g

/l)

Impulsor Nm hi/h D/T tcI3P 336 0.25 0.71 14.5

CONCLUSIONES

El impulsor I2P (utilizado en la planta) no es un buen mezclador, sin embargo debido a su geometría proporcionó el tiempo de ciclo más corto como consecuencia del patrón de flujo radial inducido.

El impulsor I3P (propuesto) dio lugar a los mejores tiempos de mezclado y su capacidad de bombeo fue aceptable.

La relación hi/h = 0.25 provocó un patrón de flujo más eficiente respecto a los tiempos de ciclo y de mezcla obtenidos.

La relación D/T = 0.71 produjo los mejores tiempos de mezclado y de ciclo.

Después de 3 minutos el grado de homogenización de la mezcla prácticamente no varía.

La velocidad lineal promedio del fluido es de aproximadamente 24.4cm/s.