MODELADO FÍSICO DE PROCESOS METALÚRGICOS Y DE MATERIALES DR. BERNARDO HERNÁNDEZ MORALES SEMESTRE 2012-1 CALIDAD DEL FLUJO EN UN MODELO FÍSICO DE UN DISTRIBUIDOR DE COLADA CONTINUA : EFECTO DEL FLUJO VOLUMÉTRICO DEL FLUIDO GUIÓN DE TRABAJO EXPERIMENTAL

INFORMACIÓN

El distribuidor de una máquina de colada continua es un reactor metalúrgico alimentado por acero líquido proveniente de la olla, que a su vez alimenta a los moldes donde se lleva a cabo la solidificación del acero. La función fundamental del distribuidor es garantizar una alimentación constante de metal líquido, en condición estable, al sistema de solidificación. Sin embargo, el flujo en el interior del distribuidor no es ideal, es decir existe una combinación de volúmenes pistón, de mezcla perfecta y muertos. Esto promueve el enfriamiento estratificado del metal líquido y el arrastre de residuos no metálicos hacia el interior del metal. Para caracterizar al flujo en el interior del distribuidor es común agregar un trazador (en forma de pulso) y analizar las curvas RTD1 resultantes para cuantificar la calidad del flujo. Un parámetro de operación a considerar es el flujo volumétrico del fluido dentro del distribuidor.

OBJETIVO

Determina el flujo volumétrico mínimo del fluido en el modelo físico de un distribuidor de colada continua, necesario para producir un porcentaje de volumen muerto de menos de 2 %, cuando se opera a una altura constante de 18 cm. 1

RTD = Residence Time Distribution

MATERIALES Y EQUIPO


Modelo físico de un distribuidor de colada continua de dos líneas
75 mL de una disolución acuosa (1:1) de H2SO4
75 ml de una disolución acuosa (1:1) de NaOH
Agua
20 mL de solución buffer de pH 4
20 mL de solución buffer de pH 7
Jeringas de 5 mL
Pizeta con agua destilada
Frascos de vidrio
Vasos de precipitados
pH-metro (con puerto de comunicación y compensación por temperatura)
Sistema de bombeo y recirculación del agua
Contenedor para recibir el flujo de salida del modelo físico
Laptop
Software de adquisición de datos para el pH-metro

PARTE I

PROCEDIMIENTO

1. Calibra el pH-metro de acuerdo al instructivo del equipo 2. Coloca, cuidadosamente, el electrodo del pH-metro en una salida del modelo físico 3. Regula la entrada y la salida del agua al modelo físico para una razón de flujo de 20 L/min y establece una altura, constante, de fluido de 18 cm en el interior del distribuidor 4. Registra el pH inicial 5. Inicia el software de adquisición de datos 6. Selecciona el nombre del archivo y otros parámetros de adquisición de datos 7. Llena una jeringa con 5 mL de la disolución ácida 8. Inicia la adquisición de datos 9. Agrega rápidamente la disolución de trazador, introduciéndola a través del conducto de entrada (la “buza”) del fluido al distribuidor y al mismo tiempo detén la recirculación del agua 10. Detén la adquisición de datos cuando lo consideres adecuado 11. Agrega poco a poco 10 mL de la disolución acuosa básica al contenedor del agua de salida para neutralizar al agua, antes de desecharla 12. Obtén esta medición por triplicado 13. Repite este procedimiento para una razón de flujo de 10 L/min

CUESTIONARIO

1. ¿Cuándo consideraste que el ácido sulfúrico había sido desalojado del sistema? 2. Describe la respuesta del sistema, esto es, la forma de la curva pH vs tiempo 3. A partir de las mediciones construye curvas RTD para caracterizar, cualitativamente, la calidad del flujo en el distribuidor para todos los experimentos 4. ¿Cuál fue el efecto de la razón de flujo volumétrico sobre la calidad del flujo? 5. Para cada experimento, determina el % de volumen muerto utilizando la información del artículo de Sahai y Emi2.

2

Y. Sahai y T. Emi. “Melt flow characterization in continuous casting tundishes”, ISIJ International, 1996, vol. 36, no. 6, pp. 667-672.

PARTE II

PROCEDIMIENTO

1. Calibra el pH-metro de acuerdo al instructivo del equipo 2. Coloca, cuidadosamente, el electrodo del pH-metro en una salida del modelo físico 3. Regula la entrada y la salida del agua al modelo físico para una razón de flujo de interés y establece una altura, constante, de fluido de 18 cm en el interior del distribuidor 4. Registra el pH inicial 5. Inicia el software de adquisición de datos 6. Selecciona el nombre del archivo y otros parámetros de adquisición de datos 7. Llena una jeringa con 5 mL de la disolución ácida 8. Inicia la adquisición de datos 9. Agrega rápidamente la disolución de trazador, introduciéndola a través del conducto de entrada (la “buza”) del fluido al distribuidor y al mismo tiempo detén la recirculación del agua 10. Detén la adquisición de datos cuando lo consideres adecuado 11. Agrega poco a poco 10 mL de la disolución acuosa básica al contenedor del agua de salida para neutralizar al agua, antes de desecharla 12. Obtén esta medición por triplicado 13. Repite este procedimiento para otras razones de flujo

CUESTIONARIO

1. A partir de las mediciones construye curvas RTD para caracterizar, cualitativamente, la calidad del flujo en el distribuidor para todos los experimentos 2. ¿Cuál fue el efecto de la altura del baño líquido sobre la calidad del flujo? 3. Para cada experimento, determina el % de volumen muerto utilizando la información del artículo de Sahai y Emi Determina el flujo volumétrico mínimo del fluido en el modelo físico de un distribuidor de colada continua, necesario para producir un porcentaje de volumen muerto de