Uniformidad de temperaturas vs. salida de gases de combus6ón en horno de alta temperatura. Alberto Cantú Pérez Roberto A.

Transcripción

1 Uniformidad de temperaturas vs. salida de gases de combus6ón en horno de alta temperatura. Alberto Cantú Pérez Roberto A. Reyes Gonzalez

2 Quienes Somos 1975 Nutec inicia con la fabricación y comercialización de equipo de combuseón de la marca North American MFG se inicia el diseño y la fabricación de hornos industriales para la industria cerámica.

3 Quienes Somos En años de Excelencia En Ingeniería y Manufactura de Hornos de Alta Temperatura 25+ años de Experiencia en Combustion, Ingeniería y Manufactura de Hornos

4 Quienes Somos En 2008 Nutec Bickley completa la adquisición de GFC kilns localizada en Melbourne, Australia. +

5 En 2011 se completa la adquisición de Dragon Kilns

6 En donde estamos Manufacturing & Service Sales Office & Service Installed Equipment Mexico USA India China UK Malaysia Monterrey Kolkata Foshan

7 Ejemplos de Tipos de Hornos Manufacturados Horno de Envejecido Horno Túnel Horno de Forja Horno CarBell Horno Intermitente

8 Definición del Problema Los hornos uelizados para el tratamiento térmico de metales deben tener una uniformidad de temperaturas muy estricta. (a menudo en el rango de ±7 C). El objeevo de este estudio es invesegar el impacto de la localización de las salidas de gases en la homogeneidad de temperaturas.

9 Horno con 6 quemadores North American (9 MM BTU/hr). Dos opciones de configuración de salida de gases. 6 chimeneas laterales (3 por lado) 2 chimeneas al fondo del horno. Modelos a Resolver Navier-Stokes (modelo k-epsilon). Ecuación de conenuidad Temperatura Radiación Especies. Geometría Estudiada Quemadores Salidas

10 Mallado de la Geometría Se uelizó ANSYS Mesh para el mallado. Se crearon 6 sólidos ficecios para mallar la salida de los quemadores de manera más fina. Tamaño de Malla 8 x 10 6 Máximo skewness 0.80 Skewness promedio 0.22 Tipo de Elementos Tetras y hexas

11 Condiciones Frontera Flujo másico de entrada (O2, N2, CO2, H2O) de gases de combuseón (25% capacidad). Condición de presión en frontera de salida 0.5mm H 2 O No deslizamiento y emisividades de 0.92 y 0.5 para ladrillo y fibra respecevamente para cálculo de radiación interna en todas las paredes. Convección y radiación en fronteras externas con h=4w/m 2 K, T=313K y emisividad externa de 0.09

12 Planos de Vista para Resultados Puerta Planos Y-X (paralelos a puerta) Planos Y-Z (perpendiculares a puerta)

13 Análisis de Resultados Se obeenen contornos de temperatura (regiones de temperatura constante) en los diferentes planos de estudio (paralelos o perpendiculares a la puerta). Se obeenen también gráficas de vectores de velocidad donde el tamaño y el color varían según la magnitud de la velocidad. Se grafican líneas de flujo saliendo de los 6 quemadores para observar la trayectoria de los gases de combuseón.

14 Temperaturas Plano Y-X (1) Horno con 6 Salidas El horno con 6 salidas encuentra una región fría en la esquina inferior izquierda. Horno con 2 Salidas Horno con 2 Salidas alcanza temperaturas más altas que el horno con 6 salidas laterales.

15 Temperaturas Plano Y-X (2) Horno con 6 Salidas Horno con 2 Salidas El horno con 2 salidas Eene una región de alta temperatura en la parte superior. Ambos diseños presentan regiones frías en el parte baja al centro del horno. Regiones con baja recirculación que provoca zonas frías.

16 Temperaturas Plano Y-X (3) Horno con 6 Salidas Horno con 2 Salidas El horno con 6 salidas Eene nuevamente una región fría en la parte baja del horno. El horno con 2 salidas Eene una región grande de temperatura constante cercana a los 1230K

17 Temperaturas Plano Y-Z (1) Horno con 6 Salidas Horno con 2 Salidas El horno con 6 salidas Eene una región fría de tamaño importante en la parte derecha (pared posterior). La temperatura en el horno con 2 salidas es más uniforme. En ambos casos se pueden ver la localización de los quemadores

18 Temperaturas Plano Y-Z (2) Horno con 6 Salidas Horno con 2 Salidas El horno con 6 salidas sigue teniendo algunas regiones de baja temperatura en la parte baja del horno. Se sigue observando una ligera distribución más uniforme en el horno con 2 salidas.

19 Temperaturas Plano Y-Z (3) Horno con 6 Salidas Horno con 2 Salidas Ambos hornos presentan distribuciones de temperatura similares con regiones calientes en el centro del horno. El Horno con 6 Salidas presenta una región fría en la esquina inferior izquierda

20 Desviación Estándar en Planos El horno con 2 salidas muestra desviaciones estándar menores en prácecamente todos los planos. El horno con 6 salidas muestra una desviación estándar grande en el plano 1 consistente con las regiones de baja temperatura en las esquinas

21 Vectores de Velocidad Plano Y-X (1) Horno con 6 Salidas El horno con 6 salidas muestra 2 zonas de recirculación. Horno con 2 Salidas El horno con 2 salidas muestra también 2 zonas de recirculación pero con mayores velocidades. Zonas de baja velocidad

22 Vectores de Velocidad Plano Y-X (2) Horno con 6 Salidas Horno con 2 Salidas El horno con 6 salidas muestra 2 zonas de recirculación mas o menos simétricas. Se observa también en una región de poca velocidad en el centro del horno. El horno con 2 salidas muestra también 2 zonas de recirculación aunque una de ellas con menor tamaño. Las velocidades son mayores a las del horno con 6 salidas.

23 Vectores de Velocidad Plano Y-X (3) Horno con 6 Salidas Horno con 2 Salidas El horno con 6 salidas muestra una región de poca velocidad en el centro del horno. El horno con 2 salidas Eene una región de poca convección en la esquina inferior derecha

24 Vectores de Velocidad Plano Y-Z (1) Horno con 6 Salidas Horno con 2 Salidas El horno con 6 salidas muestra una región de poca velocidad cerca de la pared posterior en comparación con el horno de 2 salidas consistente con los resultados de temperaturas.

25 Análisis de Flujo de Salida de Quemadores Horno con 6 salidas Horno con 2 salidas

26 Conclusiones Los contornos de temperatura muestran un desempeño mejor del horno con 2 salidas. El horno con 6 salidas Eene un pobre desempeño debido principalmente a regiones de poca convección y baja temperatura en las esquinas El horno con 2 salidas parece mejorar la convección en el plano Y-Z ya que las salidas no están alineadas con las salidas de los quemadores como en el horno de 6 salidas.

27 Datos Experimentales La prueba wsica consiste en distribuir 12 termopares alrededor del horno a una altura no mayor a 50 pulgadas del piso. La máxima diferencia en temperaturas está alrededor de los 5 C. A las 6am se abre la puerta del horno (las temperaturas bajan), se cierra y se observa que el horno regresa y se estabiliza en su temperatura de control.

28 Otros Proyectos: Análisis de la homogeneidad de temperaturas con quemadores Epo pulso

29 Otros Proyectos: Análisis de la homogeneidad de temperaturas con quemadores Epo pulso

30 Preguntas? Gracias!!