Autor: Dr. Bernardo Hernández Morales

Transcripción

1 Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales Semestre Dinámica del fluido líquido en una olla agitada por inyección de gas: tiempo de mezclado a partir de mediciones de ph Guión de trabajo experimental Información Una olla es un reactor metalúrgico con el que se inicia el proceso de colada continua. La función fundamental de la olla es recibir el acero líquido proveniente de los hornos de fusión para luego alimentarlo, en condición estable al distribuidor. La olla es un recipiente de acero, de forma cilíndrica, revestido con una capa de ladrillo aislante y con una capa de ladrillo refractario. Esencialmente, la olla es un recipiente que recibe metal líquido a un flujo constante, lo retiene mientras se realizan operaciones que minimizan la estratificación térmica y favorecen ciertas reacciones químicas y, finalmente, lo alimenta al distribuidor durante la colada. El flujo del acero líquido dentro de la olla durante el tratamiento previo a la alimentación al distribuidor se provoca, usualmente, por la inyección de un gas. Una cantidad de interés es el tiempo de mezclado, que puede obtenerse mediante la adición de un pulso de un trazador. Objetivo Cuál es la configuración de boquillas y flujo volumétrico de aire requeridos para alcanzar un tiempo de mezclado de 100 s en un baño de agua de 25 cm de profundidad (para una pareja de puntos de inyección y de medición del trazador fija)?

2 Materiales y equipo Modelo físico de una olla agitada por inyección por el fondo Pipeta Propipeta Probeta de 50 ml 2 matraces erlenmeyer de 50 ml Probeta de 5 ml Pizeta Agua Agua destilada Ácido sulfúrico concentrado Lentejas de sosa Compresora Flujómetro para aire Bomba peristáltica ph-metro Laptop Software de adquisición de datos

3 PARTE I Procedimiento 1. Instala la conexión de aire al modelo físico, abriendo únicamente la llave de la boquilla central y comienza a circular aire a una rapidez de flujo de 5 SCFH 2. Llena el modelo físico con agua hasta una altura de 25 cm 3. Instala la bomba peristáltica y coloca la manguera de inyección en un punto cercano a la boquilla central 4. Calibra el ph-metro de acuerdo al instructivo del equipo 5. Coloca, cuidadosamente, el electrodo del ph-metro (y el detector de temperatura) en el interior del baño líquido 6. Mide el ph inicial 7. Llena la probeta de 5mL con 3 ml de una disolución de ácido sulfúrico (1:1) 8. Inicia el software de adquisición de datos y selecciona los parámetros de adquisición 9. Inicia la adquisición de datos 10. Agrega rápidamente la disolución del trazador, accionando la bomba peristáltica a su máxima rapidez de flujo Detén la adquisición cuando lo consideres adecuado 12. Agrega una disolución de sosa para neutralizar al agua 13. Obtén esta medición por duplicado 14. Repite este procedimiento para una razón de flujo de 1 SCFH 1 Inicialmente opera la bomba solo con aire.

4 Cuestionario 1. Cuándo consideraste que el ácido sulfúrico se había mezclado completamente en el sistema? 2. Describe la respuesta del sistema; esto es, la forma de la curva ph vs tiempo. 3. A partir de las mediciones y los valores constantes del sistema, Cómo se podrá estimar la magnitud del tiempo de mezclado en el sistema? 4. Estima el tiempo de mezclado para cada uno de los experimentos 2 5. Qué relación existe entre el flujo volumétrico de aire y el tiempo de mezclado? 2 Para pasar del valor de tiempo máquina (que es el que graba el software de adquisición de datos) a un valor numérico en Microsoft Excel utiliza, por ejemplo para la celda C4, la operación: C4/HORANUMERO("00:00:01.0") y asegúrate que el formato de la celda sea numérico y con al menos 2 posiciones decimales.

5 PARTE II Procedimiento 1. Instala la conexión de aire al modelo físico, abriendo las llaves de las boquillas deseadas y comienza a circular aire a una rapidez de flujo de 5 SCFH 2. Llena el modelo físico con agua hasta una altura de 25 cm 3. Instala la bomba peristáltica y coloca la manguera de inyección en un punto cercano a la boquilla central 4. Calibra el ph-metro de acuerdo al instructivo del equipo 5. Coloca, cuidadosamente, el electrodo del ph-metro (y el detector de temperatura) en el interior del baño líquido (en la misma posición que en la PARTE I) 6. Mide el ph inicial 7. Llena la probeta de 5mL con 3 ml de una disolución de ácido sulfúrico (1:1) 8. Inicia el software de adquisición de datos y selecciona los parámetros de adquisición 9. Inicia la adquisición de datos 10. Agrega rápidamente la disolución del trazador, accionando la bomba peristáltica a su máxima rapidez de flujo Detén la adquisición cuando lo consideres adecuado 12. Agrega una disolución de sosa para neutralizar al agua 13. Obtén esta medición por duplicado 14. Repite este procedimiento para las configuraciones y rapideces de flujo volumétrico deseadas Cuestionario 1. Estima el tiempo de mezclado para cada uno de los experimentos 2. Grafica los valores medidos de tiempo de mezclado en función de la configuración de boquillas y el flujo volumétrico de aire 3. Cuál es la configuración de boquillas y flujo volumétrico de aire requeridos para alcanzar un tiempo de mezclado de 100 s en un baño de agua de 25 cm de profundidad (para una pareja de puntos de inyección y de medición del trazador fija)? 3 Inicialmente opera la bomba solo con aire.