Autor: Dr. Bernardo Hernández Morales

Autor: Dr. Bernardo Hernández Morales
Modelado Físico de Procesos Metalúrgicos y de Materiales
Semestre 2012-1
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
En aceración, una olla es un reactor metalúrgico en 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 aproximadamente 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. El punto de inyección puede estar en el centro de la base de
la olla o bien desplazado con respecto a esta posición. Una cantidad de interés es el tiempo de
mezclado, que puede obtenerse mediante la adición (en pulso) de un trazador.
Objetivo
¿Cuál es la combinación de posición de la boquilla y flujo volumétrico de aire requeridos para
alcanzar un tiempo de mezclado de 50 s en un baño de agua de 25 cm de profundidad (para una
pareja fija de puntos de inyección y de medición del trazador)?
Autor: Dr. Bernardo Hernández Morales
Materiales y equipo
•
Modelo físico de una olla agitada por inyección por el fondo, con al menos dos posiciones
de inyección de gas
•
150 mL de una disolución acuosa 1:1 de H2SO4
•
150 mL de una disolución acuosa 1:1 de NaOH
•
100 L de agua
•
30 mL de solución buffer de pH 4
•
30 mL de solución buffer de pH 7
•
Dos jeringas de 5 mL
•
Pizeta con agua destilada
•
Cuatro vasos de precipitados (para contener a las disoluciones)
•
pH-metro (con puerto de comunicación y compensación por temperatura)
•
Compresora
•
Rotámetro para aire (escala 1 a 5 SCFH)
•
Conexiones rápidas y mangueras
•
Laptop
•
Software de adquisición de datos
Autor: Dr. Bernardo Hernández Morales
PARTE I
Procedimiento
1. Calibra el pH-metro de acuerdo al instructivo del equipo
2. 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
3. Llena el modelo físico con agua hasta una altura de 25 cm
4. Coloca, cuidadosamente, el electrodo del pH-metro (y el detector de temperatura) en el
interior del baño líquido, a una profundidad de 3 cm
5. Mide el pH inicial
6. Llena la jeringa con 3 mL de una disolución de ácido sulfúrico (1:1)
7. Inicia el software de adquisición de datos y selecciona los parámetros de adquisición
8. Inicia la adquisición de datos
9. Agrega rápidamente la disolución del trazador en una posición a 180 ° de donde se
encuentra el electrodo del pH-metro
10. Detén la adquisición cuando lo consideres adecuado
11. Agrega la disolución de sosa para neutralizar al agua
12. Obtén esta medición por triplicado, reemplazando siempre el agua
13. Repite este procedimiento, desde el paso 2 al 12, para una razón de flujo de 1 SCFH
14. Repite todo el procedimiento, utilizando una de las otras posiciones de la boquilla a la vez.
Autor: Dr. Bernardo Hernández Morales
Cuestionario
1. ¿Cuándo consideraste que el trazador 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: ¿cómo se podrá estimar la magnitud del tiempo de mezclado en
el sistema?
4. Estima el tiempo de mezclado para cada uno de los experimentos1
5. Grafica los valores promedio de tiempo de mezclado en función de la posición de la
boquilla (incluye a la desviación estándar)
6. ¿Qué relación existe entre el tiempo de mezclado y el flujo volumétrico de aire?
7. ¿Qué relación existe entre el tiempo de mezclado y el flujo volumétrico de aire y la
posición de la boquilla?
1
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.
Autor: Dr. Bernardo Hernández Morales
PARTE II
Procedimiento
1. Calibra el pH-metro de acuerdo al instructivo del equipo
2. Instala la conexión de aire al modelo físico, abriendo únicamente la llave de la boquilla
central y comienza a circular aire al flujo volumétrico seleccionado
3. Llena el modelo físico con agua hasta una altura de 25 cm
4. 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)
5. Mide el pH inicial
6. Llena la jeringa con 3 mL de una disolución de ácido sulfúrico (1:1)
7. Inicia el software de adquisición de datos y selecciona los parámetros de adquisición
8. Inicia la adquisición de datos
9. Agrega rápidamente la disolución del trazador en una posición a 180 ° de donde se
encuentra el electrodo del pH-metro
10. Detén la adquisición cuando lo consideres adecuado
11. Agrega la disolución de sosa para neutralizar al agua
12. Obtén esta medición por triplicado, reemplazando siempre el agua
13. Repite este procedimiento, desde el paso 2 al 12, para otro flujo volumétrico
14. Repite todo el procedimiento, utilizando una de las otras posiciones de la boquilla a la vez.
Cuestionario
1. Estima el tiempo de mezclado para cada uno de los experimentos
2. Grafica los valores promedio de tiempo de mezclado en función de la posición de la
boquilla y el flujo volumétrico de aire (incluye a la desviación estándar)
3. ¿Qué relación existe entre el tiempo de mezclado y el flujo volumétrico de aire?
4. ¿Qué relación existe entre el tiempo de mezclado y el flujo volumétrico de aire y la
posición de la boquilla?
5. ¿Cuál es la combinación de posición de la boquilla y flujo volumétrico de aire requeridos
para alcanzar un tiempo de mezclado de 50 s en un baño de agua de 25 cm de profundidad
(para una pareja fija de puntos de inyección y de medición del trazador)?