Modelación matemática del mezclado en hornos- cucharas agitadas con gas

摘要

En este trabajo se simuló, matemáticamente, la inyección de aire en agua en modelo físico de una cuchara de acero industrial. Los cálculos se hicieron con la modelación de flujos bifásicos Euleriana, empleando principios de conservación de la cantidad de movimiento y de materia en ambas fases, para simular patrones de flujo turbulento y mezclado en inyecciones por el centro del reactor (céntricas) y fuera del centro (excéntricas). Se estudió el fenómeno de mezclado de un trazador y se analizó el efecto que tienen el flujo de gas, la posición del inyector, el número de inyectores y la geometría de la cuchara sobre el tiempo de mezclado. Se concluyó que la mejor manera de disminuir el tiempo de mezclado es inyectar el gas con un solo tapón colocado a 2/3 del radio con flujos altos de gas. Se demostró que incrementar el número de inyectores perjudica al mezclado. Además, se obtuvieron correlaciones cuantitativas del tiempo de mezclado en función del flujo de gas, número de tapones, posición del tapón, geometría del reactor y masa de líquido.%In this work injection of air into a water physical model of an industrial steel ladle was mathematically simulated. Calculations were developed based on a multiphase Eulerian fluid flow model involving principles of conservation of mass, momentum and chemical species on both phases in order to predict turbulent flow patterns and mixing times in both centric and eccentric injections. Mixing phenomena was addressed by injecting a tracer and it was analyzed the effect of the gas flow rate, injector position, number of injectors and geometry of the ladle on the mixing time. It was concluded that the optimum injection conditions is using a single injector at 2/3 of the radius with high gas flow rates. It is shown that incrementing the number of injectors is detrimental on mixing. Finally, quantitative correlations of mixing time as a function of gas flow rate, position of the injector, number of injectors, geometry of the ladle and mass of liquid were obtained.