Comparación entre técnicas multifásicas turbulentas Euleriana y VOF-DP

 
Caso de Grupo SSC - Comparación Análisis de ollas agitadas con

La olla de acero es un proceso de refinación secundaria en donde se determina la calidad metalúrgica del acero y se realizan operaciones de desulfuración, desoxidación, eliminación/modificación de inclusiones no metálicas y se uniformiza la composición y temperatura del acero líquido. Para acelerar estas operaciones, se agita el baño  con inyección de argón por el fondo. Una fase escoria encima del acero protege al acero de reoxidación y capta las impurezas. Entonces el sistema involucra flujo de fluidos trifásico (acero-escoria-burbujas de gas). Para entender, controlar y optimizar la operación, una de las mejores herramientas es el modelado numérico. La técnica numérica multifásica Euleriana usado en este grupo por varios años no logró reproducir con realismo las interacciones entre la escoria y el acero por lo que se planteó como hipótesis de trabajo que con la étcnica VOF (Volume Of Fluid) y DPM (Discrete Phase Modeling) se puede mejorar esta representación.
En este trabajo se desarrollaron los modelos matemáticos con las técnicas Euleriana y VOF-DPM para representar el flujo de fluidos trifásicos en ollas agitadas con gas y se compararon sus desempeños validando las predicciones contra mediciones experimentales en un modelo físico a escala 1/17 de una olla industrial. Está validación mostró que ambas técnicas proporcionan resultados aceptablemente concordantes con las mediciones experimentales tanto en patrones de flujo del líquido, turbulencia y apertura del ojo de escoria. Sin embargo, con la técnica VOF-DPM se pudo predecir el fénomeno de emulsión de escoria cosa que no es posible con la Euleriana. Por esta razón, se realizó un estudio a profundidad con muchos líquidos que simulan físicamente a la escoria (6 aceites distintos) para evaluar su propensión a formar emulsiones. Se encontró que un balance entre las fuerzas boyantes, de tensión superfical y de inercia, las cuales están agrupadas en los números adimensionales de Froude odificado, Reynolds y Eotvos predicen la tendencia a la emulsión y para esto se reporta una correlación basada en las simulaciones numéricas que predice la formación de gotas de emulsión.
Autor: Marco Aurelio Ramírez Argáez
Procedencia: Universidad Nacional Autónoma de México

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