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“Uniformidad de temperatura en hornos intermitentes con

líneas de fuego”

Karlo Mariella González Alberto Cantú Pérez

Definición del problema • Cómo mejorar la uniformidad de la tempe-

ratura en hornos intermitentes. • Definir una posición de las líneas de fuego

donde los quemadores favorezcan la uniformidad.

Geometría/Modelos usados • Simulación con 10 quemadores

• 8 North American 4441-5 • 2 North American 4441-3

• Distribución de quemadores

• Pared frontal: 5 • Pared posterior: 5

• Modelos usados:

• RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes)

• Continuidad • Momentum • Energía

• Radiación • P1

• Especies

Salida

Pared frontal

Pared posterior

Piezas y Materiales • Paredes: Fibra • Carro: Cordierita • Tanques y excusados: Porcelana

¡KEEP IT SIMPLE!... BUT REAL

Mallado de la geometría

• Número de elementos • 7.8 x 106

• Ortogonalidad • Mínima: 0.0014 • Promedio: 0.821

• La ortogonalidad mínima se

recomienda ser mayor a 0.1 • Se puede omitir esta

recomendación cuando hay un promedio alto

Mallado del carro

Condiciones frontera

• Salida • Presiónm: 0 atm • Intensidad turbulenta: 7% • Diám. hidráulico: 0.59 m • Temp. de flujo reversa: 1473 K • Emisividad interna: 0.4

• Líneas de fuego:

• Flujo másico: 0.012953 kg/s • Intensidad turbulenta: 20% • Diam. hidráulico: 0.0351 m • Temperatura: 1612 K

• Paredes • No deslizamiento • Temp. de corriente libre: 300 K • Temp. de radiación: 300 K • Emisividad externa: 0.09 • Emisividad interna: 0.4 • Coef. convección: 4 (W/m2 K)

• Under-Burners:

• Flujo másico: 0.01884 kg/s • Intensidad turbulenta: 20% • Diam. hidráulico: 0.0541 m • Temperatura: 1612 K

Análisis de resultados • Contornos de temperatura en los diferentes

planos de estudio (paralelos o perpendiculares a la salida de gases).

• Se grafican líneas de flujo saliendo de diferentes planos para observar la trayectoria de los gases de combustión.

Planos Perpendiculares

Plano Quemadores

Plano Carro

Plano Medio

Planos Paralelos

Plano Sección 1

Plano Sección 2

Plano Sección 3

Plano Sección 4

Simulaciones • Debe de haber dos

quemadores por cada nivel de carro.

• Simulación quemadores parte superior (1111)

• Simulación quemadores parte inferior (0000)

Temperatura Plano-Quemadores

A B “El Under-Buerner mantiene uniformidad de temperaturas sin importar la posición de quemadores A” “En la simulación B, la baja uniformidad más cerca de las piezas”

Temperatura Simulación 1111

Plano Quemadores Plano Carro “Conforme uno se aleja de los quemadores las zonas de baja uniformidad reducen” “Revisar el espacio necesario para esquivar zona de baja uniformidad”

Temperatura Planos Paralelos

1111 0000

“Se debe de tomar la simulación 0000 pues es la que menos uniformidad posee”

Temperatura Simulación 0000

Plano Sección 1

“La zona de baja uniformidad termina a la altura de los postes” “Para evitar zona de baja uniformidad: colocar las piezas detrás de los postes o incrementar separación entre carros”

Temperatura Planos Medios

1111 0000

“Ambas simulaciones tienen 4 gamas de colores cerca de las piezas, uniformidades similares” “El experimento 0000 tienen una mayor temperatura en su zona media”

Otras simulaciones - Temperatura

0101 1010

“El patrón de flujo generado por los quemadores afecta a la uniformidad de temperatura”

Líneas de corriente

0101 1010

1111 0000 No hay interacción entre flujos Recirculaciones pequeñas

Hay interacción entre flujos Recirculaciones grandes

Conclusiones • Definir la separación entre carros/posición de

piezas para asegurar la uniformidad. • Quemadores “A” no afectan tanto la uniformidad

por la presencia de los under-burners. • La temperatura promedio del horno incrementa

con mayor tiempo de residencia (0000). • Para mejorar la uniformidad no debe haber

interacción entre flujos y las zonas de recirculación deben ser pequeñas.

¡Gracias por su atención!

¿Dudas?