Hierro y Acero Edicion 69 | Page 7

acería
Desarrollar y aplicar métodos experimentales eficaces para el estudio de la fenomenología que rige este proceso bajo condiciones prevalecientes en planta es un requisito fundamental para poder discernir los efectos de las variables involucradas en el proceso de enfriamiento con rocíos . Así , experimentos transitorios de extracción de calor revelaron que el flujo de calor se puede obtener a partir de expresiones de la forma ,
( 1 )
que incluyen el efecto de w a través de los coeficientes
c i
(= a i w bi ), el efecto de la presión de aire en la boquilla , p a
, y el efecto de la historia térmica dada por la diferencia entre la temperatura instantánea , T w
, y la temperatura inicial , T o
, de la superficie enfriada . [ 6 , 7 ] Los coeficientes son particulares del tipo de boquilla y la dependencia respecto de p a se debe al efecto de esta variable sobre el tamaño y la velocidad de las gotas generadas . En una investigación similar pero bajo condiciones experimentales en estado estable , se midió el flujo de calor con diferentes boquillas neumáticas operando bajo una amplia variedad de condiciones y se logró correlacionarlo con los parámetros del rocío mediante la siguiente ecuación ,
( 2 )
la cual incluye los valores locales de w , la componente normal de la velocidad media volumínica , v z , v
, la temperatura superficial , T w , y el diámetro medio volumínico , d 30
[ 19 ]
. A partir de estas ecuaciones resulta claro el efecto que tienen las características fluid-dinámicas de las gotas , y la temperatura sobre la extracción de calor desde la superficie . Por otro lado , muchas investigaciones centradas en trabajos sobre los fenómenos de interacción de las gotas que impactan superficies a diferentes temperaturas involucran tan solo la observación de gotas individuales y no el impacto de rocíos ni tampoco temperaturas de interés en el enfriamiento secundario de acero . [ 22-33 ] Este trabajo presenta el desarrollo de procedimientos para estudiar la extracción de calor y visualizar los impactos de chorros de gotas sobre superficies a temperaturas de interés en colada continua de acero . Logrando obtener datos del calor extraído por las gotas , y relacionarlos a las características fluid-dinámicas de gotas moviéndose en chorros libres y a la interacción que tienen las gotas al impactar con una superficie caliente .
III . Arreglo experimental y metodología
A . Medición de las características fluid-dinámicas de las gotas en chorro libre
Las propiedades de las gotas a una distancia de ~ 10 a 15 mm de la superficie de impacto son muy cercanas a las que poseen las gotas encontradas en situaciones de chorro libre .[ 34,35 ] Además , las velocidades de las gotas primarias que se mueven en la proximidad inmediata a la superficie , así como los resultados de su interacción ( ej ., deposición , rebote , esparcimiento y salpicadura ) son consecuencia directa de las características de las gotas presentes en la región libre de la niebla [ 34 ] . Por lo tanto , en este trabajo las distribuciones de d 30 y v z , v se midieron en condiciones de chorro libre usando un analizador de imágenes de partículas y gotas , PDIA , y la w local se determinó recolectando el volumen de las gotas que penetran la superficie libre de tubos colectores , colocados en posiciones específicas , durante un tiempo determinado . Las características de los instrumentos y los procedimientos de medición se describen en artículos anteriores , [ 19 , 36 ] y se omiten aquí por brevedad .
B . Mediciones de flujo de calor en estado estable
Las mediciones de flujo de calor se realizaron mediante una novedosa técnica experimental utilizando inducción electromagnética bajo condiciones de estado estable , [ 37 ] mediante esta técnica es posible mantener la muestra a condiciones constantes de temperatura por extensos periodos de tiempo a pesar del rociado . En la estación de prueba se produce un rocío similar a los encontrados en planta , una porción del cual se hace impactar sobre un disco de Pt a temperaturas y posiciones también similares a las encontradas en el sistema de enfriamiento secundario . En la Figura 1 ( a ) se ilustra una boquilla neumática , junto con las posiciones , denotadas como A , B y C , a las cuales se ubicaron los volúmenes de muestreo para llevar a cabo la visualización de las características de las gotas o la probeta de medición de flujo de calor , que se muestra en la Figura 1 ( b ). Las condiciones de operación de la boquilla neumática que se empleó en este trabajo , Delavan W19822 , se listan en la Tabla I ; el flujo de agua corresponde a un valor alto y las presiones de aire a valores extremos bajo y alto ; otras condiciones se reportan en otro trabajo . [ 37 ] La probeta de medición de flujo de calor que se ilustra en la Fig . 1 ( b ) consiste de un disco de Pt , de aproximadamente 8 mm de diámetro y 2.7 mm de espesor , instrumentado con un termopar tipo R de 0.5 mm de diámetro soldado al centro de la superficie posterior . El procedimiento de ensamble y los materiales utilizados se han descrito a detalle anteriormente [ 37 ] y tienen el objetivo de aislar todas las caras del disco de platino excepto la frontal . El esquema mostrado en la Fig . 1 ( c ) presenta el arreglo experimental completo en el cual se aprecia como el generador de alta frecuencia se conecta a la bobina de inducción mediante un amperímetro de alta frecuencia que censa la corriente eficaz ( RMS ) suministrada a la muestra . La temperatura medida por el termopar de control , T c
, se regula a través de un controlador de temperatura el cual ajusta automáticamente el suministro de energía desde el generador hacia la muestra , de tal manera que T c presenta solo variaciones mínimas (~ 1 º C ( 1 K )). A partir de los datos de corriente RMS y de T c se estima el flujo de calor combinado ( radiación más ebullición ), -q c
, que se pierde desde la superficie activa empleando un modelo acoplado , axi-simétrico y bidimensional de inducción electromagnética y conducción de calor , el cual se describió en un trabajo previo [ 37 ] El modelo actual incluye las pérdidas de calor que ocurren a través la tira lateral del disco metálico que queda expuesta al agua que escurre . De tal forma que el modelo permite calcular exclusivamente el flujo de calor – q c , perdido desde la cara activa
7 HIERRO yACERO / AIST MÉXICO