exp(- j - bdigital.unal.edu.co. 2000_parte3.pdf · para la ecuación central o principal se observa...
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346 Caacutelculos derivados de los anteriores
3461 Velocidad miacutenima de fluidizacioacuten de la arena
Am =Nuacutemeo de Arquiacutemedes para la arena
Pg (d pa )3 (p a - Pg) g = reemplazando valores
~
033915 ~ (113 5 10-4 mr (2532 - 033915) k~ 98 A = m m s
m ( 41644 bull iexclo- )
=8751125066
4 ]644 105 kg
U mfa = ms k [(337 2 + 00408(875113)t5 - 337] (1 ]3 5 ] O-4 m) 0339] 5 ~
m
= 011424 m = 1142 cm s s
3462 Exponente empiacuterico que relaciona las conductividades de la arena
y del gas fluidizante
018W
O18 04434 ( )mK
=09058IV ~ 063 ~ ~ 063( J W 005899 ( )
mK
59
3463 Conductividad teacutermica efectiva del lecho estancado
kO =005899 1 + (I -04271- (005899JJ[(005899J + 028 042709058 ]-I e 04434 04434
k = 01706 ( W )mK
3464 Conductividad teacutermica del lecho en el miacutenimo de fluidizacioacuten
ke = kmf =01706 + 01 033915 k~ 1118 J 5 10-4 m 01142 m m kgK s
J =01728 ( )
msK
3465 Nuacutemero de Reynolds para la partiacutecula de carboacuten
033915 k~ 3 01142 m 0002m Rep = m s =55803
41644 10-5 kg ms
3466 Nuacutemero de Nusselt
N u = 20 + 13(07893tI5 + 066(07893t
31 (55803t5 = 47035
3467 Coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten promedio
J47035 01728 J
11 = smK =4063824 2
0002m sm K
60
347 Ecuacioacuten principal
Para la ecuacioacuten central o principal se observa que todos sus teacuterminos tienen un
factor comuacuten el teacutermino Ap o aacuterea de la partiacutecula
Eliminando este teacutermino la ecuacioacuten en su primer miembro queda
dT dm (d J dTC m-P +C T -= _P p C -_P -g T C pe dt pe P dt 6 e pe dt e p pe
y reemplazando valores
0002J 1200 C dTp -773439744 ex (- 1828176J T C ( 6 pe dt P T P pe P
9= (18247 lO-1s T - 39407 10-12 T + 39456 10- T JdT p
l-13066 10-6 T -19449 10-3 T + 26376Tp - 3164759 dt
- 3528311O-T exp(-18276J+ 761974 1O-6 T exp(-18276J
-762928 lO-T exp(- 182~76J+ 25264IT exp(- 182~76J
+ 376059187T eXPl- 182~76J-510009810IT ex- 182~76J
+ 6119375559Tp exp( - 18276J
El segundo miembro de la ecuacioacuten principal conduce a
61
253610892110 14 exp( - 182~ 76J-4063824(Tp - 873)
- (567 10-8 ) 074 (T - (873t)
y finalmente queda
2536108921 iexclot4 exp( - 182~76J-4063824T p
- 419580 10-9T + 3791427456
Igualando los dos miembros anteriores reuniendo los teacuterminos semejantes y
reorganizando la ecuacioacuten final eacutesta se puede escribir asiacute
35283110-T exp(- 182~76J-76197410-6T exp(- 182~76J
+ 762928 W-T exp( - 182~76J -25264IT exp(- 182~76J
- 376059187T exp(- 182~76J+ 510009810IT ex- 182~76J
- 6119375559Tp ex- 182~ 76J+ 25361089211014 exp(- 182~ 76J dT dT dTP-18247 10-15 T 6 _P + 39407 10-12 T5 _P - 39456 10-9T 4 _
Pdt Pdt Pdt
dT dT dT + 13066 10-6 T3 _P + 19449 10-3 T2 _P - 26376T _P
P dt P dt P dt
dTP 9T4+ 3164759- -41958010- -4063824T +3791427456=0
dt P P
62
Forma simplificada
352831 10-9 T -761974 10-ltgtT + 762928 10-3 T
- 252641T - 376059187T + 5O0098101T exp[ - 182~176J - 6119375559Tp + 2536108921 1014
p
15 12_I1824710- T -3940710- T +3945610-9 T ldTp
l-13066 10-6T -19449 10-3 T + 26376T - 3164759 dt p
- 419580 10-9 T - 4063824Tp + 3791427456 = O
35283110-9T -76197410-6T +76292810-3T
-252641T -37605918Tf + 5100098101T
- 6119375559fp + 25361089211014 (
1828176Jexp - --shyT p
dT p
-4195810-9T -4063824T p +3791427456
dt =~----~--------------------~--~
1824710-15 T -3940710-12 T +3945610-9T
-1306610-6 T -1944910-3 T +26376T p -3164759
Para realizar una secuencia de caacutelculos como eacuteste se elabora un programa para
computador en lenguaje CH Adicionalmente se complementa para
a) Resolver la ecuacioacuten diferencial ordinaria de primer orden por el meacutetodo
numeacuterico de valor inicial Runge-Kutta
b) Graficar la historia teacutermica (T p contra t)
c) Obtener datos y graacuteficos de la primera y segunda derivada
63
d) Aplicar los criterios de primera derivada (cuando ocurre cambio de signo) y la
segunda derivada (igual a cero para punto de inflexioacuten) para hallar el punto o
temperatura de ignicioacuten
El vector inicial de condiciones para el programa es
bull Temperatura inicial de la partiacutecula =300 K
bull Temperatura final de la partiacutecula = 1600 K
bull Temperatura de lecho de arena entre 823 K Y 1600 K
bull Un tiempo de barrido hasta converger el valor de T p
35 SOFTWARE DEL MODELO (ver diskette anexo)
El software es una herramienta de gran ayuda para estimar la temperatura y el
tiempo de ignicioacuten de una partiacutecula de carboacuten a partir de las condiciones
ambientales de un reactor que contiene arena fluidizada por una corriente
gaseosa compuesta por oxiacutegeno y nitroacutegeno Eacuteste ha sido desarrollado en el
lenguaje de programacioacuten CH versioacuten ~O
Presenta un menuacute con las siguientes funciones Archivo Calcular Opciones Ver
y Ayuda Cada una de ellas a su vez presenta una serie de operaciones las
cuales se describen a continuacioacuten
351 Archivo
bull Nuevo Sirve para abrir un archivo para estimar la temperatura y el tiempo de
ignicioacuten de una nueva partiacutecula
64
bull Guardar Para guardar los archivos que contienen la informacioacuten de un
ensayo de estimacioacuten
bull Guardar como Para guardar un archivo con otro nombre
bull Imprimir Imprime la graacutefica de la historia teacutermica de la partiacutecula con su
primera y segunda derivada ademaacutes de algunos datos iniciales y variables de
proceso
bull Presentacioacuten preliminar Permite ver la graacutefica mencionada anteriormente
bull Configurar impresora Como su nombre lo indica permite configurar la
impresora para imprimir los archivos o resultados en forma graacutefica
bull Salir Permite salir de la ejecucioacuten del software
352 Calcular
bull Punto de ignicioacuten Permite calcular la temperatura y el tiempo de ignicioacuten con
la informacioacuten suministrada al programa
353 Opciones
bull Paraacutemetros Permite introducir los datos iniciales del proceso
bull Condiciones Permite introducir todas las variables del proceso
bull Edicioacuten Permite numerar titular y paginar un resultado graacutefico
65
354 Ver
bull Barra de herramientas Permite ver los botones con las herramientas de
Nuevo Guardar Imprimir A cerca de Ayuda y Graacutefica de resultados
bull Barra de estado Texto para menuacute personalizados (no esta activa)
355 Ayuda Contiene las herramientas Tema de ayuda y Acerca de Ignicioacuten
pero no se encuentra activa Permite adicionar informacioacuten de cualquiera de los
temas relacionados con el modelo de ignicioacuten
66
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
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S o n d a s d e p r e s i 6 n
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Fig
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13
Esq
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taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
3463 Conductividad teacutermica efectiva del lecho estancado
kO =005899 1 + (I -04271- (005899JJ[(005899J + 028 042709058 ]-I e 04434 04434
k = 01706 ( W )mK
3464 Conductividad teacutermica del lecho en el miacutenimo de fluidizacioacuten
ke = kmf =01706 + 01 033915 k~ 1118 J 5 10-4 m 01142 m m kgK s
J =01728 ( )
msK
3465 Nuacutemero de Reynolds para la partiacutecula de carboacuten
033915 k~ 3 01142 m 0002m Rep = m s =55803
41644 10-5 kg ms
3466 Nuacutemero de Nusselt
N u = 20 + 13(07893tI5 + 066(07893t
31 (55803t5 = 47035
3467 Coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten promedio
J47035 01728 J
11 = smK =4063824 2
0002m sm K
60
347 Ecuacioacuten principal
Para la ecuacioacuten central o principal se observa que todos sus teacuterminos tienen un
factor comuacuten el teacutermino Ap o aacuterea de la partiacutecula
Eliminando este teacutermino la ecuacioacuten en su primer miembro queda
dT dm (d J dTC m-P +C T -= _P p C -_P -g T C pe dt pe P dt 6 e pe dt e p pe
y reemplazando valores
0002J 1200 C dTp -773439744 ex (- 1828176J T C ( 6 pe dt P T P pe P
9= (18247 lO-1s T - 39407 10-12 T + 39456 10- T JdT p
l-13066 10-6 T -19449 10-3 T + 26376Tp - 3164759 dt
- 3528311O-T exp(-18276J+ 761974 1O-6 T exp(-18276J
-762928 lO-T exp(- 182~76J+ 25264IT exp(- 182~76J
+ 376059187T eXPl- 182~76J-510009810IT ex- 182~76J
+ 6119375559Tp exp( - 18276J
El segundo miembro de la ecuacioacuten principal conduce a
61
253610892110 14 exp( - 182~ 76J-4063824(Tp - 873)
- (567 10-8 ) 074 (T - (873t)
y finalmente queda
2536108921 iexclot4 exp( - 182~76J-4063824T p
- 419580 10-9T + 3791427456
Igualando los dos miembros anteriores reuniendo los teacuterminos semejantes y
reorganizando la ecuacioacuten final eacutesta se puede escribir asiacute
35283110-T exp(- 182~76J-76197410-6T exp(- 182~76J
+ 762928 W-T exp( - 182~76J -25264IT exp(- 182~76J
- 376059187T exp(- 182~76J+ 510009810IT ex- 182~76J
- 6119375559Tp ex- 182~ 76J+ 25361089211014 exp(- 182~ 76J dT dT dTP-18247 10-15 T 6 _P + 39407 10-12 T5 _P - 39456 10-9T 4 _
Pdt Pdt Pdt
dT dT dT + 13066 10-6 T3 _P + 19449 10-3 T2 _P - 26376T _P
P dt P dt P dt
dTP 9T4+ 3164759- -41958010- -4063824T +3791427456=0
dt P P
62
Forma simplificada
352831 10-9 T -761974 10-ltgtT + 762928 10-3 T
- 252641T - 376059187T + 5O0098101T exp[ - 182~176J - 6119375559Tp + 2536108921 1014
p
15 12_I1824710- T -3940710- T +3945610-9 T ldTp
l-13066 10-6T -19449 10-3 T + 26376T - 3164759 dt p
- 419580 10-9 T - 4063824Tp + 3791427456 = O
35283110-9T -76197410-6T +76292810-3T
-252641T -37605918Tf + 5100098101T
- 6119375559fp + 25361089211014 (
1828176Jexp - --shyT p
dT p
-4195810-9T -4063824T p +3791427456
dt =~----~--------------------~--~
1824710-15 T -3940710-12 T +3945610-9T
-1306610-6 T -1944910-3 T +26376T p -3164759
Para realizar una secuencia de caacutelculos como eacuteste se elabora un programa para
computador en lenguaje CH Adicionalmente se complementa para
a) Resolver la ecuacioacuten diferencial ordinaria de primer orden por el meacutetodo
numeacuterico de valor inicial Runge-Kutta
b) Graficar la historia teacutermica (T p contra t)
c) Obtener datos y graacuteficos de la primera y segunda derivada
63
d) Aplicar los criterios de primera derivada (cuando ocurre cambio de signo) y la
segunda derivada (igual a cero para punto de inflexioacuten) para hallar el punto o
temperatura de ignicioacuten
El vector inicial de condiciones para el programa es
bull Temperatura inicial de la partiacutecula =300 K
bull Temperatura final de la partiacutecula = 1600 K
bull Temperatura de lecho de arena entre 823 K Y 1600 K
bull Un tiempo de barrido hasta converger el valor de T p
35 SOFTWARE DEL MODELO (ver diskette anexo)
El software es una herramienta de gran ayuda para estimar la temperatura y el
tiempo de ignicioacuten de una partiacutecula de carboacuten a partir de las condiciones
ambientales de un reactor que contiene arena fluidizada por una corriente
gaseosa compuesta por oxiacutegeno y nitroacutegeno Eacuteste ha sido desarrollado en el
lenguaje de programacioacuten CH versioacuten ~O
Presenta un menuacute con las siguientes funciones Archivo Calcular Opciones Ver
y Ayuda Cada una de ellas a su vez presenta una serie de operaciones las
cuales se describen a continuacioacuten
351 Archivo
bull Nuevo Sirve para abrir un archivo para estimar la temperatura y el tiempo de
ignicioacuten de una nueva partiacutecula
64
bull Guardar Para guardar los archivos que contienen la informacioacuten de un
ensayo de estimacioacuten
bull Guardar como Para guardar un archivo con otro nombre
bull Imprimir Imprime la graacutefica de la historia teacutermica de la partiacutecula con su
primera y segunda derivada ademaacutes de algunos datos iniciales y variables de
proceso
bull Presentacioacuten preliminar Permite ver la graacutefica mencionada anteriormente
bull Configurar impresora Como su nombre lo indica permite configurar la
impresora para imprimir los archivos o resultados en forma graacutefica
bull Salir Permite salir de la ejecucioacuten del software
352 Calcular
bull Punto de ignicioacuten Permite calcular la temperatura y el tiempo de ignicioacuten con
la informacioacuten suministrada al programa
353 Opciones
bull Paraacutemetros Permite introducir los datos iniciales del proceso
bull Condiciones Permite introducir todas las variables del proceso
bull Edicioacuten Permite numerar titular y paginar un resultado graacutefico
65
354 Ver
bull Barra de herramientas Permite ver los botones con las herramientas de
Nuevo Guardar Imprimir A cerca de Ayuda y Graacutefica de resultados
bull Barra de estado Texto para menuacute personalizados (no esta activa)
355 Ayuda Contiene las herramientas Tema de ayuda y Acerca de Ignicioacuten
pero no se encuentra activa Permite adicionar informacioacuten de cualquiera de los
temas relacionados con el modelo de ignicioacuten
66
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
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Prcc
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loacuten
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Impr
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Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
347 Ecuacioacuten principal
Para la ecuacioacuten central o principal se observa que todos sus teacuterminos tienen un
factor comuacuten el teacutermino Ap o aacuterea de la partiacutecula
Eliminando este teacutermino la ecuacioacuten en su primer miembro queda
dT dm (d J dTC m-P +C T -= _P p C -_P -g T C pe dt pe P dt 6 e pe dt e p pe
y reemplazando valores
0002J 1200 C dTp -773439744 ex (- 1828176J T C ( 6 pe dt P T P pe P
9= (18247 lO-1s T - 39407 10-12 T + 39456 10- T JdT p
l-13066 10-6 T -19449 10-3 T + 26376Tp - 3164759 dt
- 3528311O-T exp(-18276J+ 761974 1O-6 T exp(-18276J
-762928 lO-T exp(- 182~76J+ 25264IT exp(- 182~76J
+ 376059187T eXPl- 182~76J-510009810IT ex- 182~76J
+ 6119375559Tp exp( - 18276J
El segundo miembro de la ecuacioacuten principal conduce a
61
253610892110 14 exp( - 182~ 76J-4063824(Tp - 873)
- (567 10-8 ) 074 (T - (873t)
y finalmente queda
2536108921 iexclot4 exp( - 182~76J-4063824T p
- 419580 10-9T + 3791427456
Igualando los dos miembros anteriores reuniendo los teacuterminos semejantes y
reorganizando la ecuacioacuten final eacutesta se puede escribir asiacute
35283110-T exp(- 182~76J-76197410-6T exp(- 182~76J
+ 762928 W-T exp( - 182~76J -25264IT exp(- 182~76J
- 376059187T exp(- 182~76J+ 510009810IT ex- 182~76J
- 6119375559Tp ex- 182~ 76J+ 25361089211014 exp(- 182~ 76J dT dT dTP-18247 10-15 T 6 _P + 39407 10-12 T5 _P - 39456 10-9T 4 _
Pdt Pdt Pdt
dT dT dT + 13066 10-6 T3 _P + 19449 10-3 T2 _P - 26376T _P
P dt P dt P dt
dTP 9T4+ 3164759- -41958010- -4063824T +3791427456=0
dt P P
62
Forma simplificada
352831 10-9 T -761974 10-ltgtT + 762928 10-3 T
- 252641T - 376059187T + 5O0098101T exp[ - 182~176J - 6119375559Tp + 2536108921 1014
p
15 12_I1824710- T -3940710- T +3945610-9 T ldTp
l-13066 10-6T -19449 10-3 T + 26376T - 3164759 dt p
- 419580 10-9 T - 4063824Tp + 3791427456 = O
35283110-9T -76197410-6T +76292810-3T
-252641T -37605918Tf + 5100098101T
- 6119375559fp + 25361089211014 (
1828176Jexp - --shyT p
dT p
-4195810-9T -4063824T p +3791427456
dt =~----~--------------------~--~
1824710-15 T -3940710-12 T +3945610-9T
-1306610-6 T -1944910-3 T +26376T p -3164759
Para realizar una secuencia de caacutelculos como eacuteste se elabora un programa para
computador en lenguaje CH Adicionalmente se complementa para
a) Resolver la ecuacioacuten diferencial ordinaria de primer orden por el meacutetodo
numeacuterico de valor inicial Runge-Kutta
b) Graficar la historia teacutermica (T p contra t)
c) Obtener datos y graacuteficos de la primera y segunda derivada
63
d) Aplicar los criterios de primera derivada (cuando ocurre cambio de signo) y la
segunda derivada (igual a cero para punto de inflexioacuten) para hallar el punto o
temperatura de ignicioacuten
El vector inicial de condiciones para el programa es
bull Temperatura inicial de la partiacutecula =300 K
bull Temperatura final de la partiacutecula = 1600 K
bull Temperatura de lecho de arena entre 823 K Y 1600 K
bull Un tiempo de barrido hasta converger el valor de T p
35 SOFTWARE DEL MODELO (ver diskette anexo)
El software es una herramienta de gran ayuda para estimar la temperatura y el
tiempo de ignicioacuten de una partiacutecula de carboacuten a partir de las condiciones
ambientales de un reactor que contiene arena fluidizada por una corriente
gaseosa compuesta por oxiacutegeno y nitroacutegeno Eacuteste ha sido desarrollado en el
lenguaje de programacioacuten CH versioacuten ~O
Presenta un menuacute con las siguientes funciones Archivo Calcular Opciones Ver
y Ayuda Cada una de ellas a su vez presenta una serie de operaciones las
cuales se describen a continuacioacuten
351 Archivo
bull Nuevo Sirve para abrir un archivo para estimar la temperatura y el tiempo de
ignicioacuten de una nueva partiacutecula
64
bull Guardar Para guardar los archivos que contienen la informacioacuten de un
ensayo de estimacioacuten
bull Guardar como Para guardar un archivo con otro nombre
bull Imprimir Imprime la graacutefica de la historia teacutermica de la partiacutecula con su
primera y segunda derivada ademaacutes de algunos datos iniciales y variables de
proceso
bull Presentacioacuten preliminar Permite ver la graacutefica mencionada anteriormente
bull Configurar impresora Como su nombre lo indica permite configurar la
impresora para imprimir los archivos o resultados en forma graacutefica
bull Salir Permite salir de la ejecucioacuten del software
352 Calcular
bull Punto de ignicioacuten Permite calcular la temperatura y el tiempo de ignicioacuten con
la informacioacuten suministrada al programa
353 Opciones
bull Paraacutemetros Permite introducir los datos iniciales del proceso
bull Condiciones Permite introducir todas las variables del proceso
bull Edicioacuten Permite numerar titular y paginar un resultado graacutefico
65
354 Ver
bull Barra de herramientas Permite ver los botones con las herramientas de
Nuevo Guardar Imprimir A cerca de Ayuda y Graacutefica de resultados
bull Barra de estado Texto para menuacute personalizados (no esta activa)
355 Ayuda Contiene las herramientas Tema de ayuda y Acerca de Ignicioacuten
pero no se encuentra activa Permite adicionar informacioacuten de cualquiera de los
temas relacionados con el modelo de ignicioacuten
66
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
alen
tado
r T
oma
de m
uest
ra
Cic
loacuten
Alm
aceo
ador
de
fin
os
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Adq
uisi
cioacuten
de
dat
os
Inte
rfas
e
PC
Mon
itor
Tec
lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
253610892110 14 exp( - 182~ 76J-4063824(Tp - 873)
- (567 10-8 ) 074 (T - (873t)
y finalmente queda
2536108921 iexclot4 exp( - 182~76J-4063824T p
- 419580 10-9T + 3791427456
Igualando los dos miembros anteriores reuniendo los teacuterminos semejantes y
reorganizando la ecuacioacuten final eacutesta se puede escribir asiacute
35283110-T exp(- 182~76J-76197410-6T exp(- 182~76J
+ 762928 W-T exp( - 182~76J -25264IT exp(- 182~76J
- 376059187T exp(- 182~76J+ 510009810IT ex- 182~76J
- 6119375559Tp ex- 182~ 76J+ 25361089211014 exp(- 182~ 76J dT dT dTP-18247 10-15 T 6 _P + 39407 10-12 T5 _P - 39456 10-9T 4 _
Pdt Pdt Pdt
dT dT dT + 13066 10-6 T3 _P + 19449 10-3 T2 _P - 26376T _P
P dt P dt P dt
dTP 9T4+ 3164759- -41958010- -4063824T +3791427456=0
dt P P
62
Forma simplificada
352831 10-9 T -761974 10-ltgtT + 762928 10-3 T
- 252641T - 376059187T + 5O0098101T exp[ - 182~176J - 6119375559Tp + 2536108921 1014
p
15 12_I1824710- T -3940710- T +3945610-9 T ldTp
l-13066 10-6T -19449 10-3 T + 26376T - 3164759 dt p
- 419580 10-9 T - 4063824Tp + 3791427456 = O
35283110-9T -76197410-6T +76292810-3T
-252641T -37605918Tf + 5100098101T
- 6119375559fp + 25361089211014 (
1828176Jexp - --shyT p
dT p
-4195810-9T -4063824T p +3791427456
dt =~----~--------------------~--~
1824710-15 T -3940710-12 T +3945610-9T
-1306610-6 T -1944910-3 T +26376T p -3164759
Para realizar una secuencia de caacutelculos como eacuteste se elabora un programa para
computador en lenguaje CH Adicionalmente se complementa para
a) Resolver la ecuacioacuten diferencial ordinaria de primer orden por el meacutetodo
numeacuterico de valor inicial Runge-Kutta
b) Graficar la historia teacutermica (T p contra t)
c) Obtener datos y graacuteficos de la primera y segunda derivada
63
d) Aplicar los criterios de primera derivada (cuando ocurre cambio de signo) y la
segunda derivada (igual a cero para punto de inflexioacuten) para hallar el punto o
temperatura de ignicioacuten
El vector inicial de condiciones para el programa es
bull Temperatura inicial de la partiacutecula =300 K
bull Temperatura final de la partiacutecula = 1600 K
bull Temperatura de lecho de arena entre 823 K Y 1600 K
bull Un tiempo de barrido hasta converger el valor de T p
35 SOFTWARE DEL MODELO (ver diskette anexo)
El software es una herramienta de gran ayuda para estimar la temperatura y el
tiempo de ignicioacuten de una partiacutecula de carboacuten a partir de las condiciones
ambientales de un reactor que contiene arena fluidizada por una corriente
gaseosa compuesta por oxiacutegeno y nitroacutegeno Eacuteste ha sido desarrollado en el
lenguaje de programacioacuten CH versioacuten ~O
Presenta un menuacute con las siguientes funciones Archivo Calcular Opciones Ver
y Ayuda Cada una de ellas a su vez presenta una serie de operaciones las
cuales se describen a continuacioacuten
351 Archivo
bull Nuevo Sirve para abrir un archivo para estimar la temperatura y el tiempo de
ignicioacuten de una nueva partiacutecula
64
bull Guardar Para guardar los archivos que contienen la informacioacuten de un
ensayo de estimacioacuten
bull Guardar como Para guardar un archivo con otro nombre
bull Imprimir Imprime la graacutefica de la historia teacutermica de la partiacutecula con su
primera y segunda derivada ademaacutes de algunos datos iniciales y variables de
proceso
bull Presentacioacuten preliminar Permite ver la graacutefica mencionada anteriormente
bull Configurar impresora Como su nombre lo indica permite configurar la
impresora para imprimir los archivos o resultados en forma graacutefica
bull Salir Permite salir de la ejecucioacuten del software
352 Calcular
bull Punto de ignicioacuten Permite calcular la temperatura y el tiempo de ignicioacuten con
la informacioacuten suministrada al programa
353 Opciones
bull Paraacutemetros Permite introducir los datos iniciales del proceso
bull Condiciones Permite introducir todas las variables del proceso
bull Edicioacuten Permite numerar titular y paginar un resultado graacutefico
65
354 Ver
bull Barra de herramientas Permite ver los botones con las herramientas de
Nuevo Guardar Imprimir A cerca de Ayuda y Graacutefica de resultados
bull Barra de estado Texto para menuacute personalizados (no esta activa)
355 Ayuda Contiene las herramientas Tema de ayuda y Acerca de Ignicioacuten
pero no se encuentra activa Permite adicionar informacioacuten de cualquiera de los
temas relacionados con el modelo de ignicioacuten
66
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
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S o n d a s d e p r e s i 6 n
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Impr
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Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
Forma simplificada
352831 10-9 T -761974 10-ltgtT + 762928 10-3 T
- 252641T - 376059187T + 5O0098101T exp[ - 182~176J - 6119375559Tp + 2536108921 1014
p
15 12_I1824710- T -3940710- T +3945610-9 T ldTp
l-13066 10-6T -19449 10-3 T + 26376T - 3164759 dt p
- 419580 10-9 T - 4063824Tp + 3791427456 = O
35283110-9T -76197410-6T +76292810-3T
-252641T -37605918Tf + 5100098101T
- 6119375559fp + 25361089211014 (
1828176Jexp - --shyT p
dT p
-4195810-9T -4063824T p +3791427456
dt =~----~--------------------~--~
1824710-15 T -3940710-12 T +3945610-9T
-1306610-6 T -1944910-3 T +26376T p -3164759
Para realizar una secuencia de caacutelculos como eacuteste se elabora un programa para
computador en lenguaje CH Adicionalmente se complementa para
a) Resolver la ecuacioacuten diferencial ordinaria de primer orden por el meacutetodo
numeacuterico de valor inicial Runge-Kutta
b) Graficar la historia teacutermica (T p contra t)
c) Obtener datos y graacuteficos de la primera y segunda derivada
63
d) Aplicar los criterios de primera derivada (cuando ocurre cambio de signo) y la
segunda derivada (igual a cero para punto de inflexioacuten) para hallar el punto o
temperatura de ignicioacuten
El vector inicial de condiciones para el programa es
bull Temperatura inicial de la partiacutecula =300 K
bull Temperatura final de la partiacutecula = 1600 K
bull Temperatura de lecho de arena entre 823 K Y 1600 K
bull Un tiempo de barrido hasta converger el valor de T p
35 SOFTWARE DEL MODELO (ver diskette anexo)
El software es una herramienta de gran ayuda para estimar la temperatura y el
tiempo de ignicioacuten de una partiacutecula de carboacuten a partir de las condiciones
ambientales de un reactor que contiene arena fluidizada por una corriente
gaseosa compuesta por oxiacutegeno y nitroacutegeno Eacuteste ha sido desarrollado en el
lenguaje de programacioacuten CH versioacuten ~O
Presenta un menuacute con las siguientes funciones Archivo Calcular Opciones Ver
y Ayuda Cada una de ellas a su vez presenta una serie de operaciones las
cuales se describen a continuacioacuten
351 Archivo
bull Nuevo Sirve para abrir un archivo para estimar la temperatura y el tiempo de
ignicioacuten de una nueva partiacutecula
64
bull Guardar Para guardar los archivos que contienen la informacioacuten de un
ensayo de estimacioacuten
bull Guardar como Para guardar un archivo con otro nombre
bull Imprimir Imprime la graacutefica de la historia teacutermica de la partiacutecula con su
primera y segunda derivada ademaacutes de algunos datos iniciales y variables de
proceso
bull Presentacioacuten preliminar Permite ver la graacutefica mencionada anteriormente
bull Configurar impresora Como su nombre lo indica permite configurar la
impresora para imprimir los archivos o resultados en forma graacutefica
bull Salir Permite salir de la ejecucioacuten del software
352 Calcular
bull Punto de ignicioacuten Permite calcular la temperatura y el tiempo de ignicioacuten con
la informacioacuten suministrada al programa
353 Opciones
bull Paraacutemetros Permite introducir los datos iniciales del proceso
bull Condiciones Permite introducir todas las variables del proceso
bull Edicioacuten Permite numerar titular y paginar un resultado graacutefico
65
354 Ver
bull Barra de herramientas Permite ver los botones con las herramientas de
Nuevo Guardar Imprimir A cerca de Ayuda y Graacutefica de resultados
bull Barra de estado Texto para menuacute personalizados (no esta activa)
355 Ayuda Contiene las herramientas Tema de ayuda y Acerca de Ignicioacuten
pero no se encuentra activa Permite adicionar informacioacuten de cualquiera de los
temas relacionados con el modelo de ignicioacuten
66
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
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Cic
loacuten
Alm
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Inte
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Impr
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Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
d) Aplicar los criterios de primera derivada (cuando ocurre cambio de signo) y la
segunda derivada (igual a cero para punto de inflexioacuten) para hallar el punto o
temperatura de ignicioacuten
El vector inicial de condiciones para el programa es
bull Temperatura inicial de la partiacutecula =300 K
bull Temperatura final de la partiacutecula = 1600 K
bull Temperatura de lecho de arena entre 823 K Y 1600 K
bull Un tiempo de barrido hasta converger el valor de T p
35 SOFTWARE DEL MODELO (ver diskette anexo)
El software es una herramienta de gran ayuda para estimar la temperatura y el
tiempo de ignicioacuten de una partiacutecula de carboacuten a partir de las condiciones
ambientales de un reactor que contiene arena fluidizada por una corriente
gaseosa compuesta por oxiacutegeno y nitroacutegeno Eacuteste ha sido desarrollado en el
lenguaje de programacioacuten CH versioacuten ~O
Presenta un menuacute con las siguientes funciones Archivo Calcular Opciones Ver
y Ayuda Cada una de ellas a su vez presenta una serie de operaciones las
cuales se describen a continuacioacuten
351 Archivo
bull Nuevo Sirve para abrir un archivo para estimar la temperatura y el tiempo de
ignicioacuten de una nueva partiacutecula
64
bull Guardar Para guardar los archivos que contienen la informacioacuten de un
ensayo de estimacioacuten
bull Guardar como Para guardar un archivo con otro nombre
bull Imprimir Imprime la graacutefica de la historia teacutermica de la partiacutecula con su
primera y segunda derivada ademaacutes de algunos datos iniciales y variables de
proceso
bull Presentacioacuten preliminar Permite ver la graacutefica mencionada anteriormente
bull Configurar impresora Como su nombre lo indica permite configurar la
impresora para imprimir los archivos o resultados en forma graacutefica
bull Salir Permite salir de la ejecucioacuten del software
352 Calcular
bull Punto de ignicioacuten Permite calcular la temperatura y el tiempo de ignicioacuten con
la informacioacuten suministrada al programa
353 Opciones
bull Paraacutemetros Permite introducir los datos iniciales del proceso
bull Condiciones Permite introducir todas las variables del proceso
bull Edicioacuten Permite numerar titular y paginar un resultado graacutefico
65
354 Ver
bull Barra de herramientas Permite ver los botones con las herramientas de
Nuevo Guardar Imprimir A cerca de Ayuda y Graacutefica de resultados
bull Barra de estado Texto para menuacute personalizados (no esta activa)
355 Ayuda Contiene las herramientas Tema de ayuda y Acerca de Ignicioacuten
pero no se encuentra activa Permite adicionar informacioacuten de cualquiera de los
temas relacionados con el modelo de ignicioacuten
66
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
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esi6
n
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ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
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lado
Impr
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Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
bull Guardar Para guardar los archivos que contienen la informacioacuten de un
ensayo de estimacioacuten
bull Guardar como Para guardar un archivo con otro nombre
bull Imprimir Imprime la graacutefica de la historia teacutermica de la partiacutecula con su
primera y segunda derivada ademaacutes de algunos datos iniciales y variables de
proceso
bull Presentacioacuten preliminar Permite ver la graacutefica mencionada anteriormente
bull Configurar impresora Como su nombre lo indica permite configurar la
impresora para imprimir los archivos o resultados en forma graacutefica
bull Salir Permite salir de la ejecucioacuten del software
352 Calcular
bull Punto de ignicioacuten Permite calcular la temperatura y el tiempo de ignicioacuten con
la informacioacuten suministrada al programa
353 Opciones
bull Paraacutemetros Permite introducir los datos iniciales del proceso
bull Condiciones Permite introducir todas las variables del proceso
bull Edicioacuten Permite numerar titular y paginar un resultado graacutefico
65
354 Ver
bull Barra de herramientas Permite ver los botones con las herramientas de
Nuevo Guardar Imprimir A cerca de Ayuda y Graacutefica de resultados
bull Barra de estado Texto para menuacute personalizados (no esta activa)
355 Ayuda Contiene las herramientas Tema de ayuda y Acerca de Ignicioacuten
pero no se encuentra activa Permite adicionar informacioacuten de cualquiera de los
temas relacionados con el modelo de ignicioacuten
66
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
alen
tado
r T
oma
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uest
ra
Cic
loacuten
Alm
aceo
ador
de
fin
os
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Adq
uisi
cioacuten
de
dat
os
Inte
rfas
e
PC
Mon
itor
Tec
lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
354 Ver
bull Barra de herramientas Permite ver los botones con las herramientas de
Nuevo Guardar Imprimir A cerca de Ayuda y Graacutefica de resultados
bull Barra de estado Texto para menuacute personalizados (no esta activa)
355 Ayuda Contiene las herramientas Tema de ayuda y Acerca de Ignicioacuten
pero no se encuentra activa Permite adicionar informacioacuten de cualquiera de los
temas relacionados con el modelo de ignicioacuten
66
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
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r T
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Cic
loacuten
Alm
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fin
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Inte
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lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
4 MATERIALES Y METODOS
41 CARACTERiacuteSTICAS DE LOS CARBONES USADOS
En la Tabla 7 se muestran los carbones usados para el estudio indicando su
procedencia y anaacutelisis
Tabla 7 Procedencia y anaacutelisis realizados a los carbones usados
Referencia Anaacutelisis proacuteximo amp0181
() PCS (calg)H R () Ceno () M V () C F()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
101 41 414 444 035 6072
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
90 107 386 417 076 5474
H R Humedad residual Ceno Cenizas Srotal Azufre total M V Materia volaacutetil C F Carbono fijo PCS Poder caloriacutefico superior
Anaacutelisis realizados en Base seca al aire y en el Centro del Carboacuten de la
Facultad de Minas
Tabla 8 Anaacutelisis elementales de los carbones usados
Referencia Carbono ()
Hidroacutegeno ()
Nitroacutegeno ()
Oxiacutegeno ()
Carboacuten San Fernando Manto 3 Nivel 4
6407 592 104 2452
Carboacuten de Nechiacute Manto 2 Nivel 25
5793 530 102 2429
Los resultados se expresan en Base seca al aire
Se escogen eacutestos carbones directamente de las Minas en sus frentes de
explotacioacuten que aparecen referenciados en la Tabla 7 Ademaacutes se siguieron las
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
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Impr
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Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
teacutecnicas de muestreo seleccioacuten y anaacutelisis seguacuten las normas intemacionales
(ASTM)
=-9~ ~rgt9n~~ ~~I~~i9n~ordm9~ ~n f9rm~ gr~mJl~r ~~ ~Im~~n~r~m ~ordm~~~ordm~m~m~
para evitar fenoacutemenos de oxidaCioacuten extrayeacutendoles al maacuteXimo el aire interstiCial y
guardaacutendolos en un lugar seco y fresco
Los tamantildeos de partiacutecula usados se definieron seguacuten siguientes criterios a saber
bull El grano de carboacuten maacutes pequentildeo que se deje perforar por una fresa de
odontologiacutea ya que la broca comercial maacutes pequentildea es de 132 de pulgada
(08 mm) Las fresas de odontologiacutea permiten agujeros maacutes pequentildeos los que
seraacuten atravesados luego por la termocupla tipo K muy delgada La termocupla
se usa para sensarla temperatura de la partiacutecula que cae suacutebitamente al lecho
caliente y permitiendo asiacute obtener datos de temperatura contra tiempo
bull Se escogen los granos de carboacuten que mejor se asemejan a la fOffll8 esfeacutetica
Luego con la ecuacioacuten (43) se hace el acomodo pertinente entre masa y
diaacutemetro de partiacutecula Como los granos de carboacuten tienen formas tan irregulares
su masa se cor-robora con ba~atUa eleet-roacuteoica de 110-4 -g de prectsioacuteny el
diaacutemetro con un calibrador La ecuacioacuten con Ja que se uegaaquj es la
siguiente
13
d _ ( 6m P npc J
bull Seguacuten tos dos crit~IDs anterior-es -e~ tamantildeo maacutes pequentildeo fue el de d p igual a
2 mm Se escogioacute para ver los efectos al duplicar el tamantildeo de dp igual a
4mm
68
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
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loacuten
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Inte
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Impr
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Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
42 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
bull Balanza electroacutenica Marca Ohaus JS 110 con precisioacuten de 00001 g para
pesar los granos de carboacuten
bull Calibrador Sirve para corroborar mediante varias mediciones a un mismo
grano de carboacuten el diaacutemetro promedio de partiacutecula
bull Motortul o taladro manual Marca Dremel Multipro modelo 275 Type 5
28000 rpm 115 A 120 voltios para sujetar las fresas de odontologiacutea
bull Fresas de odontologiacutea troncocoacutenicas Son con punta de diamante Las
cuales se usan de acuerdo con el siguiente orden
a) Una para iniciar el agujero debido a las irregularidades en la superficie de
las partiacuteculas de carboacuten (como una especie de pica o pin)
b) Otra para comenzar la perforacioacuten hasta pasado un poco maacutes de las ~
partes del diaacutemetro escogido para perforara y sin atravesar la partiacutecula ya
que asiacute se revienta y se fracciona en pedazos
c) En sentido diametralmente opuesto comenzar con los pasos a) y b) hasta
perforar completamente la partiacutecula
La primera es una fresa iniciadora para evitar resbalamientos y la segunda una
fresa perforadora muy aguda
69
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
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r T
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Cic
loacuten
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fin
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cioacuten
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Inte
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lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
Es bueno recordar aquiacute que las partiacuteculas de carboacuten tienen una formacioacuten de
planos paralelos y es maacutes conveniente perforar en direccioacuten perpendicular a
estos de lo contrario hay maacutes posibilidades de rompimiento de las mismas
bull Termocuplas Tipo K son para medir las variaciones de Tp fabricacioacuten i-
especial hecha por el autor del presente trabajo Consta de
a) Una funda o vaina de acero inoxidable 316 de 70 cm de longitud y diaacutemetro
y de pulgada
b) Cilindros ceraacutemicos con doble perforacioacuten longitudinal Longitud de 1
pulgada y el diaacutemetro de 532 de pulgada Comercialmente conoodos
como aCanutillos
c) Dos alambres desnudos de 132 de pulgada de diaacutemetro cada uno uno de
chromel y el otro de alumel
d) Dos alambres muy finos y desnudos maacutes delgados que un cabello humano
de 0002 pulgadas de diaacutemetro cada uno Uno de chromel y el otro de
alume Referencia OMEGA ENGINEERING Chal-002 Con este termopar
se pueden obtener 500 datos por segundo
e) Terminales o conectores para termocupla tipo K
Cada uno de los dos alambres descritos en c) se introducen por los sendos
agujeros de los canutillos ceraacutemicos uno tras otro formando una camaacutendula o
rosario Eacuteste se introduce a su vez en el tubo de acero inoxidable 316 Un
extremo de eacutesta armazoacuten con los alambres desnudos se amarra a los
conectores tipo K siguiendo la unioacuten recomendada en este uacuteltimo o sea
Chromel en el terminal positivo y alumel en el negativo
70
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
alen
tado
r T
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Cic
loacuten
Alm
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fin
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os
Inte
rfas
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PC
Mon
itor
Tec
lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
Al otro extremo del armazoacuten se dejan unos 5 mm de cada uno de los alambres
para enrollar y soldar (con un soldador especial hechizo) los alambres maacutes
finos o filamentos teniendo cuidado de que correspondan a las uniones de los
mismos materiales constitutivos de los alambres Los dos filamentos se
trenzan entre siacute y se sueldan finamente El punto de soldadura final debe ser
el que inicia la unioacuten de los dos filamentos como formando la letra UVE M y
debe quedar en el centro de la partiacutecula a quemar Por debajo del punto de
unioacuten o soldadura se debe dejar un trenzado de los dos filamentos suficiente
para atravesar por completo la partiacutecula de carboacuten
Los espacios vaciacuteos en el extremo donde se hace la unioacuten es decir entre
funda y canutillo entre agujeros de canutillos y alambres se sellan con
cemento o mortero refractario Los alambres desnudos tambieacuten se recubren
con una peliacutecula muy fina de este mortero Asiacute mismo despueacutes de atravesada
la partiacutecula de carboacuten se hace una bolita con el mortero para evitar que
resbale despueacutes de introducida en el lecho fluid izado
Como los filamentos se revientan faacutecilmente despueacutes de quemada la partiacutecula
el tratamiento de este extremo debe hacerse cada vez que se hace un ensayo
bull Soldador para termocuplas Fabricacioacuten hecha por el autor del presente
trabajo
Transformador referencia 509 posee una entrada de 115 voltios y voltajes de
salida de 6 9 12 Y 18 voltios De acuerdo a la soldadura a realizar se escoge
el voltaje adecuado usaacutendose en los terminales de salida unos cables con
pinzas caimaacuten los que sujetan en sus extremos unas barritas de grafito
provenientes de pilas o bateriacuteas gastadas Para los puntos de soldadura maacutes
dirnlnlltos se usan las barritas de grafito de lapiceros porta minas
71
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
alen
tado
r T
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uest
ra
Cic
loacuten
Alm
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fin
os
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uisi
cioacuten
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os
Inte
rfas
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PC
Mon
itor
Tec
lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
bull Termocupla tipo K se usan tres (3) una para medir la temperatura T b del
lecho fluidizado de arena y las otras para la resistencia eleacutectrica del reactor y
de una mufla circular La terrnocupla que mide a T b penetra en el seno del
lecho fluid izado hasta una profundidad de 5 cm del fondo
( _
bull Controladores de temperatura se utilizan tres (3) controladores marca
MAXTHERMO con un intervalo de O a 1200degC y que usan termocuplas tipo K
Un controlador es para el sistema de precalentamiento de la corriente que
entra al reactor (aire) otro para la resistencia eleacutectrica del reactor y el uacuteltimo
para mantener la temperatura del lecho (Tb) estos dos uacuteltimos estaacuten
interconectados
L middot
bull Sistema de precalentamiento de la corriente gaseosa (aire) que entra al
reactor Es una mufla circular de dos cantildeuelas unidas con bisagra Cada
cantildeuela tiene su propia resistencia eleacutectrica La potencia de una conexioacuten en
paralelo es de 691 watios con un voltaje de 220 voltios
bull Medidor de flujo se usa un rotaacutemetro WISAG con escala de 30 a 300 Imin
con condiciones de 1 atm y 15degC
shy
bull Sistema de adquisicioacuten de datos (SAO) Marca Campbell Scientific
Referencia 21X Conectado a una interfase anaacuteloga digital (AJD) SC32A Este
sistema permite registrar en tiempo real los datos conectados a eacutel tales como
Tp Tb Y la caiacuteda de presioacuten a traveacutes del lecho
El intervalo miacutenimo de ejecucioacuten para cualquier medida
segundos o sea permite obtener 80 datos por segundo
es de 00125
72
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
alen
tado
r T
oma
de m
uest
ra
Cic
loacuten
Alm
aceo
ador
de
fin
os
Sist
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de
Adq
uisi
cioacuten
de
dat
os
Inte
rfas
e
PC
Mon
itor
Tec
lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
Este sistema maneja un Software especial el
consultar la referencia [7]
PC208E Para maacutes detalles
bull Computador PC Conectado a la interfase (AlD) permite visualizar colectar y
procesar los datos obtenidos
bull Reactor circular en acero inoxidable 304 L Diaacutemetro de 3 pulgadas
longitud de 40 cm El sistema de calentamiento consta de una resistencia
eleacutectrica externa de abrazadera y potencia de 12 kW
Esta resistencia eleacutectrica abarca la parte inferior del reactor hasta una altura de
15 cm sobre el distribuidor
El reactor tiene en su parte interna y muy cerca de la pared un tubo de
descarga de 15 cm de largo y 269 de diaacutemetro lo que hace que se tenga un
aacuterea efectiva de 4777 cm2 sobre el distribuidor El tubo de descarga es
taponado adecuadamente en los ensayos de este trabajo Para evitar peacuterdidas
de calor se aiacutesla adecuadamente con mantos de fibra ceraacutemica
Para maacutes detalles ver Figuras 12 13 14 Y 15
bull Arena de cuarzo (dpa = 05 mm) Fue suministrada por arenas industriales
muy similar a la arena de Ottawa La arena fue molida tamizada entre mallas
30 (06 mm) y 40 (042 mm) luego lavada con agua y despueacutes con solucioacuten de
aacutecido clorhiacutedrico (24 horas en remojo) y por uacuteltimo se calcinoacute en una mufla por
4 horas a 900degC
De la arena tratada se extrae la cantidad necesaria para ocupar un volumen en
el reactor que conserva una relacioacuten altura a diaacutemetro entre 15 y 2
73
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
alen
tado
r T
oma
de m
uest
ra
Cic
loacuten
Alm
aceo
ador
de
fin
os
Sist
ema
de
Adq
uisi
cioacuten
de
dat
os
Inte
rfas
e
PC
Mon
itor
Tec
lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
--------------
Control manuaJ deAdaptacioacuten para toma de descargatemperatura de la partiacutecula
y saJida aJ cicloacuten
Adaptacioacuten para toma de temperatura del lecho
~
21 cm -
~J
Toma para aJimentacioacuten
Toma de de soacutelidos en continuo presioacuten
Tapoacuten coacutenico
40 cm
-T 15 cm
Tubo de descarga de soacutelidos (6Oj
Toma de presioacuten tEntrada de gases
Distribuidor de placa perforada 25 perforaciones de 08 mm
con paso triangular Descarga de soacutelidos
Figura 12 Esquema baacutesico del reactor y detalle del fluidizador
74
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
alen
tado
r T
oma
de m
uest
ra
Cic
loacuten
Alm
aceo
ador
de
fin
os
Sist
ema
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Adq
uisi
cioacuten
de
dat
os
Inte
rfas
e
PC
Mon
itor
Tec
lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
ICOM
PRES
OR
I
Reg
ulad
or d
e Pr
esi6
n
DPC
ELL
S o n d a s d e p r e s i 6 n
TC
TC
Prcc
alen
tado
r T
oma
de m
uest
ra
Cic
loacuten
Alm
aceo
ador
de
fin
os
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uisi
cioacuten
de
dat
os
Inte
rfas
e
PC
Mon
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lado
Impr
esor
a
Fig
ura
13
Esq
uem
a baacute
sico
del
mon
taje
em
plea
do
75
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
Figura 14 Fotografiacutea del reactor utilizado
Figura 15 Fotografiacutea del sistema de adquisicioacuten de datos con su pe UNIVERSIDAD NACIONAL oeo~
-
-- 76 ~ ~~y ~
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
43
bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull
MODO OPERATORIO PARA LOS EXPERIMENTOS DE IGNICION DE
PARTICULAS DE CARBON
Encendido del compresor
Reduccioacuten de la presioacuten de aire de salida hasta 30 psi
Apertura de todas las vaacutelvulas del circuito del aire menos la del control de flujo
en el rotaacutemetro
Fiacutejacioacuten de condiciones set points en los controladores de temperatura
Para fijar el valor del flujo en el rotaacutemetro aplicar la foacutermula
o o
Pr V Tb e =Pb VbTr
Donde
o
P = presioacuten V = Flujo volumeacutetrico T = Temperatura
r b son condiciones de rotaacutemetro y lecho respectivamente
Se encienden controladores y se posiciona el flotador del rotaacutemetro al valor
deseado Para esto las condiciones delecho deben ser prefijadas asiacute
Pb = Presioacuten de Medelliacuten
o
V b =N f Umf Ar
Ar = Area del reactor
Simultaacuteneamente y mientras se estabilizan las condiciones se enciende el
sistema de adquisicioacuten de datos luego se le dan las instrucciones necesarias
77
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
ya sea con el teclado del computador o con el mouse El programa con las
instrucciones para la toma de datos debe estar prefijado Debe quedar
preparado y listo para una orden final
bull Estabilizadas las condiciones deseadas en el reactor se debe conectar la
termocupla que sujeta la partiacutecula al sistema de adquisicioacuten de datos Se debe
estar listo para descolgarla
bull Simultaacuteneamente se da la orden final para tomar y mostrar datos y se
descuelga la termocupla de sujecioacuten simulando una caiacuteda libre el sistema iraacute
tomando varios datos entre ellos T p contra tiempo y los almacena El reactor
tiene un racor especial en la parte central y superior (tapa) para el
deslizamiento de la termocupla La partiacutecula queda finalmente en el seno del
lecho de arena y a una altura entre 5 y 8 cm del fondo
bull Repetir cuantas veces sea necesario ya que muchos ensayos fracasan por
rotura de la termocupla en su parte maacutes fina o porque se desprenden las
partiacuteculas
bull Se ensayan otros tamantildeos yo otras condiciones
bull En cada quemado de partiacuteculas se le debe ordenar al sistema de adquisicioacuten
de datos que suspenda la toma de los mismos y se reordena de nuevo para
otro ensayo
bull Se apaga todo siguiendo eacutestos pasos
Suspender flujo de aire cerrando las vaacutelvulas de eacuteste circuito
Apagar controladores y llevarlos a posicioacuten cero
Apagar compresor
78
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
Se colectan todos los datos y se pasan al computador para
procesarlos
Apagar SAD y computador
44 PROGRAMA USADO EN EL SAD CON EL SOFTWARE PC20SE PARA
LA TOMA DE DATOS (ver Anexo 3)
45 INSTRUCCIONES BASICAS CON EL SAD 21X (PC208E) [7]
En el computador
C gt dir w ~
[PC208E]
[PCTOUR]
[SHORTCUn
C gt Cd PC208E ~
C gt PC208E PC208E ~
451 Crear un programa en el SAD usando EDLOG
a) Ejecutar el programa EDLOG PC208E EDLOG
b) Para crear un nuevo programa se selecciona FILE NEW
c) Seleccionar el tipo de SAD 21X
d) Desarrollar el programa Darle nombre JAVIERT
e) Salvar el programa FILE SAVE as IGNICION VES para compilar
f) Salir de EDLOG FILE EXIT
79
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
452 Crear archivo ESTACION
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I NEW I STATION
b) Cambiar cualquier dificultad o llenar espacios en la ESTATION de archivos
STATION FILE como sea requerido
e) Salvar los cambios SAVE AS I T271299 (por ejemplo fecha) salirse usando la
caja cerrada del SAD
453 Fijar el reloj del SAO (21X) y cargar el programa EDlOG (Download)
a) Abrir el archivo STATION FILE I OPEN I T271299
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar TOOLS I CLOCK SET I SET I CLOSE
e) Cargar el programa TOOLS I SENDDATALOGGER PROG I JAVIERT DLD I
OK
454 Monitorear las localizaciones de entrada recoger datos visualizar
datos
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REALTIME I MONITOR I ESC par a salir
b) Colectar o recoger datos DATACOLLECTION I CALL NOW I (CURRENT
STATION)
e) Ver datos VIEW I DATA I T271299DAT I salir usando la caja cerrada
455 Generar reportes
Desde el menuacute PC208E seleccionar REPORTS I RUN SPLlT I T271299
80
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
456 Cerrar Comunicacioacuten suspender enlace y salir
a) Desde el menuacute PC208E seleccionar REAL TIME I HANG UP LINK I cierra
comunicacioacuten con la estacioacuten abierta
b) Desde el menuacute PC208E seleccionar FILE I EXIT I salir del todo yapagar
C PC208Ecd J
46 IMPORTACiOacuteN DE DATOS
El sistema de adquisicioacuten de datos y el computados guardan los datos en un
archivo de texto con extensioacuten DA T En un solo ensayo como los del presente
trabajo pueden haber hasta maacutes de cinco mil (5000) datos lo que hace necesario
filtrarlos empezando con los que corresponden a la zona de acumulacioacuten de
energiacutea (que comienza con la temperatura ambiente) hasta pasar la zona de
ignicioacuten sin tomar en cuenta los datos de zona de combustioacuten
Para lo anterior se deben tomar e importar los datos a una hoja de caacutelculo EXCEL
y se convierten a un archivo numeacuterico Luego se grafican se les hace un ajuste
polinoacutemico y por uacuteltimo se obtienen la primera y segunda derivada para su anaacutelisis
respectivo
81
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
5 RESULTADOS
51 PRESENTACiOacuteN DE LOS RESULTADOS
los resultados se presentan en forma graacutefica permitiendo una mejor visualizacioacuten
de los mismos ya que en una graacutefica pueden haber maacutes de 200 datos de
temperatura contra tiempo En las figuras se presentan las curvas
correspondientes a1 perfi1 de temperatura I(t) y a 1as derivadas de primero y
segundo orden
las Figuras 16 a 31 corresponden a los resultados obtenidos con el modelo
matemaacutetico o teoacuterico propuesto Las Figuras 32 a 47 corresponden a los
resultados del procedimiento experimental desarrollado en este estudio
En el software del modelo teoacuterico al introducir los datos para una corrida reporta
las tres curvas mencionadas anteriormente los datos de temperatura y tiempo de
ignicioacuten de la derivada de primer orden y de la de middotsegundo orden Sise observan
detenidamente Jos datos de Ia derivada de segllndo orden Quiaacutenopse por el
cambio de signo de menos (-) a maacutes (+) se podraacute detectar el punto de ignicioacuten
correspondiente al valor de Tpi en d2Tdf =o
Despueacutes de segUir los pasos sugeridos en el punto 46 (paacuteg 81) se obtienen las
curvas experimentales Todos tos datos obtooidos de los ensayos se ajustaron a
un polinomio de grado sexto con un factor de correlacioacuten criacutetico (R2) muy superior
a 09 los ensayos se hicieron unos por duplicado y otros por triplicado hasta
obtener concordancia en sus replicas ademaacutes de un barrido total en el perfil T(t) y
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
hasta quemado final ya que muchas partiacuteculas se desprenden o se fracciona la
termocupla esto al penetrar en un ambiente caliente y agitado como lo es un
lecho fluid izado de cuarzo material mucho maacutes duro que el carboacuten
En algunos ensayos se registraron varios datos que pareciacutean no corresponder a
una secuencia loacutegica unos con valores muy altos y salkios del rango de medicioacuten
de la termocupla utilizada (tipo K) y otros negativos los cuales no tienen sentido
Se piensa que tales datos provienen de un mal contacto momentaacuteneo entre los
tres puntos de unioacuten y soldadura de los alambres que componen la tennocupla
debido a las continuas sacudidas del lecho o deficiencias y limitaciones del
sistema de adquisicioacuten de datos al tomarse el miacutenimo intervalo de ejecucioacuten
requerido en su microprocesador Debido a 10 anteriacuteorse escogieron los datos de
los ensayos que no reportan valores anoacutemalos o que tengan el miacutenimo de ellos
dejando los datos loacutegicos para anaacutelisis y seguimiento posterior de las condiciones
de ignicioacuten Algunos se utilizaron en promedio de estas condiciones reforzando
asiacute los resultados
Las graacuteficas del modelo teoacuterico y las experimentales muestran un tramo largo y
aparentemente plano dentro del cual se encuentra el punto de ignicioacuten Las
graacuteficas experimentales T(t) al ajustarse a un polinomio de grado sexto presentan
puntos de inflexioacuten o de cambios de pendiente por eso al representar
graacuteficamente las derivadas de segundo orden se nota que cortan al eje de las
abscisas en maacutes de un punto y por lo tanto se debe centrar la atencioacuten en esa
parte aplanada de la curva para hallar las condiciones de ignicioacuten Lo uacuteltimo se
refuerza auacuten maacutes con el apoyo del modelo teoacuterico
El resultado final y comparativo entre lo teoacuterico y experimental se resume en la
Tabla 9
83
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
Tabla 9 Resultados finales de las condiciones de ignicioacuten para el modelo
teoacuterico y los ensayos con partiacuteculas de carboacuten
Tb (K) N
dpt carboacuten San Fernando (mm) dpt carboacuten La Nechiacute (mm)
2 4 2 4
Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper Teoacuter Exper
87316
(600degC)
3
76493 75001 74885 74451 80298 78796 78564 75324
187 578 544 1300 237 075 674 1200
6 76857 80556 75282 74566 80693 81866 78990 81256
172 832 495 1100 220 1040 617 1490
107316
(800degC)
3 76685 80000 75004 73176 80505 76416 78692 72626
091 700 267 497 106 52 309 578
6 76997 80326 7535 757 09 80844 74786 79063 79069
085 559 247 494 099 347 286 900
El numero de Cinco (5) cifras significativas corresponde a T pi (K) Y el de tres (3) a t (s)
En los puntos de ignicioacuten (74451 1300) (74566 1100) (75709494) (75324
1200) Y (79069 900) fue necesario definir con maacutes precisioacuten hasta donde se
tomaban datos que limitaran las zonas de ignicioacuten con las de combustioacuten Estos
datos asiacute tomados se reajustan nuevamente con las herramientas de la hoja de
caacutelculo Excel buscando el polinomio con el factor de correlacioacuten maacutes proacuteximo a
uno (1) y se procede a hallar sus derivadas (primera y segunda) para determinar
asiacute las condiciones de ignicioacuten
84
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
-------------
---------- -
_--shy-shy
165 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 873 2 K V 4140
150 dp 200 mm e 4440 Nf 3 o
1350
1200
~ 1050
nl rl
1 900O rl -W H (a) nl 750 o
_---shy(J) ------- J 600
nl ---------~ -----shyH 1 450
iexclJ
nl H (J) 300 (b)oiexcliexcl
E-lt (J)
150 ----- ------shy
O
- 1 50 ---------------shy~---- (e)
-30
0_00 0 _17 0_34 O_51 0_68 0_85 102 119 136 153 170 187 2_04 2_21 2_ 38 2_55 2_72 2_89
Tiempo de quemado (s)
Figura 16_ Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K
Tpi =764_93 K tiexcl = 1_87 s_
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
85
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
--
-----
1650shyP 85 326 Kpa Tb 8732 K
1500shydp 400 mm Nf 3 o
135 0
1200
~ 1050
ro -t l 900O
v1 iexclJ gt-1 ro 750 o (raquo
O 600
ro gt-1 l 450 iexclJ ro gt-1 (raquo 300 o E (raquo
f-i 150
o
W 1010 V 4140
e 4440
la) LI _ _ _ - _ _ _ _ _~-----------------~
~ -----~_ _---~-~
---shy
V ) ~
v~-- (e) -150
- 3 00~1~--------~r-----------r-----------r-----------r------------------r
000 0 46 092 138 184 2 3 0 276 322 3 68 414 460 506 5 52 5 98 644 6 90 736 782
Tiempo de quemado (s)
Figura 17 Carboacuten San Fernando Nf = 3 dp = 4 mm Tb =873 K Tpi =74885 K
~ = 544 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
86
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
---------
----------------
- ----------
165
1500
1350
1200
~
1050
m rl J 900o
v-i +l j
750m o (J)
O 600
m j
J 450 +l m j (J) 300o E (J)
E--t 150
P 85 326 Kpa w 900 Tb 873 O K V 3860 dp 200 rmn e 4170 Nf 3 O
(a) __-----shy
~----
(b)
o -I------- --------------------==---=~-----------1
-150
-300
000 021 042 063 084 105 126 147 168 189 210 231 252 273 294 315 336 357
Tiempo de quemado (s)
Figura 18 Carboacuten La Nechiacute Nt 3 dp 2 mm Tb 873 K Tpi 80298 K
tiexcl 237 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e ) Derivada de segundo orden
87
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
- - --
1650-1 P 85326 Kpa W 900 Tb 8730 K V 3860
150~ dp 400 mm e 4170 Nf 30
135o~ 120o
105o
C1l rl l 900o
-rl +J j
750C1l o (J)
O 600
C1l j
l 450 +J C1l j (J) 300 o 6 (J)
E-lt 150
o
-15o
-30 ()
_ _
omiddot(a) ________000
-- -- ---------------shy00--shy00 00 _ -~
- 0shy------_
~
~
--(b)
-- _shy-
~---
------(e)
0000581161742322903048406464522580638696 754812870928986
Tiempo de quemado (s)
Figura 19 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78564 K
~=674s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
88
I
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
------------
---------------------
165 P 8532 6 Kpa Tb 873 o K
1500 dp 200 mm Nf 6 o
1350
1200
~ 1050
fU rl l 900U
-i iexclJ gt-l fU 750 a Q)
J 600
fU gt-l l 450 iexclJ fU gt-l Q) 300a ~ Q)
E-o 150
o
_
~-----
(b)
w 1010 V 4140
e 4440
(a) ---- shy
-150 --- ---
----- (e)
-3001-------T---~~ iexclr---~I-------r_--~--_--_r--~--_----_--r_--_--~--~--------- I 000 015 030 045 060 075 090 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255
Tiempo de quemado (s)
Figura 20 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =76857 K
tiexcl =172 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
89
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
--- ---- - -
---------------
-------
--------------
---------------
--~--
165 P 8 5 32 6 Kpa W 1010 Tb 873 O K V 4140
150o dp 400 mm e 4440 Nf 6 O
135o
120o
~ 105o
fU rl 1O 900
u-i iexclJ
(a) ----------------------- shyH fU 750 o QJ -_---shyd 600
fU _0
H 1 450 ~~-
iexclJ
fU H QJ 300
~ QJ ~ (b)E-lt 150
----~
o
-15
-30
000 042 084 126 168 210 252 2 94 336 378 420 4 62 504 5 46 588 630 672 714
Tiempo de quemado (s)
Figura 21 Carboacuten San Fernando Nf = 6 dp = 4 mm Tb = 873 K Tpi = 75282 K
t =495 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
90
I
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
---
----
---- -------
W 900 V 3860 e 4170
(a ) _____________~_---
~_-_---
-------_---shy____ o-150
( e )
-300~--~--~~_--~--~--_--~----r_--_--~--~--~--_--~--~--_--_r
000 020 040 060 080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340
Tiempo de quemado (s)
Figura 22 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =80693 K
~ = 220 s
(al Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
91
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
--------------------------------
--
-- --
~
ro rl 1 O -rl +J ~ ro o ()
O
ro ~ 1 +J ro ~ ()
o E ()
E-lt
165o-P 853 2 6 Kpa W 900
Tb 8730 K V 3860 150oshy
dp 400 mm e 41 70
Nf 60 135o
1 2 0 o
105o
_900
(a) --- ~
750 ---- -__--------shy~---
-------_shy
----- -----shy600 ------shy
~-450
300 J
150
-O
~-------
v--e) - 15o
-30oshy
0 00 053 106 159 2 12 2 65 318 371 424 477 530 5 83 6 36 6 89 742 795 848 901
Tiempo de quemado (s)
Figura 23 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =873 K Tpi =78990 K
Iacuteiexcl =617 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
92
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
------
----- -
-------- --
1650 P 85 32 6 Kpa w 1010 Tb 1073 o K v 4140
200 mm e 4440 30
c
ro rl l O
-rl iexclJ jj (a) --shyro
150
900
750
dp Nf
-----~ _
o (J)
O 600
ro jj
l 450 iexclJ
ro jj (J) 300o e (J)
E-lt 150
o
(b)
( e)
-150
-30
000 008 016 024 032 040 048 056 064 072 080 088 096 104 112 120 128 136
Tiempo de quemado (s)
Figura 24 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K
Tpi =76685 Iacuteiexcl =091 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
93
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
----
1650 P 85326 Kpa Tb 10730 K
1500 dp 400 mm Nf 3 o
1350
1200
x 1050
ro rl l 900O
-M +J ~
750ro o (j) U 600
ro ~ l 450 +J ro ~ (j) 300 o 8 (j)
E-lt 150
O
-150
(b)
( e)
w 1010 V 4140
e 4440
(a)
------- shy
-30~--_--_--_--__--r_--_--_--_--_--_--_r--_--_r--_--_--_--_r
000 023 046 069 092 115 138 161 184 207 230 253 276 299 3 22 345 368 391
Tiempo de quemado (s)
Figura 25 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K
Tpi =75004K Iacuteiexcl =467 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
94
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
---
165 P 85326 Kpa W 900
Tb 10730 K V 3860 1500
dp 200 mm e 4170 Nf 30
1350 i I1200 I
~ iexcl 1050
cu rl ~J~ 900U +l (a) _-o - ----o-o----- o-~ ~ _-- -shy
750cu o -- ~ (1) ~ _-
U 600 ---_ 00 cu
shy
____--0~--~ 450 ~
+l (b)cu ~ (1) 300 o E shy(1)
E-lt 150
o
-150
- 300~----_--_-----_--_~__--_--_--_--~--_--_--_--_--_--~
0_00 010 020 030 040 050 060 070 080 090 LOO 110 120 130 140 150 160 170
Tiempo de quemado (s)
Figura 26 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =2 mm T b =1073 K Tpi =80505 K
~ = 106 s
(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
95
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96
---------150
1650 P 8 5 32 6 Kpa Tb 1073 O K
1500 dp 4 OO rmn Nf 3 O
1350
1200
y 1050
CU -t J 900O
-1 iexclJ 4
750 shyCU o (lJ
O 600 ---------~_-
CU 4 J 450
CU shyiexclJ
4 (lJ 300 o
(b)E (lJ
E-lt
O
w 900 V 3860 e 4170
-_bull_---shy(a) -----_
_bull_shy---- - -_
__-----_ _--__bull _---
J
__ o-------~-
- 150-V~--(e)
-300~1--------r--~~------r--~r-------r----r---_--_r----r_--_--_r--~r_--~--~
000 027 054 081 108 135 162 189 2_16 243 2_70 2_91 324 3_51 3 18 405 4 32 459
Tiempo de quemado (s)
Figura 27 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =78692 K
~ = 309 s
(a) Perfil d e temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden
96