Dinámica de Interfases en Fenómenos de Fusión, Conversión y Refino de Cobre

Carlos Conca RosendeDepartamento de Ingeniería Matemática &

Centro de Modelamiento MatemáticoUniversidad de Chile

III Seminario Internacional de Aplicaciones de las Matemáticas Lima, 2-5 de Agosto de 2006

Vista General

CT Corte Longitudinal

Interior del CT

Corte Transversal

Toberas

Las paredes calientan el aire inyectado

Modelamiento matemático de la inyección de aire en una tobera de soplado del CT

Toberas

El aire frío enfría al baño

Toberas

Se desarrolló de un modelo matemático que permite calcular eficientemente el flujo y la temperatura del gas al interior de una tobera de inyección, para distintas condiciones de operación

La formación de la acreción se modela como un fenómeno de solidificación

Acreciones

CT Corte Transversal

Acreciones en Toberas

• Estudios Realizados Simulación numérica de la formación de acreciones en toberas (Solidificación de metal blanco estático enfriado por aire de soplado)

Experiencias en laboratorio

Dinámica de inyección de burbujas

Oleaje en el CT

Inyección de Burbujas

• Estudios Realizados

Cálculo de frecuencias propias de oscilación para un flujo potencial

Simulación numérica de inyección de burbujas en una maqueta tajada del CT. (Velocidades de inyección; 82 m/s, 100 m/s, 120 m/s y 140 m/s)

Inyección de Burbujas

Simulación numérica 3D Vista isométrica

Se desarrollo un modelo para predecir el slopping del baño en el reactor CT que permite entregar indicaciones directas para el control del oleaje. Zona donde emerge el jet es un nodo de oscilación.

Se está trabajando en un modelo tridimensional que da cuenta del oleaje longitudinal que también se presenta en el reactor combinando las Ecuaciones de Navier-Stokes con las ecuaciones de Saint Venant

Dinámica del Oleaje

Dinámica del Oleaje

Dinámica del Oleaje

Dinámica del Oleaje

A

B C

DL

0

1

2

3

4

0 5 10 15

A

B

C

D

Se realizó un cálculo de las amplitudes del oleaje 3D en 4 puntos del CT variando el largo L de la zona de toberas, utilizando el modelo anterior.

Inyección por Lanzas

• Estudios Realizados

Cálculo de frecuencias propias de oscilación, en un flujo potencial

Estimación de las dimensiones de la cavidad usando un modelo analítico simplificado de chorro turbulento

Simulación numérica 2D de inyección de aire sobre agua para distintas combinaciones H / V

H = Altura de la Lanza V = Velocidad de salida de los gases

Inyección por Lanzas

H=170 [mm] V=50 [m/s]Oleaje y Campo de Velocidades

Choques sólidos fluidos

Fusión de carga fría

Caida y Fusión de Carga Fría

Fusión de Carga Fría

• Estudios Realizados Simulación numérica de la Fusión de Cobre en Cobre Líquido bajo Convección Natural

Simulación de la Fusión de Carga Cría en Metal Blanco bajo Convección Forzada

Resultados Obtenidos

Campo de temperatura

V relativa = 0,01 [m/s]

Fracción de líquido

Resultados Obtenidos

Modelo Colisiones Sólido-Fluido

Campo de

Presiones

Campo de

Velocidades

Malla de cálculo

Propuestas Tecnológicas

Choque Térmico Se estimarán los esfuerzos mecánicos inducidos por los gradientes de temperatura en la salida de las toberas de soplado

Pulsos de Presión Se propone estudiar el efecto de pulsos de presión en las toberas de soplado sobre el oleaje

Estudio de la penetración de Carga Fría en el baño Relacionar la penetración en el baño con la granulometría de la carga fría y con la fluidodinámica del baño

En particular, determinar en que fase del baño ocurre la fusión