Simulación del proceso de sinterización de un esmalte

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Ana Cristina Cantú Vallejo

Resumen

La sinterización es el proceso en el cual se aplica un esmalte cerámico a un tanque de acero para aislarlo del ambiente agresivo (agua), el cual provoca que se presente el fenómeno de la corrosión. En este trabajo se estudió, modeló y simuló este proceso, desde el punto de vista de transferencia de calor. La metodología que se sigui6 consistió en cuatro etapas: la primera  fue  el  planteamiento  del problema, incluyendo la  definición de parámetros y condiciones;  la  segunda,  la modelación, en  la  cual  se establecieron  las  ecuaciones y relaciones que representaron el proceso; la tercera, la validación, cuya finalidad fue la resolución   de   dichas   ecuaciones  utilizando   el   software   COMSOL  Multiphysics®, empleando datos reales de una empresa; y la cuarta, fue la simulación, en la que se variaron diferentes condiciones de operación como el tiempo y la temperatura de proceso, además de la   composición  del  esmalte.  Como  resultados  se  observaron  las  distribuciones  de temperatura del cilindro, la variación de la temperatura con respecto del tiempo del aire, del esmalte sinterizado y del acero del tanque, además de las diferencias entre los máximos de dichas temperaturas y los valores mínimos y máximos de las distribuciones presentadas. Un aumento en el tiempo mejoró los resultados, al obtener distribuciones con mayor grado de homogeneidad y menores diferencias entre la temperatura del aire y el esmalte sinterizado. La variación en cuanto a la composición del esmalte no provocó muchas diferencias en los resultados, sin embargo, se pudo asociar que la composición de mayor porcentaje de Si02, generó una leve mejora en las distribuciones de temperatura. Por ultimo, la variación de la temperatura indicó que, a menores valores, las distribuciones fueron mas homogéneas. En esta variable, también hay que considerar la velocidad de calentamiento, ya que un aumento muy marcado generara desempeños no satisfactorios.

Palabras clave: Sinterizaci6n, transferencia de calor, simulaci6n.

Abstract

Sintering  is the process  in which  a ceramic enamel is applied  to a steel tank to isolate  it from the aggressive  environment  (water), which causes the phenomenon  of corrosion. In this work, this process was studied,  modeled  and simulated, from the heat transfer view. The methodology  followed consisted  of four stages: the first was the problem statement, including the definition  of parameters and conditions; the second, the modeling, in which the  equations  and  relations  that  represented  the process  were  established;  the third, the validation, whose purpose was the solution of these equations using the software COMSOL Multiphysics®, using real data of a company; and the fourth, was the simulation, in which different operation  conditions, such as the time and temperature  of process, as well as the composition  of the enamel, were varied. As results, the distributions of temperature of the tank, the variation of temperature vs. time of the air, the sintered enamel and the steel tank, and the differences between the maximums of the mentioned temperatures  were observed. Also, the minimum and maximum values of the presented distributions were analyzed. An increase in the time improved the results, obtaining distributions  with more homogeneity and lower  differences  between  the temperature  of  the air  and the  sintered  enamel.  The variation  in the composition  of  the enamel  didn’t  make much  difference  in the  results, however, it could be associated  that the composition  with the highest percentage of Si02 generated a slight improvement in the distributions of temperature. Finally, the variation of the temperature indicated that with minor values, distributions were more homogeneous. In this  variable,  the heating  rate must  be considered  too, because  an intense  increase  will generate unsatisfactory results.

Keywords: Sintering, heat transfer, simulation.

Simulacion del proceso de sinterización de un esmalte

 


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