Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6,...

38
;-.:; C1l rl :::l U -rl .w j...¡ C1l o. (J) '"d C1l j...¡ :::l .w C1l j...¡ (J) o. 8 (J) E-< 1650 P : 85. 326 Kpa Tb 1073. O K 1500 dp 2.00 mm Nf 6. O 1350 1200 1050 900 750 600 450 300 150 o w V e 10.10 % 41.40 % 44.40 % (al ... - ----- (b) 0.000.080.160.240.320.400.480.560.640.72 0.80 0.88 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, d p =2 mm, T b =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl Derivada de primer orden. (e) Derivada de segundo orden. 97

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-

C1l rl l U

-rl w jiexcl

C1l o (J)

d

C1l jiexcl

l w C1l jiexcl (J)

o 8 (J)

E-lt

1650 P 85 326 Kpa Tb 1073 O K

1500 dp 200 mm Nf 6 O

1350

1200

1050

900

750

600

450

300

150

o

w V

e

1010 4140 4440

(al

-----shy

(b)

000008016024032040048056064072 080 088 096104112120128136

Tiempo de quemado (s)

Figura 28 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K

Tpi = 76997 K t = 085 s

(al Perfil de temperatura (bl Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

97

----

1650 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 1073 o K V 414 0

150 dp 400 mm e 4440 Nf 6 o

1350

1200

~ 1050

CU r-i 1 900O rl +J j

750CU o QJ

U 600

CU j

1 450 +J CU j QJ 300 o 8 QJ

E-lt 150

O

_----------shy(a)-------_ ----- _-__

-~---------- --__-_

(b)

~--

--

(e)-150

-300 I i

000 0 22 044 066 088 110 132 154 176 198 2_ 2 0 242 264 286 3 08 3 30 352 374

Tiempo de que mado (8)

Figura 29 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm Tb =1073 K

Tpi =75350 K ~ =247 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

98

1650 P 85326 Kpa W 900

Tb 10730 K V 3860 150

dp 200 mm e 4170 Nf 60 I

~ 1050

ro rl j

900o iexclJ (a)-rl -------__------_ ----shyj

750 shyro o --_

(J) --shyd 600

ro j j 450

iexclJ (b)ro j (J) 300o - --------shy6 (J)

E--lt 150

+-___________________________________________~-- (e) ----------------~ o

-150 -3001---~--_r--_--~----~--~--~~~-~~--~--~--~--~--_r--_--~----~--~

000 009 018 027 036 045 054 063 072 081 0 90 099 108 117 126 135 144 153

Tiempo de quemado (s)

Figura 30 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi = 80844 K

t =099 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

99

--------------------

---150

1200

~ 1050

ro rl 1O 900 shy

r-t jJ gt-1 ro 750 o Q) U 600

ro gt-1 1 450

jJ v~ro gt-1 Q)

sect 300

(a) -~-Y ------__------shy

~-~_---~ _~

(b) Q)

E-lt

o

-150~C) -300 I i I

0000250500751001251501752002_25250275300 325 350 3754004_25

Tiempo de quemado (s)

Figura 31_ Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =79063 K

t =286 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

100

1~ r----------------------------------------------------------------

800

3~ 4~ 5~ 6~

T(K) m 0013 - 02356 + oOO37f + 21949 - 14395 + 350l6t + 3164

~ a 09688

Tiempo de quemado (s)

I____PERFll DE TEMPERATURA ~ERIVADA DE PRIMER ORDEN ~ DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 32 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =75001 K tiexcl =578 s

1~

800

g 600

1

t a -3 400

1 I

200~ 1shy

-1 1~ 3~ 5~ 7~ 9~ 11~ 13~

-200

T(K) a ()0051 + 020051 - 28539t4 + 17366t - 404362T + 872051 + 28949

R O9915

TIempo de quermdo (5)

I---PERFIL DE TEMPERATURA __e__ DEmiddotRIVADA DE PRIMER ORDEN DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 33 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =4 mm T b =873 ~ TDi =(661 ~6 _827 36) K - =13 s UNI VERSIDAD flt ACIONAl bull QQQtiexcl8r

lLf 101 r ~ 1

r 1

--------------- ---

~ -------------------------------------------------

0800 0800

-500

T(K) 9970216-3678315+ 33372 + 1755213-3847712 + 20885t + 28827

R2-0995 J 1000 J_________

Toempo de quemado (s)

l-+-per1II de temperalUnl __~ de pntildem orden ~ de MgUnIIo orden I

Figura 34 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp = 2 mm T b =873 K T pi =(6940166 shy88191) K fiexcl =0750 s

S50

450

350

g

~ bull I

~ 250

Ebull

150

T(K) 000071 bull 0042215 + 09711 - 97103 + 36241 + 257211 + 32279

R =09154

7fXXJ 9000 11000 13000 15

Ttempo de quemado (s)

I-+-PerftI de 18mp __Derivada de primer orden

Figura 35 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp =4 mm T b =873 K T pi = (62791 87856) K fiexcl =12 s

102

DerMIda de iexclNner anIon

1000

800

T(K) ~ 000116 - 0049315+ 0905114 - 7327213 + 1853t2 + 865511+ 3173 200 R2~O9951

TIlaquoIIpO da quemado (s)

Figura 36 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm T b =873 K Tpi =80556 K tiexcl = 832 s

aro

700

600

200

100

5000

T(K) 000016 - 000865 + 0 23184 - 2188113 + 12078t2 + 35083 R2 0 9786

10 ooo ~

I--PerfI de lemperaln bull

Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm T b =873 K TpiFigura 37

~r-----------------------------------~~~~---iexcl

+ 36524

=74566 K tiexcl= 11 s

103

T(K)= -JE()516 - 0001615 + 013214 - 26997l3 + 1994512 - 34941 + 32508 R2~ 0979

gbull ~

bull11

I

t ~ 1shy

600

600

400

T(K) ~ 0005316 - 0169815 + 1843414 - 676440 - 503312 + 105651 +

R2- 099200

r

-shy

3 5 7 9 11

I Tiempo de quemado (s)

Derivada de MgUndo orden I

n

Figura 38 Carboacuten La Nechiacute Nf

1iexcl =104 s

1200

1000

800

g G 600E ~ -8 I

J

400 X i 1shy

200

= 6 dp = 2 mm T b = 873 K Tpi = 81866 K

~~ooo 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

-200 ~-------------------------------------------------------------------J Tlempo de quemado (s)

Derivada de segundo orden I

Figura 39 Carboacuten La Nechiacute Nt = 6 dp = 4 mm T b = 873 K Tpi = 81256 K 1iexcl =149 s

104

1

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 2: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

----

1650 P 85 326 Kpa w 1010 Tb 1073 o K V 414 0

150 dp 400 mm e 4440 Nf 6 o

1350

1200

~ 1050

CU r-i 1 900O rl +J j

750CU o QJ

U 600

CU j

1 450 +J CU j QJ 300 o 8 QJ

E-lt 150

O

_----------shy(a)-------_ ----- _-__

-~---------- --__-_

(b)

~--

--

(e)-150

-300 I i

000 0 22 044 066 088 110 132 154 176 198 2_ 2 0 242 264 286 3 08 3 30 352 374

Tiempo de que mado (8)

Figura 29 Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm Tb =1073 K

Tpi =75350 K ~ =247 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

98

1650 P 85326 Kpa W 900

Tb 10730 K V 3860 150

dp 200 mm e 4170 Nf 60 I

~ 1050

ro rl j

900o iexclJ (a)-rl -------__------_ ----shyj

750 shyro o --_

(J) --shyd 600

ro j j 450

iexclJ (b)ro j (J) 300o - --------shy6 (J)

E--lt 150

+-___________________________________________~-- (e) ----------------~ o

-150 -3001---~--_r--_--~----~--~--~~~-~~--~--~--~--~--_r--_--~----~--~

000 009 018 027 036 045 054 063 072 081 0 90 099 108 117 126 135 144 153

Tiempo de quemado (s)

Figura 30 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi = 80844 K

t =099 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

99

--------------------

---150

1200

~ 1050

ro rl 1O 900 shy

r-t jJ gt-1 ro 750 o Q) U 600

ro gt-1 1 450

jJ v~ro gt-1 Q)

sect 300

(a) -~-Y ------__------shy

~-~_---~ _~

(b) Q)

E-lt

o

-150~C) -300 I i I

0000250500751001251501752002_25250275300 325 350 3754004_25

Tiempo de quemado (s)

Figura 31_ Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =79063 K

t =286 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

100

1~ r----------------------------------------------------------------

800

3~ 4~ 5~ 6~

T(K) m 0013 - 02356 + oOO37f + 21949 - 14395 + 350l6t + 3164

~ a 09688

Tiempo de quemado (s)

I____PERFll DE TEMPERATURA ~ERIVADA DE PRIMER ORDEN ~ DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 32 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =75001 K tiexcl =578 s

1~

800

g 600

1

t a -3 400

1 I

200~ 1shy

-1 1~ 3~ 5~ 7~ 9~ 11~ 13~

-200

T(K) a ()0051 + 020051 - 28539t4 + 17366t - 404362T + 872051 + 28949

R O9915

TIempo de quermdo (5)

I---PERFIL DE TEMPERATURA __e__ DEmiddotRIVADA DE PRIMER ORDEN DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 33 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =4 mm T b =873 ~ TDi =(661 ~6 _827 36) K - =13 s UNI VERSIDAD flt ACIONAl bull QQQtiexcl8r

lLf 101 r ~ 1

r 1

--------------- ---

~ -------------------------------------------------

0800 0800

-500

T(K) 9970216-3678315+ 33372 + 1755213-3847712 + 20885t + 28827

R2-0995 J 1000 J_________

Toempo de quemado (s)

l-+-per1II de temperalUnl __~ de pntildem orden ~ de MgUnIIo orden I

Figura 34 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp = 2 mm T b =873 K T pi =(6940166 shy88191) K fiexcl =0750 s

S50

450

350

g

~ bull I

~ 250

Ebull

150

T(K) 000071 bull 0042215 + 09711 - 97103 + 36241 + 257211 + 32279

R =09154

7fXXJ 9000 11000 13000 15

Ttempo de quemado (s)

I-+-PerftI de 18mp __Derivada de primer orden

Figura 35 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp =4 mm T b =873 K T pi = (62791 87856) K fiexcl =12 s

102

DerMIda de iexclNner anIon

1000

800

T(K) ~ 000116 - 0049315+ 0905114 - 7327213 + 1853t2 + 865511+ 3173 200 R2~O9951

TIlaquoIIpO da quemado (s)

Figura 36 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm T b =873 K Tpi =80556 K tiexcl = 832 s

aro

700

600

200

100

5000

T(K) 000016 - 000865 + 0 23184 - 2188113 + 12078t2 + 35083 R2 0 9786

10 ooo ~

I--PerfI de lemperaln bull

Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm T b =873 K TpiFigura 37

~r-----------------------------------~~~~---iexcl

+ 36524

=74566 K tiexcl= 11 s

103

T(K)= -JE()516 - 0001615 + 013214 - 26997l3 + 1994512 - 34941 + 32508 R2~ 0979

gbull ~

bull11

I

t ~ 1shy

600

600

400

T(K) ~ 0005316 - 0169815 + 1843414 - 676440 - 503312 + 105651 +

R2- 099200

r

-shy

3 5 7 9 11

I Tiempo de quemado (s)

Derivada de MgUndo orden I

n

Figura 38 Carboacuten La Nechiacute Nf

1iexcl =104 s

1200

1000

800

g G 600E ~ -8 I

J

400 X i 1shy

200

= 6 dp = 2 mm T b = 873 K Tpi = 81866 K

~~ooo 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

-200 ~-------------------------------------------------------------------J Tlempo de quemado (s)

Derivada de segundo orden I

Figura 39 Carboacuten La Nechiacute Nt = 6 dp = 4 mm T b = 873 K Tpi = 81256 K 1iexcl =149 s

104

1

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

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SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 3: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

1650 P 85326 Kpa W 900

Tb 10730 K V 3860 150

dp 200 mm e 4170 Nf 60 I

~ 1050

ro rl j

900o iexclJ (a)-rl -------__------_ ----shyj

750 shyro o --_

(J) --shyd 600

ro j j 450

iexclJ (b)ro j (J) 300o - --------shy6 (J)

E--lt 150

+-___________________________________________~-- (e) ----------------~ o

-150 -3001---~--_r--_--~----~--~--~~~-~~--~--~--~--~--_r--_--~----~--~

000 009 018 027 036 045 054 063 072 081 0 90 099 108 117 126 135 144 153

Tiempo de quemado (s)

Figura 30 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi = 80844 K

t =099 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

99

--------------------

---150

1200

~ 1050

ro rl 1O 900 shy

r-t jJ gt-1 ro 750 o Q) U 600

ro gt-1 1 450

jJ v~ro gt-1 Q)

sect 300

(a) -~-Y ------__------shy

~-~_---~ _~

(b) Q)

E-lt

o

-150~C) -300 I i I

0000250500751001251501752002_25250275300 325 350 3754004_25

Tiempo de quemado (s)

Figura 31_ Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =79063 K

t =286 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

100

1~ r----------------------------------------------------------------

800

3~ 4~ 5~ 6~

T(K) m 0013 - 02356 + oOO37f + 21949 - 14395 + 350l6t + 3164

~ a 09688

Tiempo de quemado (s)

I____PERFll DE TEMPERATURA ~ERIVADA DE PRIMER ORDEN ~ DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 32 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =75001 K tiexcl =578 s

1~

800

g 600

1

t a -3 400

1 I

200~ 1shy

-1 1~ 3~ 5~ 7~ 9~ 11~ 13~

-200

T(K) a ()0051 + 020051 - 28539t4 + 17366t - 404362T + 872051 + 28949

R O9915

TIempo de quermdo (5)

I---PERFIL DE TEMPERATURA __e__ DEmiddotRIVADA DE PRIMER ORDEN DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 33 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =4 mm T b =873 ~ TDi =(661 ~6 _827 36) K - =13 s UNI VERSIDAD flt ACIONAl bull QQQtiexcl8r

lLf 101 r ~ 1

r 1

--------------- ---

~ -------------------------------------------------

0800 0800

-500

T(K) 9970216-3678315+ 33372 + 1755213-3847712 + 20885t + 28827

R2-0995 J 1000 J_________

Toempo de quemado (s)

l-+-per1II de temperalUnl __~ de pntildem orden ~ de MgUnIIo orden I

Figura 34 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp = 2 mm T b =873 K T pi =(6940166 shy88191) K fiexcl =0750 s

S50

450

350

g

~ bull I

~ 250

Ebull

150

T(K) 000071 bull 0042215 + 09711 - 97103 + 36241 + 257211 + 32279

R =09154

7fXXJ 9000 11000 13000 15

Ttempo de quemado (s)

I-+-PerftI de 18mp __Derivada de primer orden

Figura 35 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp =4 mm T b =873 K T pi = (62791 87856) K fiexcl =12 s

102

DerMIda de iexclNner anIon

1000

800

T(K) ~ 000116 - 0049315+ 0905114 - 7327213 + 1853t2 + 865511+ 3173 200 R2~O9951

TIlaquoIIpO da quemado (s)

Figura 36 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm T b =873 K Tpi =80556 K tiexcl = 832 s

aro

700

600

200

100

5000

T(K) 000016 - 000865 + 0 23184 - 2188113 + 12078t2 + 35083 R2 0 9786

10 ooo ~

I--PerfI de lemperaln bull

Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm T b =873 K TpiFigura 37

~r-----------------------------------~~~~---iexcl

+ 36524

=74566 K tiexcl= 11 s

103

T(K)= -JE()516 - 0001615 + 013214 - 26997l3 + 1994512 - 34941 + 32508 R2~ 0979

gbull ~

bull11

I

t ~ 1shy

600

600

400

T(K) ~ 0005316 - 0169815 + 1843414 - 676440 - 503312 + 105651 +

R2- 099200

r

-shy

3 5 7 9 11

I Tiempo de quemado (s)

Derivada de MgUndo orden I

n

Figura 38 Carboacuten La Nechiacute Nf

1iexcl =104 s

1200

1000

800

g G 600E ~ -8 I

J

400 X i 1shy

200

= 6 dp = 2 mm T b = 873 K Tpi = 81866 K

~~ooo 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

-200 ~-------------------------------------------------------------------J Tlempo de quemado (s)

Derivada de segundo orden I

Figura 39 Carboacuten La Nechiacute Nt = 6 dp = 4 mm T b = 873 K Tpi = 81256 K 1iexcl =149 s

104

1

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

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_ C

IIlc

uio

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H~

e-

CIr

iGIt

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0 y

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poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 4: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

--------------------

---150

1200

~ 1050

ro rl 1O 900 shy

r-t jJ gt-1 ro 750 o Q) U 600

ro gt-1 1 450

jJ v~ro gt-1 Q)

sect 300

(a) -~-Y ------__------shy

~-~_---~ _~

(b) Q)

E-lt

o

-150~C) -300 I i I

0000250500751001251501752002_25250275300 325 350 3754004_25

Tiempo de quemado (s)

Figura 31_ Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =79063 K

t =286 s

(a) Perfil de temperatura (b) Derivada de primer orden (e) Derivada de segundo orden

100

1~ r----------------------------------------------------------------

800

3~ 4~ 5~ 6~

T(K) m 0013 - 02356 + oOO37f + 21949 - 14395 + 350l6t + 3164

~ a 09688

Tiempo de quemado (s)

I____PERFll DE TEMPERATURA ~ERIVADA DE PRIMER ORDEN ~ DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 32 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =75001 K tiexcl =578 s

1~

800

g 600

1

t a -3 400

1 I

200~ 1shy

-1 1~ 3~ 5~ 7~ 9~ 11~ 13~

-200

T(K) a ()0051 + 020051 - 28539t4 + 17366t - 404362T + 872051 + 28949

R O9915

TIempo de quermdo (5)

I---PERFIL DE TEMPERATURA __e__ DEmiddotRIVADA DE PRIMER ORDEN DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 33 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =4 mm T b =873 ~ TDi =(661 ~6 _827 36) K - =13 s UNI VERSIDAD flt ACIONAl bull QQQtiexcl8r

lLf 101 r ~ 1

r 1

--------------- ---

~ -------------------------------------------------

0800 0800

-500

T(K) 9970216-3678315+ 33372 + 1755213-3847712 + 20885t + 28827

R2-0995 J 1000 J_________

Toempo de quemado (s)

l-+-per1II de temperalUnl __~ de pntildem orden ~ de MgUnIIo orden I

Figura 34 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp = 2 mm T b =873 K T pi =(6940166 shy88191) K fiexcl =0750 s

S50

450

350

g

~ bull I

~ 250

Ebull

150

T(K) 000071 bull 0042215 + 09711 - 97103 + 36241 + 257211 + 32279

R =09154

7fXXJ 9000 11000 13000 15

Ttempo de quemado (s)

I-+-PerftI de 18mp __Derivada de primer orden

Figura 35 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp =4 mm T b =873 K T pi = (62791 87856) K fiexcl =12 s

102

DerMIda de iexclNner anIon

1000

800

T(K) ~ 000116 - 0049315+ 0905114 - 7327213 + 1853t2 + 865511+ 3173 200 R2~O9951

TIlaquoIIpO da quemado (s)

Figura 36 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm T b =873 K Tpi =80556 K tiexcl = 832 s

aro

700

600

200

100

5000

T(K) 000016 - 000865 + 0 23184 - 2188113 + 12078t2 + 35083 R2 0 9786

10 ooo ~

I--PerfI de lemperaln bull

Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm T b =873 K TpiFigura 37

~r-----------------------------------~~~~---iexcl

+ 36524

=74566 K tiexcl= 11 s

103

T(K)= -JE()516 - 0001615 + 013214 - 26997l3 + 1994512 - 34941 + 32508 R2~ 0979

gbull ~

bull11

I

t ~ 1shy

600

600

400

T(K) ~ 0005316 - 0169815 + 1843414 - 676440 - 503312 + 105651 +

R2- 099200

r

-shy

3 5 7 9 11

I Tiempo de quemado (s)

Derivada de MgUndo orden I

n

Figura 38 Carboacuten La Nechiacute Nf

1iexcl =104 s

1200

1000

800

g G 600E ~ -8 I

J

400 X i 1shy

200

= 6 dp = 2 mm T b = 873 K Tpi = 81866 K

~~ooo 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

-200 ~-------------------------------------------------------------------J Tlempo de quemado (s)

Derivada de segundo orden I

Figura 39 Carboacuten La Nechiacute Nt = 6 dp = 4 mm T b = 873 K Tpi = 81256 K 1iexcl =149 s

104

1

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 5: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

1~ r----------------------------------------------------------------

800

3~ 4~ 5~ 6~

T(K) m 0013 - 02356 + oOO37f + 21949 - 14395 + 350l6t + 3164

~ a 09688

Tiempo de quemado (s)

I____PERFll DE TEMPERATURA ~ERIVADA DE PRIMER ORDEN ~ DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 32 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =2 mm Tb =873 K Tpi =75001 K tiexcl =578 s

1~

800

g 600

1

t a -3 400

1 I

200~ 1shy

-1 1~ 3~ 5~ 7~ 9~ 11~ 13~

-200

T(K) a ()0051 + 020051 - 28539t4 + 17366t - 404362T + 872051 + 28949

R O9915

TIempo de quermdo (5)

I---PERFIL DE TEMPERATURA __e__ DEmiddotRIVADA DE PRIMER ORDEN DERIVADA DE SEGUNDO ORDEN I

Figura 33 Carboacuten San Fernando Nt =3 dp =4 mm T b =873 ~ TDi =(661 ~6 _827 36) K - =13 s UNI VERSIDAD flt ACIONAl bull QQQtiexcl8r

lLf 101 r ~ 1

r 1

--------------- ---

~ -------------------------------------------------

0800 0800

-500

T(K) 9970216-3678315+ 33372 + 1755213-3847712 + 20885t + 28827

R2-0995 J 1000 J_________

Toempo de quemado (s)

l-+-per1II de temperalUnl __~ de pntildem orden ~ de MgUnIIo orden I

Figura 34 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp = 2 mm T b =873 K T pi =(6940166 shy88191) K fiexcl =0750 s

S50

450

350

g

~ bull I

~ 250

Ebull

150

T(K) 000071 bull 0042215 + 09711 - 97103 + 36241 + 257211 + 32279

R =09154

7fXXJ 9000 11000 13000 15

Ttempo de quemado (s)

I-+-PerftI de 18mp __Derivada de primer orden

Figura 35 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp =4 mm T b =873 K T pi = (62791 87856) K fiexcl =12 s

102

DerMIda de iexclNner anIon

1000

800

T(K) ~ 000116 - 0049315+ 0905114 - 7327213 + 1853t2 + 865511+ 3173 200 R2~O9951

TIlaquoIIpO da quemado (s)

Figura 36 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm T b =873 K Tpi =80556 K tiexcl = 832 s

aro

700

600

200

100

5000

T(K) 000016 - 000865 + 0 23184 - 2188113 + 12078t2 + 35083 R2 0 9786

10 ooo ~

I--PerfI de lemperaln bull

Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm T b =873 K TpiFigura 37

~r-----------------------------------~~~~---iexcl

+ 36524

=74566 K tiexcl= 11 s

103

T(K)= -JE()516 - 0001615 + 013214 - 26997l3 + 1994512 - 34941 + 32508 R2~ 0979

gbull ~

bull11

I

t ~ 1shy

600

600

400

T(K) ~ 0005316 - 0169815 + 1843414 - 676440 - 503312 + 105651 +

R2- 099200

r

-shy

3 5 7 9 11

I Tiempo de quemado (s)

Derivada de MgUndo orden I

n

Figura 38 Carboacuten La Nechiacute Nf

1iexcl =104 s

1200

1000

800

g G 600E ~ -8 I

J

400 X i 1shy

200

= 6 dp = 2 mm T b = 873 K Tpi = 81866 K

~~ooo 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

-200 ~-------------------------------------------------------------------J Tlempo de quemado (s)

Derivada de segundo orden I

Figura 39 Carboacuten La Nechiacute Nt = 6 dp = 4 mm T b = 873 K Tpi = 81256 K 1iexcl =149 s

104

1

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 6: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

--------------- ---

~ -------------------------------------------------

0800 0800

-500

T(K) 9970216-3678315+ 33372 + 1755213-3847712 + 20885t + 28827

R2-0995 J 1000 J_________

Toempo de quemado (s)

l-+-per1II de temperalUnl __~ de pntildem orden ~ de MgUnIIo orden I

Figura 34 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp = 2 mm T b =873 K T pi =(6940166 shy88191) K fiexcl =0750 s

S50

450

350

g

~ bull I

~ 250

Ebull

150

T(K) 000071 bull 0042215 + 09711 - 97103 + 36241 + 257211 + 32279

R =09154

7fXXJ 9000 11000 13000 15

Ttempo de quemado (s)

I-+-PerftI de 18mp __Derivada de primer orden

Figura 35 Carboacuten La Nechiacute N =3 dp =4 mm T b =873 K T pi = (62791 87856) K fiexcl =12 s

102

DerMIda de iexclNner anIon

1000

800

T(K) ~ 000116 - 0049315+ 0905114 - 7327213 + 1853t2 + 865511+ 3173 200 R2~O9951

TIlaquoIIpO da quemado (s)

Figura 36 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm T b =873 K Tpi =80556 K tiexcl = 832 s

aro

700

600

200

100

5000

T(K) 000016 - 000865 + 0 23184 - 2188113 + 12078t2 + 35083 R2 0 9786

10 ooo ~

I--PerfI de lemperaln bull

Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm T b =873 K TpiFigura 37

~r-----------------------------------~~~~---iexcl

+ 36524

=74566 K tiexcl= 11 s

103

T(K)= -JE()516 - 0001615 + 013214 - 26997l3 + 1994512 - 34941 + 32508 R2~ 0979

gbull ~

bull11

I

t ~ 1shy

600

600

400

T(K) ~ 0005316 - 0169815 + 1843414 - 676440 - 503312 + 105651 +

R2- 099200

r

-shy

3 5 7 9 11

I Tiempo de quemado (s)

Derivada de MgUndo orden I

n

Figura 38 Carboacuten La Nechiacute Nf

1iexcl =104 s

1200

1000

800

g G 600E ~ -8 I

J

400 X i 1shy

200

= 6 dp = 2 mm T b = 873 K Tpi = 81866 K

~~ooo 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

-200 ~-------------------------------------------------------------------J Tlempo de quemado (s)

Derivada de segundo orden I

Figura 39 Carboacuten La Nechiacute Nt = 6 dp = 4 mm T b = 873 K Tpi = 81256 K 1iexcl =149 s

104

1

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

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rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

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-X

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y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 7: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

DerMIda de iexclNner anIon

1000

800

T(K) ~ 000116 - 0049315+ 0905114 - 7327213 + 1853t2 + 865511+ 3173 200 R2~O9951

TIlaquoIIpO da quemado (s)

Figura 36 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm T b =873 K Tpi =80556 K tiexcl = 832 s

aro

700

600

200

100

5000

T(K) 000016 - 000865 + 0 23184 - 2188113 + 12078t2 + 35083 R2 0 9786

10 ooo ~

I--PerfI de lemperaln bull

Carboacuten San Fernando Nf =6 dp =4 mm T b =873 K TpiFigura 37

~r-----------------------------------~~~~---iexcl

+ 36524

=74566 K tiexcl= 11 s

103

T(K)= -JE()516 - 0001615 + 013214 - 26997l3 + 1994512 - 34941 + 32508 R2~ 0979

gbull ~

bull11

I

t ~ 1shy

600

600

400

T(K) ~ 0005316 - 0169815 + 1843414 - 676440 - 503312 + 105651 +

R2- 099200

r

-shy

3 5 7 9 11

I Tiempo de quemado (s)

Derivada de MgUndo orden I

n

Figura 38 Carboacuten La Nechiacute Nf

1iexcl =104 s

1200

1000

800

g G 600E ~ -8 I

J

400 X i 1shy

200

= 6 dp = 2 mm T b = 873 K Tpi = 81866 K

~~ooo 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

-200 ~-------------------------------------------------------------------J Tlempo de quemado (s)

Derivada de segundo orden I

Figura 39 Carboacuten La Nechiacute Nt = 6 dp = 4 mm T b = 873 K Tpi = 81256 K 1iexcl =149 s

104

1

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 8: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

T(K)= -JE()516 - 0001615 + 013214 - 26997l3 + 1994512 - 34941 + 32508 R2~ 0979

gbull ~

bull11

I

t ~ 1shy

600

600

400

T(K) ~ 0005316 - 0169815 + 1843414 - 676440 - 503312 + 105651 +

R2- 099200

r

-shy

3 5 7 9 11

I Tiempo de quemado (s)

Derivada de MgUndo orden I

n

Figura 38 Carboacuten La Nechiacute Nf

1iexcl =104 s

1200

1000

800

g G 600E ~ -8 I

J

400 X i 1shy

200

= 6 dp = 2 mm T b = 873 K Tpi = 81866 K

~~ooo 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

-200 ~-------------------------------------------------------------------J Tlempo de quemado (s)

Derivada de segundo orden I

Figura 39 Carboacuten La Nechiacute Nt = 6 dp = 4 mm T b = 873 K Tpi = 81256 K 1iexcl =149 s

104

1

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 9: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

1200

1000

eoo

600 g I 400

bull I

~ 200

bullE 1shy deg

0 2000 3000 000 5000

-200

-400 T(K) -0080416 + 2040115 - 19833 + 9749213 - 2561812 + 36373 + 290

R2= 09909

-600

TIempo de qoomado (s)

Figura 40 Carboacuten San Fernando N =3 dp =2 mm T b =1 073 ~ Tpi =800 K tiexcl =7 s

1000

eoo

eoo

400

g I 200 bullI deg

6000 7

~ -200

bullE 1shy

-400

-600

T(K) -1554316 + 2689715 -ln82 + 5016313 - 63844t2 + 381081 + 31945 R2 3 09776

-800

-1000 TIempo de qdo (s)

l~ Pelfil de temperatura ____ Derivada de prllMlt orden

Figura 41 Carboacuten San Fernando Nf =3 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi =73176 K tiexcl = 497 s

105

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 10: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

1200

1000

800

g 600

~ 400 ~

~

1 200

1-bullE

O

O

-200

-400

-000

1000 2000 3000 4000 5000

T(K) 0188116 + 0207315 - 2149214 + 12163 - 2538412 + 26685 + 294 R2- 09927

Tiempo de quemado (s)

~ de Mgundo orden 1

Figura 42 Carboacuten La Nechiacute Nt =3 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =(76416 shy86556) K tiexcl =52 s

1200

1000

800

g

800~ bull I a I 400 Ebull1shy

200

O 6000 8000 10000 12000 14loo

I T(lQ E 0007616 - 0300415 + 4562414 - 31839t3 + 9035812 + 156221 + 31638 I

R2- 09515 -200

Tpo de ~ (s)

1__PwftI de paraIUra -- shy Derivada de primer orden

Figura 43 Carboacuten La Nechiacute Nf =3 dp =4 mm T b =1073 K T pi =72626 K tiexcl =578 s

106

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 11: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

1000 ------------------------------------------------------------------

800

600

g JI gt 400ll t bull I

t 200

Ebull1shy

O

3000 7000 8

-200 T(K) - 0180616 - 4865315 + 48676t4 - 22187t3 + 4389412 - 181951 + 33857

R2- 09866

-400 L---------------------------~~~~~ q~ ~------------------------~--~-~~~(~~

Figura 44 Carboacuten San Fernando N =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =80326 K t =559 s

1000

800

800

gbulla iexcl 400

8shybull I gt

1 200

i 1shy

o

-200

T(K) - 3396816 - ~73615 + 233414 - 50543t3 + 432412 - 198641 + 34508

R2 - 09331

TIempO ~ quemado (a)

Figura 45 Carboacuten San Fernando N =6 dp =4 mm Tb =1073 K Tpi = (68996 - 93306) K lb 494 s

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 12: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

1200

1000

800

600 g j 1 ~ amp ~ I gt 200

1 ~ o

2000 3000 bull000 5000 8000 7000

-200

-400

T(Ilt) s ~08716 + 1841515 - 19447t + 9676t3 - 225rt2 + 321 bull1 + 32116 R2- 09989

-$lO

~ de q--ado (s)

~ de ugundo oRlen I

Figura 46 Carboacuten La Nechiacute Nf =6 dp =2 mm Tb =1073 K Tpi =74786 K tiexcl = 347 s

800

200

3

T(Ilt) E 001~ - 0~715 + 785361 - 5300313 + 16189t2 - 10659t + 331 47 -1middotl 1_____________ ______ ______ ______ _____1-15000 7000 9000 11000R2 E 09738

TIempo de quen-do (5)

Derivada de segundo orden I

Figura 47 Carboacuten La Nechiacute Nt =6 dp =4 mm T b =1073 K Tpi =79069 K tiexcl =9 s

108

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 13: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

52 COMPARACiOacuteN DE LAS PREDICCIONES DEL MODELO CON LOS

DATOS EXPERIMENTALES

Para evaluar las diferencias entre los resultados experimentales y los teoacutericos se

escoge el meacutetodo de la suma de los cuadrados de las desviaciones para las

temperaturas y los tiempos de ignicioacuten de acuerdo con las diferentes condiciones

de operacioacuten

La suma de los cuadrados de las desviaciones (o errores) para la condicioacuten j se

define

middot -_ ~P [Tpiexcle - Tpiexcl J2_l ~ para la temperatura de ignicioacuten de la partiacutecula y )-1 Tple

middot -_~ [tiexcle - ti J2 pl ~ para el tiempo de ignicioacuten )=1 tle

Donde

Tpie Temperatura de ignicioacuten experimental en el j-iacuteesimo experimento (K)

Tpit Temperatura de ignicioacuten predicha por el modelo teoacuterico en el j-iacuteesimo

experimento (K)

te Tiempo de ignicioacuten experimental para el j-iacuteesimo experimento (s)

tt Tiempo de ignicioacuten predicho por el modelo para el j-iacuteesimo experimento

(s)

Np Nuacutemero total de datos

109

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 14: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

Tabla 10 Resultados de las desviaciones por el meacutetodo de la suma de los

cuadrados de los errores

Tb (K) Nt

dp carboacuten San

Fernando (mm)

dp carboacuten La

Nechiacute (mm) i

2 4 2 4

87316

(600degC)

3 039610-s 003410-s 036310-j 036310-s 264310-j

0458 0338 4666 0192 5654

6 2 1 0810-j 00910-3 020510-3

0622

077810-3

0343

318310-3

18970629 0303

107316

(800degC)

3 171710-J 062410-J 286310-J 697610-J 1218010-J

0757 0214 0634 0217 1822

6 171810-3 002210-3 656210-3 0000 8302-10-3

0719 025 0511 0465 1945

i T 593910-J 077210-J 999310-J 960410-J 2630810-J

t 2563 1105 6433 1217 11318

Los teacuterminos exponenciales que aparecen en cada rectaacutengulo corresponden a

condiciones de temperatura de ignicioacuten y los otros a tiempo de ignicioacuten

53 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCiOacuteN DE LOS

PARAacuteMETROS CINEacuteTICOS EN LA IGNICiOacuteN DE PARTIacuteCULAS DE CARBOacuteN

(E Y koch)

bull Se hace el ensayo de acuerdo con el modo operatorio de la seccioacuten 43

bull Se toman los datos reales de Tpi ~ Y (dTdt)iexcl para la condicioacuten de d2Tdt2=O

110

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 15: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

bull Se cakula el valor de Cpc del carboacuten con la ecuacioacuten (42) reemplazando el

valor de Tpi hallado

bull Se calcura ei vaior de h de la ecuacioacuten (60) utirizando fas correiaciones

empiacutericasmiddot prepuestas- en e modeO- teoacuterico- o- bien utHiza1do propiedades-

reales

bull Se obtiene el valor de Er de la ecuumlacioacuten (82) o se uumltiliza uumlii valoiacute daduumlcido de

las condiciones reales del estado fiacutesico para esto existen recomendaciones Yshy

tablas_

1shy~_ _ (JI n 1- _ __ 1 s- ___e bull __- I---rr_II-- e- I~ vv YO o 10 6CuumlaCiOii 9 V J -UOI o 11 ecuumlacion10 ~ ~II-U~IIU U~ICl 1 VIIOUO 10

central del Anexo 2 y se reemplaza Tppor T_en las expresiones para calor por

conduccioacuten y radiacioacuten

Se iacuteaemplaza en la ecuumlacioacuten centiacuteaf los valoiacuteaS iacuteestantes obtenidos de las

condiciones iniciales y paraacutemetros

I ____1 _1 -- ___1_ 1 _ __ 1_shy___ ---n LO ~UO-IV 1 ~IIU 01 01 CI11~IOI P 4u~uo

n_ ___e bull ___ __ _r __ _____ - __ -----1-- -_ro 1- --6S-shyLI~ 10 ~-UO-IVII OIIl~IIVI v U~~JO ~c 1 ~ I ~1111-10LCl tJVl 10 ~AI-I IVI l

ge = kOCh P02 expI - n - 1 Klpi)

11]

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 16: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

bull Sacando In

lnf =lnk P )_(EJ(_lI-c ~ Och deg2 R T )

pj

bull Al graficar In(gc contra (1 rrpi) se obtiene una recta con pendiente negativa de

la cual se despeja el valor de E y un intercepto que para un valor de Puumlz

obtenido con la ecuacioacuten (48) sirve para despejar kOch

bull El paso anterior se hace para muchos ensayos con un mismo tipo o rango de

carboacuten obtenieacutendose con esto valores promediados de E y koch Repetir con

otros tipos de carboacuten

112

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 17: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

6 CONCLUSIONES Y ANALlSIS DE RESULTADOS

bull El modelo teoacuterico predice con exactitud los resultados de temperatura de

ignicioacuten en el lecho fluidizado de arena a pesar de que experimentalmente no

se utilizaron partiacuteculas esfeacutericas como lo supone el modelo sino partiacuteCUlas

amorfas

bull No predice con exactitud el tiempo de ignicioacuten Puede haber un retraso debido

quizaacutes a la limitacioacuten con que la partiacutecula cae en el lecho pues no es una

caiacuteda libre real dependiendo de la habilidad para desplazar la termocupla que

sujeta a la partiacutecula

bull Las mayores discrepancias obtenidas en la determinacioacuten de los puntos de

ignicioacuten puede deberse a las ligeras variaciones que se pueden encontrar entre

los componentes y tamantildeos de las partiacuteculas para un mismo tipo de carboacuten

bull Los perfiles reales T(t) para partiacuteculas de mayor diaacutemetro presentan maacutes

rizados que las de menor diaacutemetro

bull De una forma global se observa que al aumentar el tamantildeo de la partiacutecula

disminuye la temperatura de ignicioacuten y aumenta el tiempo de encendido

bull El nuacutemero de fluidizacioacuten no tiene un efecto muy notorio en el valor de la

temperatura de ignicioacuten si este aumenta la temperatura aumenta levemente

Para el tiempo de ignicioacuten al aumentar el nuacutemero de f1uidizacioacuten este no variacutea

mucho (en la parte real) y tiende a disminuir muy levemente (en el modelo)

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

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inic

ia

1

4-X

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+(I

-X

)JI

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rtln

y

_ C

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uio

-

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e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 18: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

bull El mismo efecto anterior se observa para la temperatura del lecho en cuanto a

las condiciones de temperatura y tiempo de ignicioacuten

bull Para condiciones similares de temperatura de lecho nuacutemero de fluidizacioacuten y

diaacutemetro de partiacutecula el carboacuten de La Nechiacute presenta condiciones de

temperatura y tiempo de ignicioacuten mayores que el carboacuten de San Fernando El

de la Nechiacute tiene menos porcentaje en humedad materia volaacutetil y carbono fijo

que el de San Fernando Este uacuteltimo se prenderaacute maacutes faacutecilmente pues posee

mayor poder caloriacutefico y menor contenido de cenizas

bull Si se observan detenidamente las curvas T(t) de las Figuras 32 - 47 se nota

que presentan una zona de mayor rizado (o cambios maacutes bruscos) entre

valores de 400 - 600 K de temperatura esto por el fenoacutemeno de

desprendimiento de volaacutetiles caracteriacutesticos en esa zona

bull Se aprendioacute una teacutecnica que puede utilizarse para determinar condiciones de

ignicioacuten informacioacuten muy valiosa para el control eficiente de procesos que

involucran el uso del carboacuten

bull De la Tabla 10 se observa que hubo maacutes errores en la deteccioacuten del tiempo de

ignicioacuten que en la de sus temperaturas

bull El procedimiento que menos errores presentoacute fue el que se utiliza para medir

los efectos del aumento del nuacutemero de fluidizacioacuten y de temperatura del lecho

para un diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm con el objeto de medir las condiciones

del punto de ignicioacuten para el carboacuten de San Fernando

114

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

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rboacuten

en

lech

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ldiacutez

ado

- [

( )

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-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

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JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

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In

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5 _

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07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

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27

Clc

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0 y

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poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 19: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

bull El procedimiento que maacutes errores presentoacute siguiendo el orden del punto

anterior fue el utilizado en carboacuten de la Nechiacute para un diaacutemetro de partiacutecula

de 2 mm

bull Hay mayor exactitud en Jos resuJtados cuando se utiJizan particulas de

diaacutemetro mayor ya que el valor de la sumatoria de las desviaciones al

cuadrado de sus errores (iacute) en la Tabla 10 es menor para ambas condiciones

de ignicioacuten en los casos de diaacutemetro de partiacutecula de 4 mm comparados con las

de 2 mm

bull Al analizar los resultados obtenidos por Fu y Zeng [22] resumidos en las

Figuras 8 y 9 hay discrepancias que van desde 25 a 80 K entre valores reales

y experimentales en el caacutelculo de las temperaturas de ignicioacuten Los valores de

las desviaciones (i) van desde 077210-3 a 61410-3 Lo que demuestra que

los resultados obtenidos en la presente investigacioacuten son confiables si se

comparan con los de otros investigadores

115

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

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nid

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de

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1+~)

1

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c

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L-

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J

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C

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96b1

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-T

l-6

358

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rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

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rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

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0-

67

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k-

k

+O

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M

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)P

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12O

OqJ

m

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-A

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----

---~

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0~

K

Sld

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S-~kN -

-32

93

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t +

1635

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+

lUU

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) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

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2q

1

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PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

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t

t

)-1

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04-1

12

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In

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07

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9=gt

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r)-O

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11_

-II

bullbull

-I

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rt)C

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27

Clc

uloe

inic

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v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 20: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

7 RECOMENDACIONES

bull El procedimiento utilizado para el modelamiento de la presente investigacioacuten

puede servir como guiacutea para el modelamiento de procesos similares en otros

ambientes reactivos de partiacuteculas de carboacuten

bull Para futuros estudios se ha de modelizar el fenoacutemeno de ignicioacuten para maacutes de

una partiacutecula de carboacuten y ver el efecto con la adicioacuten de maacutes partiacuteculas

bull Tratar de simular la caiacuteda libre de la partiacutecula de carboacuten a quemar sujeta a la

termocupla maacutes acorde con la realidad para no tener problemas de retrasos

que alteren el tiempo de ignicioacuten

bull Extender los ensayos a otros tipos de carboacuten siempre y cuando las partiacuteculas

a quemar sean representativas esteacuten bien frescas y se dispongan de los

resultados de sus anaacutelisis sin mayores inconvenientes

bull Esta teacutecnica se puede ofrecer como un servicio maacutes

universidad a entidades interesadas y que involucren en

quemado de carbones

por parte de la

sus procesos el

bull Insistir en la consecucioacuten de brocas o fresas maacutes diminutas que permitan

involucrar tamantildeos de partiacuteculas maacutes pequentildeos lo mismo que

microprocesador que permita aumentar la rapidez de toma de datos (ya que el

equipo utilizado lo permite) para hacer extensivo el estudio de ignicioacuten

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

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nid

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inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 21: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

bull Conseguir un medidor de oxiacutegeno para ampliar el estudio a diferentes

concentraciones

bull Con la teacutecnica empleada se puede profundizar en el seguimiento de la

combustioacuten de partiacuteculas de carboacuten hasta el consumo total de las mismas

bull Entre mas replicas o repeticiones se realicen se obtiene una mayor exactitud

en los resultados

bull Pensar en el disentildeo construccioacuten o consecucioacuten de termocuplas tipo K y tipo

J que sirva para hacer varios ensayos y asiacute agilizar el trabajo implementado

117

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

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en

lech

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+8T+C~

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T

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c

e

bull l

L-

shy1

J

J

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l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

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R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

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Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

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10-

(7)

P

-x

p

H

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XT

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lt

O9

=(

t

t

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004

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12

66lt

D

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In

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07

4S

I F ~O

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09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

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Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 22: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

1 ANNAMALAI K RYAN W DHANAPALON S Progress in Energy and

Combustion Science 1994 Vol 20 N06 pp 487-618

2 AVEDESIAN M M and DAVIDSON J F Combustion of Carbon Particles

in a Fluidised Bed Trans Instn Chem Engrs Vol 51 1973 pp 121-131

3 BASU P And SUBBARAO D An Experimental Investigation of Buming

Rate and Mass Transfer in a Turbulent Fluidized Bed Combustion Flame

66 1986 pp 261-269

4 BASU P Buming Rate of Carboacuten in Fluidized Bed Fuel20 1977 pp 390shy

392

5 BASU P BROUGHTON J And ELLlT D E Combustion of Single Coal

Particles in Fluidized Beds Fluidized Combustion inst Fuel Sympo Ser

Vol 1 No 1 A3-1 to A3-10 1975

6 BIRD R B STEWART W E LlGHTFOOT E N Transport Phenomena

A Wiley International Edition Japan 1960 780 p

7 DE LA CRUZ M JAVIER F Manual de un sistema de adquisicioacuten de

datos 21x Cambell Sientific Primera versioacuten Depto de Procesos

Quiacutemicos Universidad Nacional Sede Medelliacuten 1999 60 p

118

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

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In

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5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

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e d

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rt)C

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_

-04

27

Clc

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1

4-X

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-X

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_ C

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-

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e-

CIr

iGIt

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0 y

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IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 23: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

8 GELOART O Gas Fluidization Technology Jhons Wiley amp Sons U K

1986468 p

9 HOUGEN O A WATSON K M and RAGATZ R A Principios de los

Procesos Quiacutemicos parte 1 Balances de Materia y Energiacutea Editorial

reverteacute S A 1974 556 p

10 KATALAMBULA H HAYASAI J CHIBA T IKEOA K And KITANO K

Mechanism of Single Coal Particle Ignition Under Microgravity Condition

Joumal of Chemical Engineering of Japan Vol 30 No 1 1977 pp 146-153

11 KUNI J O And LEVENSPIEL O Fluidization Engineering 2th Ed Butler

Worth-Heinemann 1991491 p

12 LABOROETA L y IRANZO C Combustioacuten de Carboacuten en Lecho Fluidizado

Consideraciones Fluidodinaacutemicas parte 11 Ingenieriacutea Quiacutemica Septiembre

1986 pp171-176

13 LlNJEWILE T M and AGARWAL P K Heat Transfer Behavior and

Temperatures of Freely Moving Buming Carbonaceous Particles in Fluidized

23thBed Simposium (Intemational) on CombustionlThe Combustion

Institute 1990 pp 917-925

14 PELL M Gas Fluidization Elsevier USA 1990 125 p

15 PERRY H R GREEN W D MALONEY O J Manual del Ingeniero

Quiacutemico Sexta edicioacuten 1991

16 REIO R C PRAUSNITZ J M and POLlNG B E The Properties of

Gases and Liquids 4th Ed Me Graw-HiII Inc Meacutexico 1987742 p

119

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 24: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

17 Ross 1 B PATEL M S and DAVISON J F The Temperature of Buming

Carbon Particles in Fluidized Bed Trans Ichem Vol 59 1981 pp 83-88

18 TOGNOTTI 1 LONGWELL J P and SAROFIN a F The Products ofthe

High Temperature Oxidation of a Single Char Particle in a Electrodinamic

Balance Twenty-Third Symposium (Intemational) on Combustion The

Combustion Institute 1990 pp 1207-1213

19 TOMECKZEK J Coal Combustion Krieger Publishing Company

Malabar Florida 1994 167 p

20 TOMECKZEK J And WOJEIK J A Method of Direct Measurement of

solid Fuel Particle Ignition Temperature Twenty-third Symposium

(Intemational) on Combustion The Combustion Institute 1990 pp 1163shy

1167

21 URHAN R MAGDALENA PhD Ignicioacuten de Partiacuteculas de Carboacuten

Universidad del Valle Facultad de Ingenieriacutea Programa Especializacioacuten en

Ciencias Teacutermicas Julio de 1995 69 p

22 WEI BIAD FU and TAO FANG ZENG A General Method for Determining

Chemical Kinetic Parameters During Ignition of Coal Char Partides

Combustion on Flame 88 1992 pp 413-424

23 WEN C and YU Y H A Generalized Method for Predicting the Minimun

Fluidization Velocity Aiche J 12(3) 610 1966

24 WHEATLEY M Thermal Ignition Tutorial Ignition Temperature Fuel

and Energy Department wwwleedsacuk

120

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 25: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

ANEXO 1

CAacuteLCULO PARA LA VELOCIDAD MiacuteNIMA DE

FLUIDIZACIOacuteN DE LA ARENA (dp = 05 mm)

121

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 26: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

DATOS

El ensayo de velocidad miacutenima de f1uidizacioacuten para la arena se realizoacute en el

reactor de la planta piloto de gasificacioacuten (Figura 12 y 14) El aacuterea de flujo del

reactor es de 4777 cm2 Se utilizoacute una arena entre mallas -30 +40 diaacutemetro

promedio de partiacutecula de 05 mm

Flujo del rotaacutemetro (Imiacuten a 15 oC 1 atm)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido creciente

(cm de H2O)

Caiacuteda de presioacuten en el lecho sentido

decreciente (cm de H2O) O O O

30 1417 698 40 1913 914 50 241 1126 60 1737 137 70 1616 1595 80 1641 1672 90 1657 1706

100 1758 1686 110 1775 1666 120 1838 1739 130 1972 1697 140 1726 1767 150 1448 1616 160 1634 1755 170 1487 1752 180 1438 1781 190 1504 179 200 1634 1899 210 1874 1914 220 194 194

122

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

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rt)C

e1lO

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-04

27

Clc

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inic

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1

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IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 27: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

----------r-------------------~--------_----------r_--------_

(Im6e w) oq=-I d ~

-11 e I ~ e -o Uuml IS 2

bull ~ ~

tJ 11 E e E tJ 11 tJ Uuml o ~

o IDN

o o N

o ID

8

e E ~

N ~o

3 iexcliexcl

o o l)

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

)JI

SUbn

rtln

y

_ C

IIlc

uio

-

H~

e-

CIr

iGIt

o 1

0 y

qtu

IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 28: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

ANEXO 2

DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODELO DE IGNICiOacuteN DE

UNA PARTiacuteCULA DE CARBOacuteN EN LECHO FLUIDIZADO

124

Fig

ura

D

lagl

1lrT

18 d

e F

lujo

de

l mo

de

lo d

e iacuteg

nid

oacuten

de

una

part

lcul

a d

e ca

rboacuten

en

lech

o nu

ldiacutez

ado

- [

( )

~ ]

-~(

1+~)

1

+ J

(=+)

o

JI

fJ

e -A

+8T+C~

+D

T

rx

c

e

bull l

L-

shy1

J

J

-(~

l gm

of)

C

-720

5(1

+48

96b1

0-3 ltr

-T

l-6

358

lt10

-6 (T -

rt

+3

008middot

10c

r -T

t +

1 7

279

10-

(T -r

t -2

276

So

UrlJ

(T-

rJ

+6

3315

10-

I(T

-T

)

1-)J

l(q

K)

0-

67

0 10

k-

k

+O

lp

middot C

d

U

M

-A -(~

)P

PL -

12O

OqJ

m

-iexcl-

-A

bullo

W(

X )

A -

~-------

----------------------

----

----

---~

~p

R -8JI431

0~

K

Sld

lt1

S-~kN -

-32

93

2d

t +

1635

(d )

-~5(d)

+

lUU

(dl

) -

Z60

06

(d)

+3

02

Id ~l=koU

-3

2q

1

-k

PtI

)

k -

01

78

9+

)03

10-

(7)

P

-x

p

H

-

XT

X

SIF

lt

O9

=(

t

t

)-1

004

04-1

12

66lt

D

atoa

In

icia

5 _

1 _

07

4S

I F ~O

9=gt

(k

r)-O

09I~~41nF)

bull (

11_

-II

bullbull

-I

Var

iabl

e d

el p

rt)C

e1lO

_

-04

27

Clc

uloe

inic

ia

1

4-X

A(

+(I

-X

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SUbn

rtln

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_ C

IIlc

uio

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H~

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CIr

iGIt

o 1

0 y

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IdiI _

poI

v-

_rft

IW1I

4IU

Cc

uloe

pos

teri

orbullbull

Ecu

acioacute

n pr

inci

pal

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 29: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

Fig

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inci

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ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 30: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

ANEXO 3

PROGRAMA USADO EN EL SISTEMA DE ADQUISICiOacuteN

DE DATOS CON EL SOTWARE PC208E

126

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 31: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

21X T able 1 Program

01 00125 Execution Interval (seconds)

1 Beginning of Loop (P87) 1 10 Delay 2 O Loop Count

2 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

3 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3300 F 4 31 Exit Loop if True

4 End (P95)

5 Beginning of Loop (P87) 1 1 Delay 2 O Loop Count

6 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

7 IF (Xlt=gtF) (P89) 1 1 X Loe [ T empart ] 23 gt= 3 1200 F 4 31 Exit Loop if True

8 End (P95)

9 Beginning of Loop (P87) 1 1000 Delay 2 O Loop Count

10 Do (P86) 1 1 Call Subroutine 1

11 End (P95)

T able 2 Program 02 00 Execution Interval (seconds)

127

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 32: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

Table 3 Subroutines

1 Beginning of Subroutine (P85) 1 1 Subroutine 1

2 Internal Temperature (P17) 1 2 Loe [Temref ]

3 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 2 DIFF Channel 4 3 Type K (Chromel-A1umel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 1 Loe [ T empart ] 7 10 Mult 8 00 Offset

4 Thermocouple Temp (DIFF) (P14) 1 1 Reps 2 13 ntilde 50 mV Fast Range 3 3 DIFF Channel 4 3 Type K(Chromel-Alumel) 5 2 Ref Temp Loe [Temref ] 6 3 Loe [ T empreact ] 7 10 Mult 8 00 Offset

5 Do (P86) 1 10 Set Output Flag High

6 Sample (P70) 1 1 Reps 2 1 Loe [Tempart ]

7 Sample (P70) 1 1 Reps 2 3 Loe [Tempreact]

8 Real Time (P77) 1 0001 Seconds

9 End (P95)

End Program

128

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 33: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

ANEXO 4

CODIFICACiOacuteN DEL PROGRAMA DEL MODELO DE

IGNleleacuteN BE UNA PARTiacuteeuLA BE eARBeacuteN EN LEeHe

FLUIDIZADO EN EL LENGUAJE VISUAL C++

129

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

134

Page 34: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

-

void CIgnicionDoc Modelo()

float Pp[2] Mpro Umfa Ara float Fz ka Koc Koch tI float visG kgG denG cpG float Rep Nu Pr Ke fi[2][2] float MCp[2][4] MKg[2][4] float Kg[2] Cp[2] vis[2] float M[2] n[2] uo[2]

float 1 temp dCpc dgc int i j

M[02] = 32 M[N2] = 28

MKg[N2][O] = 3919e-4 MKg[N2][1] = 9816e-5 MKg[N2][2] = -5067e-8 MKg[N2][3] = 1504e-ll MKg[02][O] = -3273e-4 MKg[02][l] = 9966e-5 MKg[02][2] = -3743e-8 MKg[02][3] = 9732e-12

MCp[N2][0] = 28882 MCp[N2][1] = ~015703e=2 MCp[N2][2] 0ampo75e-5 MCp[N2][3] = -2 8706e-9 MCp[02][0] = 2546 MCp[02][1] = lj192e-2 MCp[02][2] = -O715e-5 MCp[02][3] = 13108e-9

uo[02] = 187e-5 uo[N2] = 166e-5 n[02] = 0814 n[N2] = 0756

PP[02] = x[02]P

Mpro = (M[02]x[02] + M[N2]x[N2]) 1000

130

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

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Page 35: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

bullbull

denG = (PMpro)(RTb)

ka =O17S9 + 303e-4Tb

if(dp lt 00015) Koc = -32932pow(dp5) + 1635pow(dp4)shy

29505dpdpdp + 21598dpdp - 26006dp + 3432 else Koc = 325

Fz = (V+W)(V+W)CIlOe4

if(Fz lt 09) Koch = 10044 - 11266Fz else Koch = 0091 exp( -04358Fz) Koch = llKochKoc

for(i = O i lt 2 i++)

Cp[i] = Kg[i] = O forO = o j lt= J j++)

Kg[i] += MKg[i] [j] pow(Tbj) Cp[i] += MCp[i] [j]pow(Tbj)

for(i = o i lt 2 i++) vis[i] = uo[i]pow(TbI27316 nli])

for(i= O i lt 2 i++)

for(j = Oj lt 2j++)

ti[ i] [j] = 03535533906(lsqrt(1+M[i]IM[j]) fi[i][j] = pow(l+sqrt(vis[i]vis[j])sqrt(sqrt(M[j]IM[i]) 2)

for(i=O visG=O iacute lt 2 i++)

forO = o temp=O j lt 2 j++) temp += x[j]ti[i][j]

visG += (x[i]vis[i])temp

UN IVERSI DAD N ACIONAL DQ

131

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

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Page 36: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

cpG = kgG = O fori = O i lt 2 i++)

cpG += x[i]Cp[i] kgG += x[i]Kg[i]

cpG = cpGlMpro

Pr = cpGvisGlkgG

Ara = denGpow(l13dpa3)(denA - denG)g (visGvisG) Umfa = visG(113dpadenG)(sqrt(l13569 + 0040gAra)-337)

ff= 063pow(kalkgG 018)

Ke = kgG(l + (l-epsmfa)(1-kgGlka)(1(kgGlka + 028pow(epsrnfaft)))) Ke = Ke + OIdenGcpGdpaUrnfa

R~p = ordm~J)GNf4Umfaordmpvj~O~ Nu = 20 + 13pow(Pr015) + 066pow(Pr031 )pow(Rep05)

hpro = NuKedp

Tp[O] = To for(i = 0 t = O Tp[i] lt 1600 t += diacute i++)

gc = KochPp[02]exp(-E(RTp[iD) for(j = O Cpc = Oj lt 7j++)

Cpc += ooeflj]pow(Tp[j]-Toj) Cpc = 7205

derivs(t Tp+i dTp+i) rk4(Tp+i dTp+i 1 1 dt Tp+i+ 1)

for(j = 1 dCpc = Oj lt= 6j++)

dCpc += coeflj]jpow(Tp[i]-To j-l) dCpc = 7205

dgc = KochPp[02](ERlpow(R Tp[i] 2))xP(-FJ(RTp[iD)dTp[i]

d2Tp[i] = 6dpdenCCpc(gc(CpcdTp[i] + dCpcTp[iD + CpcTp[i]dgc

132

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

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delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

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Page 37: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

+ Qcdgc - hprodTp[i] - 4sigmaepsrpow(Tp[i]3)dTp[i] shydp-denCdCpcdTp[i]6)

void CIgnicionDocrk4(float yfloat dydxint ~float x float hfloat yout)

int i float xlI hh h6 dyrn dyt yt

dyrn = new float[n] dyt = new float[nJ yt = new float[n]

hb = bO5~

h6 =hlhO xh=x + hh

frw-1=O- 1lt11 1++)Vl

yt[i] = y[i] + hhdydx[i] len dydx estan los kI

derivS(xlIytdyt) lcalcula los k2 y los guarda en dyt

for(i=O iltn i++) ytli] = YliJ+hhdytliJ

derivs(xh~dym) Lcalcula 1m 13 y 108 guardaen dtm

for(i=O iltn i++)

ytliacute1 = y[iacute]+hdyrnliacute1 dyrn[i] += dyt[i] lsuma k2 y k3 en dyrn

for(iacute=O iltn i++)

yout[j] = y[j]+h6-( dydx[j]+dyt[j]+ 20-dym[j])

133

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

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Page 38: Nf 6. O · 0.961.041.121.201.281.36 Tiempo de quemado (s) Figura 28. Carbón San Fernando, Nf =6, dp =2 mm, Tb =1073 K, Tpi = 769.97 K, t = 0.85 s. (al Perfil de temperatura. (bl

delete[] yt~

delete[] dyt~

delete[] dym

void CIgnicionDocderivs(float t float T float dT)

float Tp = T

dT = 6dpdenC(gcTp + QcgclCpe - hpro(Tp-lb)lepe shysigmaepsr(pow(Tp4)-pow(Th4))Cpc )

UNIVERSIDA D NACIONAL ~ LQQb-

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