Uso de Dinámica de Fluidos Computacional para Determinar los Parámetros de Ruptura de las Gotas de Aceite durante la Atomización de Emulsiones con Boquillas de Remolino por Presión
Autores: Ballesteros Martínez, Miguel Ángel; Gaukel, Volker
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Uso de Dinámica de Fluidos Computacional para Determinar los Parámetros de Ruptura de las Gotas de Aceite durante la Atomización de Emulsiones con Boquillas de Remolino por Presión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Amplia gama
Productos en polvo comerciales
Emulsiones secadas por pulverización
Tamaño de las gotas de aceite
Mecánica de fluidos
Boquillas de remolino de presión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Una amplia gama de productos comerciales en polvo se fabrican mediante el secado por pulverización de emulsiones. Algunas propiedades del producto dependen del tamaño de las gotas de aceite, que puede verse afectado por la mecánica de fluidos dentro de la boquilla de pulverización. Sin embargo, la mayoría de los parámetros clave de flujo dentro de las boquillas son difíciles de medir experimentalmente, y las estimaciones teóricas presentan desviaciones a altas tasas de cizallamiento y viscosidades. Por lo tanto, el propósito de este estudio fue desarrollar un modelo computacional que pudiera representar el flujo multifásico en boquillas de remolino a presión y que pudiera determinar las tensiones de deformación y los tiempos de residencia que experimentan las gotas de aceite. El flujo multifásico se modeló utilizando el método de Volumen de Fluido bajo un régimen laminar. El modelo fue validado con datos experimentales utilizando las condiciones de operación y el ángulo de pulverización. Se encontró que las tensiones de cizallamiento calculadas numéricamente proporcionaban una mejor predicción del tamaño final de las gotas de aceite que las estimaciones teóricas anteriores. También se propuso un mecanismo de ruptura en dos etapas dentro de la boquilla. Además, algunas de las suposiciones utilizadas en las estimaciones teóricas no pudieron ser confirmadas para las boquillas investigadas: no se desarrolló un núcleo de aire completo dentro de la boquilla durante la atomización, y la tensión de cizallamiento en la salida de la boquilla no es la única tensión que puede afectar el tamaño de las gotas de aceite. Las tensiones de elongación no pueden ser ignoradas en todos los casos.
Descripción
Una amplia gama de productos comerciales en polvo se fabrican mediante el secado por pulverización de emulsiones. Algunas propiedades del producto dependen del tamaño de las gotas de aceite, que puede verse afectado por la mecánica de fluidos dentro de la boquilla de pulverización. Sin embargo, la mayoría de los parámetros clave de flujo dentro de las boquillas son difíciles de medir experimentalmente, y las estimaciones teóricas presentan desviaciones a altas tasas de cizallamiento y viscosidades. Por lo tanto, el propósito de este estudio fue desarrollar un modelo computacional que pudiera representar el flujo multifásico en boquillas de remolino a presión y que pudiera determinar las tensiones de deformación y los tiempos de residencia que experimentan las gotas de aceite. El flujo multifásico se modeló utilizando el método de Volumen de Fluido bajo un régimen laminar. El modelo fue validado con datos experimentales utilizando las condiciones de operación y el ángulo de pulverización. Se encontró que las tensiones de cizallamiento calculadas numéricamente proporcionaban una mejor predicción del tamaño final de las gotas de aceite que las estimaciones teóricas anteriores. También se propuso un mecanismo de ruptura en dos etapas dentro de la boquilla. Además, algunas de las suposiciones utilizadas en las estimaciones teóricas no pudieron ser confirmadas para las boquillas investigadas: no se desarrolló un núcleo de aire completo dentro de la boquilla durante la atomización, y la tensión de cizallamiento en la salida de la boquilla no es la única tensión que puede afectar el tamaño de las gotas de aceite. Las tensiones de elongación no pueden ser ignoradas en todos los casos.