Diseño de un atomizador de presión en espiral dúplex criogénico a través de CFD para la conservación en frío de productos marinos
Autores: Ayala, Eduardo; Rivera, Diego; Ronceros, Julio; Vinces, Nikolai; Ronceros, Gustavo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño de un atomizador de presión en espiral dúplex criogénico a través de CFD para la conservación en frío de productos marinos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Diseño
Atomizador bi-centrifugal
Fluidos
Interacción
Intercambio de calor
Conservación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El siguiente artículo propone el diseño de un atomizador bi-centrifugal que permite la interacción de aerosoles de dos fluidos (agua y nitrógeno líquido). El nitrógeno líquido (LN2) está por debajo de -195.8 grados C, una temperatura lo suficientemente baja para que el nitrógeno, al entrar en contacto con el agua atomizada, cause pérdida de calor y la lleve a su punto de congelación. El objetivo es convertir las gotas de agua presentes en el aerosol en hielo. Al caer, las partículas de hielo pueden dispersarse, cubriendo la mayor área posible de los productos del mar destinados a la conservación en frío. Todos estos fenómenos relacionados con la interacción de dos fluidos y el intercambio de calor se deben al atomizador bi-centrifugal, que posiciona los dos atomizadores centrífugos de manera concéntrica, resultando en la inevitable colisión de los dos aerosoles. Cada uno de estos atomizadores será diseñado utilizando un modelo matemático y herramientas de CFD. Estas últimas proporcionarán un mejor estudio del comportamiento del flujo de ambos fluidos dentro y fuera del atomizador bi-centrifugal. Por lo tanto, el objetivo gira en torno a confirmar la validez del modelo matemático a través de una comparación con datos de simulación numérica. Esta comparación establece una fuerte correlación (con una variación máxima del 1.94% para el atomizador de agua y del 10% para el atomizador de LN2), asegurando así especificaciones de fabricación precisas para los atomizadores. Es importante destacar que, para lograr una resolución y comprensión mejoradas del fluido tanto dentro como fuera del atomizador dúplex, se utilizaron dos tipos de mallas, asegurando la utilización de la opción óptima. De manera similar, las mallas mencionadas se generaron utilizando dos plataformas de software distintas, a saber, ANSYS Meshing (malla tetraédrica) y ANSYS ICEM (malla hexaédrica), para facilitar un análisis comparativo de la calidad de la malla obtenida. Esta comprensión facilitó la observación de la temperatura del agua durante su interacción con el nitrógeno líquido, asegurando en última instancia la congelación de las gotas de agua en la salida del atomizador. Este objetivo se alinea perfectamente con la meta principal de este estudio, que gira en torno a la conservación de productos del mar a través de técnicas de frío. Este atributo particular tiene potencial para diversas aplicaciones, incluidos los procesos de enfriamiento para productos alimenticios.
Descripción
El siguiente artículo propone el diseño de un atomizador bi-centrifugal que permite la interacción de aerosoles de dos fluidos (agua y nitrógeno líquido). El nitrógeno líquido (LN2) está por debajo de -195.8 grados C, una temperatura lo suficientemente baja para que el nitrógeno, al entrar en contacto con el agua atomizada, cause pérdida de calor y la lleve a su punto de congelación. El objetivo es convertir las gotas de agua presentes en el aerosol en hielo. Al caer, las partículas de hielo pueden dispersarse, cubriendo la mayor área posible de los productos del mar destinados a la conservación en frío. Todos estos fenómenos relacionados con la interacción de dos fluidos y el intercambio de calor se deben al atomizador bi-centrifugal, que posiciona los dos atomizadores centrífugos de manera concéntrica, resultando en la inevitable colisión de los dos aerosoles. Cada uno de estos atomizadores será diseñado utilizando un modelo matemático y herramientas de CFD. Estas últimas proporcionarán un mejor estudio del comportamiento del flujo de ambos fluidos dentro y fuera del atomizador bi-centrifugal. Por lo tanto, el objetivo gira en torno a confirmar la validez del modelo matemático a través de una comparación con datos de simulación numérica. Esta comparación establece una fuerte correlación (con una variación máxima del 1.94% para el atomizador de agua y del 10% para el atomizador de LN2), asegurando así especificaciones de fabricación precisas para los atomizadores. Es importante destacar que, para lograr una resolución y comprensión mejoradas del fluido tanto dentro como fuera del atomizador dúplex, se utilizaron dos tipos de mallas, asegurando la utilización de la opción óptima. De manera similar, las mallas mencionadas se generaron utilizando dos plataformas de software distintas, a saber, ANSYS Meshing (malla tetraédrica) y ANSYS ICEM (malla hexaédrica), para facilitar un análisis comparativo de la calidad de la malla obtenida. Esta comprensión facilitó la observación de la temperatura del agua durante su interacción con el nitrógeno líquido, asegurando en última instancia la congelación de las gotas de agua en la salida del atomizador. Este objetivo se alinea perfectamente con la meta principal de este estudio, que gira en torno a la conservación de productos del mar a través de técnicas de frío. Este atributo particular tiene potencial para diversas aplicaciones, incluidos los procesos de enfriamiento para productos alimenticios.