Congelación de soluciones acuosas cargadas de soluto: cinética de cristalización y modelo limitado por transferencia de calor y masa
Autores: Johnson, Stonewall; Hall, Christopher; Das, Sreyashi; Devireddy, Ram
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Congelación de soluciones acuosas cargadas de soluto: cinética de cristalización y modelo limitado por transferencia de calor y masa
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Estudio
Calor latente
Congelación
Solutos
Calorímetro de Barrido Diferencial
Cinética
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
Tras un estudio anterior, volvimos a examinar el calor latente de fusión durante la congelación a 5 K/min de doce soluciones acuosas pre-nucleadas con diferentes solutos utilizando un Calorímetro de Barrido Diferencial (DSC) y lo correlacionamos con la cantidad de sólidos o solutos inicialmente disueltos en la solución. En general, se observó una disminución en la liberación de calor medida por el DSC (en comparación con la del agua pura, 335 mJ/mg) con una fracción creciente de sólidos o solutos disueltos, como se observó en el estudio anterior. Además, se obtuvo también la cinética de cristalización del hielo en tres medios biológicos representativos realizando experimentos adicionales a 1, 5 y 20 K/min. Luego se desarrolló un modelo de cristalización del hielo basado en el diagrama de fases de una solución binaria de agua-NaCl y un modelo modificado de cinética tipo Avrami que se ajustó a los datos experimentales. Al mismo tiempo, se presenta un modelo de transferencia de calor y masa de la congelación de una solución salina en un recipiente pequeño para tener en cuenta el efecto de la velocidad de enfriamiento y la concentración de soluto en el calor latente de congelación medido. Este modelo de transferencia de calor y masa basado en la difusión se no dimensionalizó, se resolvió utilizando un esquema numérico y se comparó con los resultados experimentales. Los resultados de la simulación muestran que el modelo de transferencia de calor y masa puede predecir (+/- 10%) los resultados experimentales.
Descripción
Tras un estudio anterior, volvimos a examinar el calor latente de fusión durante la congelación a 5 K/min de doce soluciones acuosas pre-nucleadas con diferentes solutos utilizando un Calorímetro de Barrido Diferencial (DSC) y lo correlacionamos con la cantidad de sólidos o solutos inicialmente disueltos en la solución. En general, se observó una disminución en la liberación de calor medida por el DSC (en comparación con la del agua pura, 335 mJ/mg) con una fracción creciente de sólidos o solutos disueltos, como se observó en el estudio anterior. Además, se obtuvo también la cinética de cristalización del hielo en tres medios biológicos representativos realizando experimentos adicionales a 1, 5 y 20 K/min. Luego se desarrolló un modelo de cristalización del hielo basado en el diagrama de fases de una solución binaria de agua-NaCl y un modelo modificado de cinética tipo Avrami que se ajustó a los datos experimentales. Al mismo tiempo, se presenta un modelo de transferencia de calor y masa de la congelación de una solución salina en un recipiente pequeño para tener en cuenta el efecto de la velocidad de enfriamiento y la concentración de soluto en el calor latente de congelación medido. Este modelo de transferencia de calor y masa basado en la difusión se no dimensionalizó, se resolvió utilizando un esquema numérico y se comparó con los resultados experimentales. Los resultados de la simulación muestran que el modelo de transferencia de calor y masa puede predecir (+/- 10%) los resultados experimentales.