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Análisis estadístico de los parámetros de burbuja de un modelo de columna de burbujas con y sin flujo contracorriente

Autores: Kováts, P.; Zähringer, K.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Análisis estadístico de los parámetros de burbuja de un modelo de columna de burbujas con y sin flujo contracorriente


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Columnas de burbujas
Procesos industriales
Simulaciones numéricas
Datos experimentales
Imagen de sombra
Velocimetría de imágenes de partículas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las columnas de burbujas se utilizan ampliamente en numerosos procesos industriales debido a sus ventajas en operación, diseño y mantenimiento en comparación con otros tipos de reactores multifásicos. En contraste con su diseño simple, las condiciones de flujo generadas dentro de un reactor de columna de burbujas son bastante complejas, especialmente en modo continuo con flujo de líquido en contracorriente. Para el diseño y la optimización de tales reactores, se necesitan simulaciones numéricas y modelado precisos. Estas simulaciones y modelos deben ser validados con datos experimentales. Por esta razón, se llevaron a cabo experimentos en una columna de burbujas a escala de laboratorio utilizando técnicas de imagen de sombra y velocimetría de imágenes de partículas (PIV) con y sin flujo de líquido en contracorriente. En los experimentos, se utilizaron dos tipos de gases: aire relativamente poco soluble y CO2 bien soluble, y las burbujas se generaron con tres diámetros capilares diferentes. Con el cambio de tasas de flujo de gas y líquido, en total se investigaron 108 condiciones de flujo diferentes. Además de los campos de flujo de líquido capturados por PIV, los datos de imagen de sombra también se evaluaron estadísticamente en el volumen de medición y se analizaron parámetros de burbujas como el diámetro de la burbuja, la velocidad, la relación de aspecto, la dirección del movimiento de la burbuja y la inclinación. La velocidad de deslizamiento de la burbuja se calculó a partir de las velocidades de líquido y burbuja medidas. El análisis de estos parámetros muestra que el flujo de líquido en contracorriente tiene una influencia notable en los parámetros de la burbuja, especialmente en la velocidad de la burbuja y la dirección del movimiento. En el caso de las burbujas de CO2, se observó una notable contracción de las burbujas con el flujo de líquido en contracorriente debido al aumento de la transferencia de masa. Los resultados obtenidos para la relación de aspecto de las burbujas se comparan con correlaciones conocidas de la literatura. Los datos de burbujas completos y extensos obtenidos en este estudio se utilizarán ahora como fuente para el desarrollo de correlaciones necesarias en la validación de simulaciones y modelos numéricos. Los datos están disponibles de los autores a solicitud.

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