Presión inducida por deformación de membranas perfiladas tipo pilar y sus efectos en el flujo y la transferencia de masa
Autores: Battaglia, Giuseppe; Gurreri, Luigi; Airò Farulla, Girolama; Cipollina, Andrea; Pirrotta, Antonina; Micale, Giorgio; Ciofalo, Michele
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Presión inducida por deformación de membranas perfiladas tipo pilar y sus efectos en el flujo y la transferencia de masa
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Procesos electro-membrana
Presión transmembrana
Deformación de membranas
Simulaciones de dinámica de fluidos
Tasas de transferencia de masa
Membranas perfiladas de tipo pilar
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
En los procesos electro-membrana, puede surgir una diferencia de presión entre las soluciones que fluyen en canales alternos. Esta presión transmembrana (TMP) provoca una deformación de las membranas y de los compartimentos de fluido. Esto, a su vez, afecta las pérdidas de presión y las tasas de transferencia de masa con respecto a las condiciones no deformadas y puede resultar en una distribución desigual de la velocidad de flujo y el flujo de masa. Estos fenómenos fueron analizados aquí para membranas con perfil tipo pilar redondo mediante simulaciones integradas de mecánica y dinámica de fluidos. La análisis involucró tres pasos: (1) Se impuso un valor conservadormente grande de TMP y se realizaron simulaciones mecánicas para identificar la geometría con la densidad de pilares mínima capaz de soportar este TMP sin colapsar (es decir, sin mostrar contactos entre membranas opuestas); (2) la geometría así identificada fue sometida a condiciones de expansión y compresión en un intervalo de TMP que incluye los valores esperados en aplicaciones prácticas, y para cada TMP, se predijo la configuración deformada correspondiente; y (3) para cada configuración deformada calculada, se predijo el flujo y la transferencia de masa mediante dinámica de fluidos computacional. Se encontró que la deformación de la membrana tiene efectos importantes; los coeficientes de fricción y transferencia de masa generalmente aumentaron en los canales comprimidos y disminuyeron en los canales expandidos, mientras que se obtuvo un comportamiento más complejo para los coeficientes de transferencia de masa.
Descripción
En los procesos electro-membrana, puede surgir una diferencia de presión entre las soluciones que fluyen en canales alternos. Esta presión transmembrana (TMP) provoca una deformación de las membranas y de los compartimentos de fluido. Esto, a su vez, afecta las pérdidas de presión y las tasas de transferencia de masa con respecto a las condiciones no deformadas y puede resultar en una distribución desigual de la velocidad de flujo y el flujo de masa. Estos fenómenos fueron analizados aquí para membranas con perfil tipo pilar redondo mediante simulaciones integradas de mecánica y dinámica de fluidos. La análisis involucró tres pasos: (1) Se impuso un valor conservadormente grande de TMP y se realizaron simulaciones mecánicas para identificar la geometría con la densidad de pilares mínima capaz de soportar este TMP sin colapsar (es decir, sin mostrar contactos entre membranas opuestas); (2) la geometría así identificada fue sometida a condiciones de expansión y compresión en un intervalo de TMP que incluye los valores esperados en aplicaciones prácticas, y para cada TMP, se predijo la configuración deformada correspondiente; y (3) para cada configuración deformada calculada, se predijo el flujo y la transferencia de masa mediante dinámica de fluidos computacional. Se encontró que la deformación de la membrana tiene efectos importantes; los coeficientes de fricción y transferencia de masa generalmente aumentaron en los canales comprimidos y disminuyeron en los canales expandidos, mientras que se obtuvo un comportamiento más complejo para los coeficientes de transferencia de masa.