Modelado Matemático de la Velocidad Terminal de Partículas para el Mejoramiento del Diseño de Clarificadores, Espesadores y Dispositivos de Flotación para el Tratamiento de Aguas Residuales
Autores: Friso, Dario
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado Matemático de la Velocidad Terminal de Partículas para el Mejoramiento del Diseño de Clarificadores, Espesadores y Dispositivos de Flotación para el Tratamiento de Aguas Residuales
Categoría
Ciencias Medioambientales
Subcategoría
Desarrollo sostenible
Palabras clave
Velocidad terminal
Coeficiente de arrastre
Número de Reynolds
Número de Arquímedes
Separadores
Tratamiento de aguas residuales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
La predicción de la velocidad terminal de una sola partícula esférica es esencial para realizar un modelado matemático útil para el diseño y ajuste de separadores utilizados en el tratamiento de aguas residuales. Para partículas no esféricas y no individuales, la velocidad terminal se puede relacionar con la de esferas individuales utilizando coeficientes y la teoría de Kynch, respectivamente. Debido a que los procesos de separación pueden involucrar partículas pequeñas o grandes y pueden llevarse a cabo utilizando gravedad, como en clarificadores/espesadores, o mediante centrifugación en centrífugas donde la aceleración puede superar 10,000x, el número de Reynolds de la partícula puede ser altamente variable, oscilando entre 0.1 y 200,000. La velocidad terminal depende del coeficiente de arrastre, que a su vez depende del número de Reynolds que contiene la velocidad terminal. Por ello, para encontrar la fórmula de la velocidad terminal, es preferible buscar primero una relación entre el coeficiente de arrastre y el número de Arquímedes que no contenga la velocidad terminal. Ya existen fórmulas que expresan la relación entre el coeficiente de arrastre y el número de Arquímedes, a partir de las cuales se puede derivar la relación entre la velocidad terminal y el número de Arquímedes. Para mejorar la precisión obtenida por estas fórmulas, se desarrolló una nueva relación en este estudio, utilizando análisis dimensional, que es válida para valores del número de Reynolds entre 0.1 y 200,000. La diferencia relativa media resultante, en comparación con la curva de arrastre estándar experimental, fue solo del 1.44%. Esta fórmula se desarrolló utilizando los logaritmos de números adimensionales, y la precisión sin precedentes obtenida con este método sugirió que también se podría obtener una fórmula igualmente precisa para el coeficiente de arrastre con respecto al número de Reynolds. Nuevamente, el nivel de precisión resultante fue excepcionalmente alto, con una diferencia relativa media del 1.77% para valores del número de Reynolds entre 0.1 y 200,000.
Descripción
La predicción de la velocidad terminal de una sola partícula esférica es esencial para realizar un modelado matemático útil para el diseño y ajuste de separadores utilizados en el tratamiento de aguas residuales. Para partículas no esféricas y no individuales, la velocidad terminal se puede relacionar con la de esferas individuales utilizando coeficientes y la teoría de Kynch, respectivamente. Debido a que los procesos de separación pueden involucrar partículas pequeñas o grandes y pueden llevarse a cabo utilizando gravedad, como en clarificadores/espesadores, o mediante centrifugación en centrífugas donde la aceleración puede superar 10,000x, el número de Reynolds de la partícula puede ser altamente variable, oscilando entre 0.1 y 200,000. La velocidad terminal depende del coeficiente de arrastre, que a su vez depende del número de Reynolds que contiene la velocidad terminal. Por ello, para encontrar la fórmula de la velocidad terminal, es preferible buscar primero una relación entre el coeficiente de arrastre y el número de Arquímedes que no contenga la velocidad terminal. Ya existen fórmulas que expresan la relación entre el coeficiente de arrastre y el número de Arquímedes, a partir de las cuales se puede derivar la relación entre la velocidad terminal y el número de Arquímedes. Para mejorar la precisión obtenida por estas fórmulas, se desarrolló una nueva relación en este estudio, utilizando análisis dimensional, que es válida para valores del número de Reynolds entre 0.1 y 200,000. La diferencia relativa media resultante, en comparación con la curva de arrastre estándar experimental, fue solo del 1.44%. Esta fórmula se desarrolló utilizando los logaritmos de números adimensionales, y la precisión sin precedentes obtenida con este método sugirió que también se podría obtener una fórmula igualmente precisa para el coeficiente de arrastre con respecto al número de Reynolds. Nuevamente, el nivel de precisión resultante fue excepcionalmente alto, con una diferencia relativa media del 1.77% para valores del número de Reynolds entre 0.1 y 200,000.