Modelado matemático de sistemas anisotrópicos de múltiples fenómenos: expulsión de aerosoles primarios durante la pirólisis rápida de biomasa
Autores: Sánchez, Mario A.; Maya, Juan C.; Chejne, Farid; Pecha, Brennan; Quinchía-Figueroa, Adriana M.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelado matemático de sistemas anisotrópicos de múltiples fenómenos: expulsión de aerosoles primarios durante la pirólisis rápida de biomasa
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Estudio
Modelo de partículas
Pirólisis rápida de biomasa
Partícula cilíndrica anisotrópica
Eyección de aerosol
Dinámica de burbujeo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta un nuevo modelo de partículas para la pirólisis rápida de biomasa, que incorpora una partícula cilíndrica anisotrópica para abordar el transporte de masa y energía junto con la eyección de aerosoles, aspecto que modelos anteriores han pasado por alto. La principal contribución radica en desarrollar un modelo que considera la generación de aerosoles en partículas cilíndricas anisotrópicas por primera vez, abordando la dinámica de burbujeo y la ruptura dentro de la fase líquida. La ecuación de balance de población describe la dinámica de burbujas y la formación de aerosoles, capturando fenómenos como la nucleación, el crecimiento, la coalescencia y la ruptura. El modelo emplea el método de momentos con el volumen de burbuja como una variable interna, reduciendo sustancialmente los costos computacionales al eliminar la dependencia de esta variable. Los resultados resaltan el impacto significativo de la anisotropía y el tamaño de partícula en la eyección de aerosoles: las partículas más pequeñas y menos alargadas experimentan un calentamiento más rápido, una conversión más rápida y el aumento de la acumulación de la fase intermedia líquida. Específicamente, las partículas de 1 mm de diámetro producen concentraciones más altas de aerosoles de metaplast y bioaceite, superando el 15%, en comparación con concentraciones inferiores al 11% para partículas de 3 mm. Este modelo proporciona información sobre la estructura de los aerosoles (volumen, área superficial), ayudando a comprender la reactividad de los aerosoles a escala de reactor.
Descripción
Este estudio presenta un nuevo modelo de partículas para la pirólisis rápida de biomasa, que incorpora una partícula cilíndrica anisotrópica para abordar el transporte de masa y energía junto con la eyección de aerosoles, aspecto que modelos anteriores han pasado por alto. La principal contribución radica en desarrollar un modelo que considera la generación de aerosoles en partículas cilíndricas anisotrópicas por primera vez, abordando la dinámica de burbujeo y la ruptura dentro de la fase líquida. La ecuación de balance de población describe la dinámica de burbujas y la formación de aerosoles, capturando fenómenos como la nucleación, el crecimiento, la coalescencia y la ruptura. El modelo emplea el método de momentos con el volumen de burbuja como una variable interna, reduciendo sustancialmente los costos computacionales al eliminar la dependencia de esta variable. Los resultados resaltan el impacto significativo de la anisotropía y el tamaño de partícula en la eyección de aerosoles: las partículas más pequeñas y menos alargadas experimentan un calentamiento más rápido, una conversión más rápida y el aumento de la acumulación de la fase intermedia líquida. Específicamente, las partículas de 1 mm de diámetro producen concentraciones más altas de aerosoles de metaplast y bioaceite, superando el 15%, en comparación con concentraciones inferiores al 11% para partículas de 3 mm. Este modelo proporciona información sobre la estructura de los aerosoles (volumen, área superficial), ayudando a comprender la reactividad de los aerosoles a escala de reactor.