Los científicos de la Universidad Politécnica de Tomsk (TPU) pudieron mejorar los métodos industriales de rociar agua mediante la creación de una descripción matemática completa de este proceso.
Según los científicos, los datos obtenidos ayudarán a mejorar las técnicas de extinción de incendios, así como una serie de procesos en la industria petroquímica. Los resultados se publicaron en la revista académica Powder Technology.
Rociar agua con diversas impurezas y su posterior evaporación es una parte importante de muchas tecnologías aplicadas en la industria petroquímica, dijeron los científicos de TPU. Sin embargo, según ellos, dichos sistemas tienen un bajo grado de eficiencia, lo que afecta el costo de producción.
Por ejemplo, en las cámaras de tratamiento térmico, donde se separan los subproductos, las gotas relativamente grandes de una solución acuosa no tienen tiempo suficiente para evaporarse durante un ciclo de operación, lo que reduce significativamente la eficiencia y aumenta el consumo de tiempo.
Como los científicos asumen que el consumo de energía y recursos se puede optimizar mediante la pulverización de líquido en condiciones especiales en las que será imposible que se formen gotas grandes. Los parámetros matemáticos exactos de dicho proceso se proporcionan en la nueva investigación realizada por los físicos de TPU.
“La trituración de gotas de líquidos, emulsiones, soluciones y suspensiones puede multiplicar el área de superficie de su evaporación. Usando este efecto junto con cambiar el diseño y la posición de los rociadores, es posible aumentar significativamente la eficiencia de una gran cantidad de sistemas, desde la extinción de incendios hasta la energía térmica usando vapor de agua ”, Pavel Strizhak, Profesor de TPU, Doctor en Física y Ciencias Matemáticas, explicó.
Los datos obtenidos, según los autores del trabajo de investigación, ayudarán a aumentar significativamente la potencia térmica de los motores de combustión y los hornos de caldera, así como a elevar la absorción de calor en los sistemas de intercambio de calor de tres a cinco veces.
A largo plazo, esto también permitirá optimizar las dimensiones de las cámaras de combustión, los dispositivos de transferencia de calor y masa y todo el conjunto de los demás elementos de los sistemas de calor y energía.
Otra área que se verá significativamente afectada por los resultados de la investigación es la industria de desarrollo de energía respetuosa con el medio ambiente, creen los científicos de TPU. Según ellos, en la actualidad se están implementando activamente los sistemas que permiten capturar productos peligrosos de combustión de hidrocarburos mediante el uso de agua y vapor de agua, evitando su liberación a la atmósfera.
“Hemos determinado el tiempo de transformación y decaimiento de las gotas bajo la acción de fuerzas aerodinámicas y por primera vez hemos encontrado los valores exactos del criterio crítico para el número de Weber y Reynolds, teniendo en cuenta la capilaridad y los números de Ohnesorge y Laplace. . Esto hace posible describir matemáticamente todo el proceso de trituración de gotas y hacer ajustes a los métodos de pulverización existentes ”, dijo Ivan Voytkov, uno de los autores de la investigación e ingeniero investigador invitado en TPU.
Según los científicos, los nuevos datos experimentales son muy precisos, ya que el aplastamiento de gotas se estudió por primera vez en la dinámica de un flujo de aire real, para lo cual se utilizó la grabación de video a una frecuencia de hasta 100.000 cuadros por segundo. También se analizaron mezclas que contienen agua de diversas composiciones utilizadas en la industria.