Efecto de la disposición de las toberas en la formación de depósitos primarios y secundarios en impactores inerciales multi-tobera

  1. GARCIA RUIZ, MARIA ESTIBALIZ
Supervised by:
  1. Francisco Javier Romay Novas Director

Defence university: Universidad del País Vasco - Euskal Herriko Unibertsitatea

Fecha de defensa: 12 December 2013

Committee:
  1. Juan Andrés Legarreta Fernández Chair
  2. Lucio Alonso Alonso Secretary
  3. Jesús Javier Rodríguez Maroto Committee member
  4. Xavier Querol Carceller Committee member
  5. Francisco Javier Gómez Moreno Committee member

Type: Thesis

Teseo: 116442 DIALNET

Abstract

Los criterios de diseño para impactores inerciales se han desarrollado principalmente en base a impactores de tobera única mientras que prolifera el diseño y uso de impactores multi-tobera. Para el diseño de éstos últimos se asume que se comportan como un conjunto de toberas individuales. En base a ello, el objetivo principal de esta tesis fue el de analizar y cuantificar el efecto de la interacción entre chorros sobre la curva de eficacia de impactores multi-tobera, en función de la distancia entre toberas, y prestando especial consideración a la formación de depósitos secundarios, habitualmente observados en la separación de partículas en un impactor. Este objetivo se abordó experimental y numéricamente. En el primer caso, mediante la determinación de la eficacia de separación por cada tipo de depósito: primario, líneas rectas, halo y pérdidas en placa de toberas, partiendo de la generación de un aerosol líquido monodisperso y muestreando el mismo en un impactor de placas de tres toberas en triángulo equilátero distanciadas 2,5W; 4W; 6W y 8W con un S/W=1 y un rango de Re entre 465-2210. Se demostró que la interacción entre chorros se materializaba en cuatro efectos diferenciados: 1) la formación de un depósito primario adelantado, causado por la desviación del chorro en los casos en los que éstos se encuentran lo suficientemente próximos, que disminuye la ÖStk50 y genera una cola a bajas eficacias; 2) la generación de un depósito en forma de líneas rectas, formado en la zona de estancamiento entre chorros de la placa de impacto, responsable de generar una cola a bajas eficacias;3) la formación de un depósito en placa de toberas que se forma en las áreas de estancamiento en la parte inferior de la placa de toberas, normalmente asignado a perdidas que es necesario minimizar y 4) en la dispersión del halo. La formación del halo no depende de la existencia de múltiples toberas y la explicación de su formación debe tener en cuenta tanto efectos inerciales como gravitacionales y el balance entre los mismos. A Reynolds 465 el halo se forma principalmente por sedimentación y su efecto es severo tanto en la disminución de la ÖStk50 como de la pendiente de la curva de eficacia. A Reynolds 1380 y 2210, el halo se forma por separación inercial de las partículas al no seguir la separación de flujo de la placa de impacto y depositándose por gravedad, su efecto es aceptable a 1/Fr»10-4. Todos los efectos analizados subestiman la fracción fina en el muestro con impactores en cascada, generan colas a bajas eficacias, desplazan la ÖStk50 hacia ÖStk menores y suavizan la pendiente de la curva de eficacia, lo que en alguna medida, pudiera explicar las discrepancias encontradas hasta la fecha entre calibraciones experimentales y la teoría de diseño de Marple, 70; Rader, 1985. Se validaron los modelos numéricos para los impactores y rango de operación experimental, ya que se obtuvo un buen ajuste entre resultados experimentales y numéricos. La simulación fue realizada en base al modelo de Menter, 1994, SST k-¿ y tuvo en cuenta para la determinación de las trayectorias de partículas: un CD corregido, gravedad, dispersión turbulenta y el factor de Cunningham. El código CFD cumplió su objetivo de explicar y analizar la formación y el efecto de los diferentes depósitos sobre la curva de eficacia de separación, en un dominio computacional 3D multi-tobera.