Nebulizarea

Jet de lichid obținut prin nebulizare.

Nebulizarea (uneori denumită în mod necorespunzător „atomizare” ^[1] ) este reducerea unui lichid în părți foarte mici (picături), ^[1] care se obține de exemplu prin coliziunea lichidului cu un jet de aer la viteză mare sau forțarea lichidului să treacă printr-un orificiu având o secțiune de trecere foarte îngustă. ^{[2] Cu} cât secțiunea de trecere a orificiului este mai îngustă, cu atât este mai mare presiunea la care este supus lichidul.

Există, de asemenea , atomizoare electrostatice și ultrasonice, ^[1] care, cu toate acestea, sunt asociate cu foarte mici debit rate, ^[1] , astfel încât acestea sunt retrogradate la aplicatii de nisa. ^[1]

Descrierea termodinamică a procesului

Formarea picăturilor

Se presupune că procesul termodinamic de nebulizare are loc într-o manieră adiabatică (adică fără a face schimb de energie cu mediul înconjurător ).

Procesul de nebulizare nu trebuie confundat cu cel al umidificării : de fapt în procesul de nebulizare lichidul în cauză (în general apa ) nu își schimbă imediat starea de agregare, adică nu trece instantaneu la starea de vapori, ci mai întâi dintre toate există o creștere a zonei interfaciale care separă lichidul de faza gazoasă. Deși în procesul de nebulizare picăturile pot fi foarte mici, ele au totuși dimensiuni macroscopice, adică starea lor de agregare este lichidă, nu gazoasă. Dimpotrivă, în timpul procesului de umidificare lichidul suferă o schimbare de fază (de la lichid la gaz). Deși tratamentul teoretic al celor două procese este distinct, în practică cele două procese pot avea loc în ordine, astfel încât efectele lor se adună.

Procesul de nebulizare implică o creștere a coeficientului de schimb de căldură între apă și aer, datorită faptului că interfața dintre cele două faze este mai mare cu cât diametrul picăturilor de lichid este mai mic.

Evaporarea lichidului

Odată ce picăturile s-au format, poate avea loc un proces de răcire, datorită evaporării lichidului.

Căldură latentă de evaporare

Procesul termodinamic subiacent este o transformare adiabatică a sistemului, prin care energia totală a sistemului nu se schimbă, ci este doar transformată. Practic, o parte din energia prezentă sub formă de căldură (numită căldură latentă de vaporizare) este utilizată pentru a face apa atomizată să treacă sub formă de gaz. La energia scăzută din căldura latentă este necesar să adăugăm aceea care provine din căldura sensibilă sau căldura specifică , care este în general mult mai mică. De exemplu, pentru a evapora un litru de apă la o temperatură de 20 ° C și presiune atmosferică, va fi nevoie de o cantitate de energie egală cu suma căldurii latente și a căldurii sensibile:

C_{l}=2272kJ

{\ displaystyle C_ {l} = 2272kJ}

{\ displaystyle C_ {l} = 2272kJ}

C_{s}=4,186\cdot \;\triangle \;T=4,186\cdot \;80=334,8kJ

{\ displaystyle C_ {s} = 4.186 \ cdot \; \ triangle \; T = 4.186 \ cdot \; 80 = 334,8kJ}

{\ displaystyle C_ {s} = 4.186 \ cdot \; \ triangle \; T = 4.186 \ cdot \; 80 = 334,8kJ}

C_{t}=C_{s}+C_{l}=2606,8kJ

{\ displaystyle C_ {t} = C_ {s} + C_ {l} = 2606,8kJ}

{\ displaystyle C_ {t} = C_ {s} + C_ {l} = 2606,8kJ}

După cum se poate observa, chiar dacă apa este rece, cea mai mare parte a contribuției la răcire este dată de evaporare (termen $C_{l}$ ${\ displaystyle C_ {l}}$ $C_ {l}$ )

Rezultatul transformării este o scădere a temperaturii: de fapt pe diagrama psihrometrică este o transformare care are loc de-a lungul liniei de răcire adiabatică.

Când creșterea umidității relative, datorită vaporizării apei, nu prezintă niciun interes (de exemplu răcirea în industria proceselor), este suficient să se evite saturația mediului prin reglarea cu un higrostat sau sisteme similare.

Pe de altă parte, atunci când este necesar să se răcească în prezența animalelor sau a oamenilor, atunci este necesar să se echilibreze corect temperatura și umiditatea, altfel există riscul de a nu reduce sau chiar crește indicele de căldură . Din acest motiv, este important să se utilizeze sisteme capabile să moduleze cantitatea de apă nebulizată (și, prin urmare, transformarea pe diagrama psihrometrică) pe indicele de căldură sau pe alte funcții similare de umiditate și temperatură. Există studii care leagă condițiile de bunăstare ale ființelor vii de indicele de căldură și de valorile umidității și temperaturii în general.

Efectul diametrului picăturii

Rata de evaporare este invers proporțională cu diametrul picăturii, conform următoarei formule, care exprimă suprafața schimbătoare de căldură în funcție de diametrul picăturii, pe unitate de volum:

{\frac {A}{V}}={\frac {3}{r}}

{\ displaystyle {\ frac {A} {V}} = {\ frac {3} {r}}}

{\ displaystyle {\ frac {A} {V}} = {\ frac {3} {r}}}

Rezultă că reducerea diametrului chiar crește ușor suprafața, mai ales atunci când diametrul picăturii devine foarte mic ca în cazul nebulizării. Dacă luăm în considerare, de exemplu, o ceață cu o rază medie de 10 µm, vedem că volumul și suprafața unei picături sunt:

V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}={\frac {4}{3}}\pi 0.0001^{3}=4,188\cdot \;10^{-15}m^{3}

{\ displaystyle V = {\ frac {4} {3}} \ pi r ^ {3} = {\ frac {4} {3}} \ pi 0.0001 ^ {3} = 4.188 \ cdot \; 10 ^ {- 15} m ^ {3}}

{\ displaystyle V = {\ frac {4} {3}} \ pi r ^ {3} = {\ frac {4} {3}} \ pi 0.0001 ^ {3} = 4.188 \ cdot \; 10 ^ {- 15} m ^ {3}}

A=4\pi r^{2}=1,256\cdot \;10^{-9}m^{2}

{\ displaystyle A = 4 \ pi r ^ {2} = 1.256 \ cdot \; 10 ^ {- 9} m ^ {2}}

{\ displaystyle A = 4 \ pi r ^ {2} = 1.256 \ cdot \; 10 ^ {- 9} m ^ {2}}

Prin urmare, pentru a atomiza 1L de apă în picături cu o rază de 10 µm aveți nevoie: $n={\frac {1}{1000V}}$ ${\ displaystyle n = {\ frac {1} {1000V}}}$ ${\ displaystyle n = {\ frac {1} {1000V}}}$

adică peste 238 de miliarde de picături, ceea ce corespunde cu aproape 300 $m^{2}$ ${\ displaystyle m ^ {2}}$ ${\ displaystyle m ^ {2}}$ a suprafeței de schimb de căldură, ceea ce face ca procesul de evaporare să fie extrem de rapid (evaporarea cu bliț).

Procesul de nebulizare are loc prin frecare cu aerul. Din acest motiv, viteza cu care apa intră în contact cu aerul este foarte importantă. Această viteză se realizează prin trecerea prin orificiile microscopice ale duzelor de atomizare. Deoarece diametrul orificiilor de trecere este limitat în jos de tehnologiile de foraj disponibile în prezent, pentru a crește viteza apei este necesar să creșteți presiunea în amonte de duză cât mai mult posibil Cu cât este mai mare presiunea, cu atât este mai mare viteza de trecere, cu cât diametrul picăturii este mai mic.

Sănătatea nebulizării în prezența ființelor vii

Un aspect care nu trebuie trecut cu vederea în procesele de nebulizare este prezența și formarea de sarcini bacteriene în apa care stagnează în linie, în special în secțiuni ale liniei expuse aerului atmosferic, cum ar fi vasele de expansiune, rezervoarele de recirculare, rezervoarele de aducție. Pentru a depăși această problemă este necesar să se reducă sau să se elimine prezența unor astfel de vase și să se efectueze tratamente periodice cu dezinfectanți prin dozarea substanțelor chimice dezinfectante active pe bacterii precum legionella . Această problemă a fost citată de ziarele naționale ^[3], cu un accent deosebit în locurile aglomerate, deoarece legionela reprezintă un risc biologic important (poate provoca și moartea).

Angajamente

Același subiect în detaliu: duza pulverizatorului , injectorul și atomizatorul .

Procesul de atomizare este utilizat în injectoare sau carburatoare pentru motoarele de automobile , motociclete , camioane și, în general, pentru motoarele auto, navale sau în jeturile de combustibil din arzătoarele cazanelor .

La unele cazane de dimensiuni și putere ridicate, lichidul este amestecat cu aburul pentru a-și îmbunătăți nebulizarea și a-i crește temperatura , îmbunătățind eficiența termodinamică .

Nebulizarea este utilizată și pentru răcirea mediilor exterioare; utilizarea apei nebulizate introduse în aer produce o reducere a căldurii prin creșterea umidității, captarea mirosurilor, eliminarea prafului și respingerea insectelor. Acest sistem se numește „aer condiționat pentru medii exterioare”. Nebulizarea este utilizată, în ceea ce privește tratarea atmosferei, pentru micronizarea compușilor lichizi activi, în plus față de apa capabilă să igienizeze aerul încăperilor - de dimensiuni mai mult sau mai puțin mari - și, de asemenea, pentru amplasamentele mari, cum ar fi depozitele de deșeuri. Prin salubrizare înțelegem reducerea poluării olfactive, îndepărtarea insectelor, reducerea răspândirii agenților bacterieni și a alergenilor prin aer. Igienizarea aerului în mediile publice care se obține datorită procesului de nebulizare a compușilor dezinfectanți lichizi permite reducerea răspândirii bolilor bacteriene precum gripa și alergiile sezoniere prin reducerea cantității de alergeni din aer.

Tehnica de ceață poate fi utilizată și în sistemele de stingere a incendiilor . O tehnică recentă de distribuție a apei nebulizate se numește ceață de apă ; ^[4] ^[5] acest tip de sistem de apă combină caracteristica de stingere a apei cu capacitatea de a pătrunde în gaze fără a pune în pericol siguranța mediului și a persoanelor prezente.

În plus, această tehnică este utilizată în domeniul restaurării arhitecturale, în ceea ce privește curățarea materialelor de construcție de depuneri superficiale și cruste.