Hispanopedia WikiPatternation is the specialized technical art of performing quantitative measurements of specific properties of particles within a spray and visualizing the patterns of this specific property within the spray. In order to understand patternation, we need to consider the role sprays play in our daily lives.[1]
Uses of sprays
Sprays have a number of uses. In its natural form, sprays appear in waterfall mists, rains and ocean sprays, according to Arthur Lefebvre, in his book, Atomization and Sprays.[2]
Within the household sphere, sprays are used in showers, garden hoses, spray paint cans, hair spray, deodorant sprays and more. Industrial uses of sprays include spray drying, coating, washing, and irrigating.
Sprays are also used in many internal combustion engines to directly disperse the fuel into the combustion chamber and mix it with air so that either spontaneously ignite under high pressure and temperatures or they can be ignited using spark plugs.[2]
Understanding the importance of spray patternation
Patternation of sprays is important in a variety of applications including IC engines, turbines, spray coating, spray drying, agriculture, and consumer products. For example, asymmetries in patternation directly affect surface finish quality during painting and poor product quality during spray drying.[3] Similarly, in gas turbines, variation in the spray pattern leads to fuel lean and fuel rich pockets resulting in excessive turbine wear and increased particulate emission.[4]
For metered-dose inhalers, the pattern of the spray is very important to ensure that the maximum amount of the drug goes through the throat passageways into the lungs.[5] In agricultural nozzles the pattern of the spray is important so as to optimize the delivery of pesticides and fertilizers to the plants. Spray drying requires that the droplet sizes be closely controlled. In general, increasing the total drop surface area within the dryer will lead to higher evaporation rates and greater efficiency for the process.[6] Similarly, pharmaceutical tablets owe their thin film surface coating to an atomizer produced spray that needs to be perfect. The coating not only masks taste but also performs key functions such as sealing the tablet from moisture to improve shelf life, controlling drug release rates to get slow and extended release tablets.[7]
How scientists study spray patterns
Los patrones de pulverización se estudian mediante herramientas de diagnóstico conocidas como patrones. Un patrón cuantifica la ubicación espacial de las gotas emitidas por un pulverizador y visualiza los patrones de pulverización. Existen diferentes tipos de patrones, mecánicos y ópticos .
Modeladores mecánicos
Los modeladores mecánicos se denominan modeladores intrusivos.
Por lo general, recogen el flujo de masa de líquido en pequeños recipientes [8] o rocían color sobre papeles para observar el patrón [9] que luego se pesan para proporcionar información local. Los patrones mecánicos no son muy precisos y sufren una serie de errores sistemáticos y aleatorios [10]. Además, interfieren con el patrón de rociado en sí y, por lo general, no son adecuados para obtener datos precisos sobre los patrones de rociado.
Patrones ópticos
Para evitar errores en el modelado mecánico, se acepta generalmente que la técnica de modelado debe ser óptica.
Los modeladores ópticos proporcionan la distribución de las áreas superficiales de las gotas en lugar del flujo de masa. En muchos casos, esto es ventajoso ya que todos los fenómenos de transferencia local, como la masa, el momento, la energía y las especies, son directamente proporcionales a la densidad del área superficial de las gotas en la pulverización. [11] Hay tres tipos principales de modeladores ópticos: (a) los que utilizan láminas láser, (b) los que utilizan fluorescencia inducida por láser líquido planar y (c) los que utilizan tomografía de extinción láser.
Usando una hoja láser
El primero se basa en utilizar una lámina láser para iluminar un plano ortogonal a la dirección de pulverización o a lo largo de la dirección de pulverización y capturar la imagen de la luz dispersada utilizando una cámara fuera del eje. [12] Se supone que la intensidad dispersada es proporcional a la densidad del área de la superficie de la gota local.
Uso de fluorescencia inducida por láser líquido planar
Un segundo tipo de modeladores se basa en el uso de fluorescencia inducida por láser líquido planar. El líquido se mezcla con algún material fluorescente y se ilumina con una lámina láser de alta potencia. La imagen de fluorescencia resultante se captura y se analiza para proporcionar las concentraciones de masa locales dentro del aerosol. [13]
Ambos métodos tienen errores significativos debido a la extinción del láser, la atenuación de la señal y la emisión secundaria [14].
Utilizando tomografía de extinción láser
El tercer conjunto de patrones ópticos se basa en la extinción láser [15] o tomografía de extinción láser. [16]
El sistema de tomografía por extinción láser proporciona la densidad de superficie local de las gotas (número de gotas por unidad de volumen en un lugar específico multiplicado por la superficie de las gotas). Esta cantidad es directamente proporcional a la evaporación de las gotas y es muy importante en aplicaciones que involucran combustión y secado por aspersión.
La imagen muestra los resultados de la prueba de un inyector directo de gasolina (GDI) con un patrón óptico basado en la tomografía de extinción. Este patrón óptico se puede utilizar para analizar aerosoles muy densos. [17]
Referencias
- ^ Prociw, Lev Alexander., Shafique, Harris. y Fiset, Patrice. (2007). Método de cálculo de parámetros de pulverización a partir de patrones ópticos. US 2007/0242871 A1. [1] [ enlace muerto ]
- ^ ab Lefebvre, Arthur, H. (1989) Atomización y pulverizaciones, NY: Taylor & Francis.
- ^ Ullom, MJ y Sojka, PE (2001). "Un patrón óptico simple para evaluar la simetría de la pulverización", Review of Scientific Instruments, vol. 72, págs. 2472-2477.
- ^ AH Lefebvre y J. Ortman. "Distribuciones de combustible de atomizadores de remolino de presión", Journal of Propulsion and Power, vol. 1, n.º 1 (1985), págs. 11-15. doi: 10.2514/3.22752
- ^ Smyth, H., Hickey, AJ, Brace, G., Barbour, T., Gallion, J. y Grove, J. (2006). Drug Dev. Ind. Pharm., vol. 32, págs. 1033-1041.
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- ^ Muliadi, Ariel, R., y Sojka, Paul E. (2012). Leyes de escalamiento adimensional para controlar la uniformidad de la pulverización farmacéutica: comprensión y ampliación. Journal of Pharmaceutical Sciences, vol. 101, 2213-2219
- ^ Bayvel, L, y Orzechowski, Z. (1993). Atomización líquida, Washington DC: Taylor y Francis.
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- ^ D. Talley y J. Verdieck (1996). Actas de ILASS Americas'96~ Coen Co., San Francisco, CA, 1996, págs. 33-37
- ^ CT Brown, VG McDonell y DG Talley (2002). Contabilización de la extinción láser, la atenuación de la señal y la emisión secundaria al realizar la modelización óptica en un solo plano, Actas de ILASS Americas '00, Madison, Wisconsin, págs. 195-199.
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