Análisis de los vórtices taylor-couette en un reactor tubular para la desinfección de agua mediante luz ultravioleta

MARIA LIDIA PALACIOS CONTRERAS

RESUMEN En el presente trabajo, se diseñó y construyó un reactor tipo Taylor- Couette acoplado con una lámpara de luz UV que se ubicó dentro del diámetro del cilindro giratorio (cilindro interno) y se probó en un proceso de desinfección de agua. Durante el análisis experimental se evaluó el efecto de la velocidad angular en la formación de vórtices toroidales rotatorios y su impacto en la cinética de la inactivación microbiana UV y se desarrolló un modelo cinético simple para predecir el comportamiento de supervivencia de la bacteria Escherichia coli (E. coli) durante el proceso de desinfección de agua por luz UV en el reactor tipo Taylor-Couette. El modelo incluye un análisis numérico de los vórtices toroidales rotatorios desarrollados dentro del espacio anular de los dos cilindros coaxiales utilizando el modelo viscoso k-épsilon RNG. La evaluación por CFD se utilizó como análisis previo en la determinación de los parámetros óptimos de operación del reactor para la etapa experimental. Los resultados experimentales muestran que la inactivación microbiana sigue una ecuación cinética aparente de primer orden entre 300 y 2000 rpm. Por lo tanto, en este rango de velocidades angulares, se obtuvo un conjunto de valores k para una concentración dada de bacterias. Luego, el conjunto de valores k se correlacionó con el rango de velocidades angulares aplicadas usando una ecuación polinómica. A partir de esta ecuación, se pudo obtener un valor de k para una velocidad angular desconocida. Por lo tanto, se puede obtener una curva de simulación de inactivación microbiana a partir de la ecuación cinética de primer orden. La eficiencia de la eliminación de bacterias mejora dependiendo de la velocidad angular aplicada, también se observó una buena relación entre la simulación del comportamiento de supervivencia de los microorganismos sometidos a desinfección UV con los datos experimentales.

ABSTRACT In the present work, a Taylor-Couette-type reactor coupled with a UV light lamp that was located within the diameter of the rotating cylinder (internal cylinder) was designed and built and tested in a water disinfection process. During the experimental analysis, the effect of angular velocity on the formation of rotary toroidal vortices and their impact on the kinetics of UV microbial inactivation was evaluated and a simple kinetic model was found to predict the survival behavior of Escherichia coli bacteria (E coli) during the process of disinfection of water by UV light in the Taylor-Couette reactor. The model includes a numerical analysis of the rotating toroidal vortices developed within the annular space of the two coaxial cylinders using the RNG k-epsilon viscous model. The evaluation by CFD is found as a previous analysis in the determination of the optimum operating parameters of the reactor for the experimental stage. Experimental results show that microbial inactivation follows an apparent first order kinetic equation between 300 and 2000 rpm. Therefore, in this range of angular velocities, a set of k values was obtained for a given concentration of bacteria. Then, the set of values k was correlated with the range of angular velocities applied using a polynomial equation. From this equation, a value of k could be obtained for an unknown angular velocity. Therefore, a simulation curve of microbial inactivation can be obtained from the first order kinetic equation. The efficiency of the elimination of bacteria improves depending on the angular velocity applied, a good relationship was also observed between the simulation of the survival behavior of the microorganisms subjected to UV disinfection with the experimental data

Tipo de documento: Tesis de doctorado

Formato: Adobe PDF

Audiencia: Investigadores

Idioma: Español

Área de conocimiento: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Campo disciplinar: CIENCIAS TECNOLÓGICAS

Nivel de acceso: Acceso Abierto