Modelo Analítico Aplicado al Problema de Onda Solitaria en Películas de Agua Gobernadas por Gravedad en Tuberías Verticales

Abstract

[ES] Películas de agua gobernadas por gravedad en tuberías verticales son relevantes en diversos procesos industriales asociados a intercambiadores de calor, evaporadores y reactores nucleares. La formación de ondas y el proceso de propagación de las mismas en la película influyen significativamente en la hidrodinámica del fluido y en los fenómenos de intercambio de calor y masa. Diversos grupos de pesquisa estudian este problema usando métodos experimentales, fluido dinámica computacional o modelos analíticos. Modelos analíticos para fluidos viscosos y platos semi-infinitos inclinados han sido obtenidos por algunos autores. En este trabajo presentamos un modelo analítico para películas finas de agua gobernadas por gravedad en tubos verticales. A partir de las ecuaciones de Navier-Stokes en geometría cilíndrica axis-simétrica, consideramos el balance de fuerzas en el fluido, una aproximación asintótica de onda larga, y una aproximación de primera orden para la velocidad axial, para obtener una ecuación diferencial parcial que describe el comportamiento de la interface. La ecuación de la interface es resuelta usando una estrategia numérica. El problema de onda solitaria fue resuelto para fluidos de diferentes viscosidades. Para fluidos de alta y media viscosidad el modelo ofrece resultados satisfactorios. Para fluidos de baja viscosidad, donde tenemos un problema con alto grado de rigidez, la solución numérica se muestra inestable. Los pasos futuros de esta investigación, envuelven proyectar una estrategia numérica que permita utilizar el modelo en fluidos de baja viscosidad, y la validación del mismo con resultados experimentales.