Control uniforme de la humedad de la tela para estudiar la influencia de los parámetros de impacto del aire en las características de secado de la tela
19 de agosto de 2019
Aquí se presenta un protocolo que garantiza una distribución uniforme de la humedad inicial dentro de un tejido e investiga los efectos de los parámetros termodinámicos de aire caliente (velocidad, temperatura y dirección) y el espesor en el secado de la tela características (por ejemplo, variación de temperatura) bajo la condición de impedimento del aire.
Este protocolo proporciona un método para el análisis de rendimiento de secado basado en la distribución de la temperatura superficial en lugar de la temperatura de un solo punto, que es la forma tradicional. Como parte de esto, desarrollamos una técnica para obtener una distribución uniforme de la humedad en el tejido para investigar el rendimiento de secado de la tela y el impacto del aire. Este método podría proporcionar información sobre el secado de textiles en el proceso de incitación al calor, y podría aplicarse en la industria de secado de papel.
Para empezar, comience a calentar un horno a 120 grados centígrados. Dejar secar a esa temperatura durante 30 minutos. Mientras tanto, asegúrese de que un soplador de aire caliente esté conectado a una boquilla de aire.
En el transcurso de unos 30 segundos, mueva lentamente la boquilla de aire entre 60 y 90 grados con respecto a la posición de la muestra. A continuación, encienda el ventilador del soplador de aire y, a continuación, suministre energía al cable de resistencia del elemento calefactor. Ajuste la corriente hasta que se alcance la temperatura de aire deseada.
La boquilla y el aire pueden estar muy calientes. No toques la boquilla y evita dirigir el soplador de aire caliente directamente sobre tu cuerpo durante el experimento. A continuación, sostenga una sonda anemómetro perpendicular a la boquilla de aire y mida la velocidad del aire.
Ajuste la velocidad de rotación del ventilador para alcanzar la velocidad deseada. Después de eso, cubra la boquilla de aire con la cubierta de aislamiento térmico para proteger el área de la muestra durante la configuración. A continuación, monte una cámara termográfica infrarroja aproximadamente un metro por encima de la boquilla de aire.
Conecte la cámara termográfica a un ordenador y abra el software del instrumento. A continuación, utilice un accesorio de placa de aguja para montar la muestra de tela estándar 30 milímetros por encima de la salida de la boquilla de aire. Enfoque la cámara en la tela.
A continuación, ajuste la unidad de temperatura a grados Celsius, el resplandor térmico a 0,95, la humedad relativa ambiental en 50% la temperatura ambiente a 25 grados centígrados, y la distancia entre el objeto medido y la cámara a 1,5 metros. A continuación, confirme que el sistema de padder uniforme está conectado a un compresor de aire. Encienda el compresor y establezca su salida máxima en 0,8 megapascales.
Ajuste manualmente los reguladores de presión para los cilindros de abrazadera para asegurarse de que la presión será igual en ambos lados del rodillo superior. Coloque una muestra de tela prepesada y saturada de agua en el rodillo superior y ejecute el padder uniforme. Apague el padder después y confirme que el contenido de humedad es incluso a lo largo de la muestra.
Por último, una vez que el horno esté seco, establézcalo a la temperatura de secado de la muestra. Para comenzar a preparar la muestra de tela, corte un cuadrado de tela de 400 milímetros por 280 milímetros y séquelo en el horno durante unas tres horas. Pesar el tejido seco y luego sumergirlo en agua durante cinco minutos.
A continuación, encienda el padder y ajuste la presión inicial deseada. Poner el tejido saturado en el rodillo superior del padder uniforme. Una vez que la muestra pasa a través de los rodillos, recuperar la muestra y apagar el padder.
Pesar la muestra de tela húmeda y calcular el contenido de humedad. Si es necesario, seque los rodillos con una toalla de papel y vuelva a pasar la tela por el padder uniforme hasta que se logre el contenido de humedad deseado. A continuación, confirme que la temperatura y la velocidad del soplador de aire están configuradas correctamente y que la boquilla está cubierta con la placa de aislamiento térmico.
Monte la muestra en el accesorio de la placa de la aguja y comience a registrar la temperatura de la muestra con la cámara termográfica. Retire la cubierta aislante térmica de modo que el aire caliente se impeda en la parte inferior de la muestra. Supervise el aumento de la temperatura de la tela en el ordenador.
Una vez que la temperatura es aproximadamente estable durante al menos 30 segundos, la tela se ha secado al nivel objetivo. Deje de registrar la temperatura, cubra la boquilla con la cubierta de aislamiento térmico y retire la muestra del aparato. Establezca el área de destino en el vídeo para su análisis y extraiga los datos de temperatura.
Navegue a través del vídeo y guarde fotogramas individuales de puntos notables en el tiempo como imágenes pseudocolor. Convierta los fotogramas guardados en escala de grises e identifique el valor de intensidad de la tela que está cerca de la temperatura del aire caliente. Binarize las imágenes en escala de grises utilizando ese valor como umbral para mostrar las regiones secas.
Este tejido de algodón mostró una clara descomposición de temperatura desde el centro de la periferia bajo secado de impacto del aire. El centro del tejido de secado alcanzó una temperatura de estado estacionario después de 20 segundos de calentamiento. Se observó un calentamiento mínimo en los bordes de la zona de impacto.
El aumento de la temperatura del aire que imping aceleró el tiempo hasta la sequedad, al igual que el aumento de la velocidad del aire. El espesor de la tela también afectó significativamente el tiempo de secado. Los ángulos de impacto del aire por debajo de 75 grados disminuyeron sustancialmente la temperatura en el centro de secado, y aumentaron el tiempo de sequedad.
Los ángulos de impingement de aire por debajo de 75 grados también corresponden a áreas de impacto más pequeñas. El análisis de binarización mostró que un ángulo de impacto de 70 grados redujo el área de secado en aproximadamente un 20% y un ángulo de 65 grados redujo el área en aproximadamente un 40% en relación con un ángulo de 90 grados. Las claves para obtener el rendimiento de secado preciso del tejido visto es la distribución uniforme del contenido inicial de humedad y la medición contigua de la temperatura superficial.
La investigación allana el camino para futuros estudios de las características de secado de los materiales de la hoja, como el tejido y el papel.
Vea la transcripción completa y acceda a miles de videos científicos
Descripción general
Este protocolo proporciona un método para analizar el rendimiento del secado basado en la distribución de la temperatura superficial en tejidos. Investiga los efectos de los parámetros termodinámicos del aire caliente y del grosor del tejido sobre las características de secado.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Procesos de secado de textiles
- Análisis termodinámico
- Transferencia de calor en materiales
Antecedentes
- El análisis tradicional del secado suele basarse en mediciones de temperatura en un solo punto.
- La distribución uniforme de la humedad es crucial para una evaluación precisa del rendimiento.
- El impacto de aire caliente afecta significativamente la eficiencia del secado.
- Este método podría beneficiar a las industrias que dependen del secado de tejidos.
Objetivo del estudio
- Desarrollar una técnica para lograr una distribución uniforme de la humedad en el tejido.
- Analizar el impacto de diversos parámetros termodinámicos sobre el rendimiento del secado.
- Proporcionar conocimientos aplicables a la industria del secado de papel.
Métodos Utilizados
- Calentar un horno a 120 grados Celsius.
- Secar la tela a esta temperatura durante 30 minutos.
- Utilizar un soplador de aire caliente conectado a una boquilla de aire.
- Medir la distribución de temperatura superficial durante el proceso de secado.
Resultados principales
- La distribución de la temperatura superficial proporciona un análisis más completo del rendimiento del secado.
- Los parámetros del aire caliente influyen significativamente en las características de secado.
- Una distribución uniforme de la humedad mejora la eficiencia del secado.
- Los hallazgos podrían orientar las prácticas en las industrias de secado de textiles y papel.
Conclusiones
- El protocolo desarrollado ofrece un método confiable para el análisis del rendimiento en secado.
- Comprender los efectos termodinámicos puede optimizar los procesos de secado.
- Este enfoque podría conducir a avances en la tecnología de secado de textiles.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este protocolo permite la evaluación sistemática del rendimiento del secado mediante el mapeo controlado de la uniformidad de la humedad y de la temperatura superficial, abordando una laguna importante en la optimización de los procesos de secado de textiles y papel. Al vincular los parámetros del chorro de aire con la cinética de secado, este método facilita la reducción mecanicista de riesgos en la escala industrial del secado. El enfoque ofrece un valor predictivo para la selección de parámetros del proceso en operaciones de secado continuo.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la verificación de hipótesis sobre el secado mediante la distribución controlada de humedad y el uso de imágenes térmicas.
- Valor operativo: Estandariza la preparación de muestras para la evaluación reproducible de las características de secado.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Valor científico: Genera perfiles cuantitativos de decaimiento de temperatura para comparar la eficiencia de secado entre diferentes condiciones.
- Valor operativo: Facilita la evaluación de alto rendimiento de los efectos de la velocidad del aire, la temperatura y el ángulo sobre las tasas de secado.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Valor científico: Apoya la extrapolación de estudios de secado a escala de laboratorio al diseño de secadores industriales mediante el análisis de sensibilidad de parámetros.
- Valor operativo: Proporciona una metodología transferible para evaluar el rendimiento del secado en materiales en hoja, como tejidos no tejidos o membranas.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
El método se integra en la caracterización de etapas tempranas del proceso, permitiendo decisiones basadas en datos antes de la ampliación en flujos de trabajo de fabricación dependientes del secado.
- Biología del Descubrimiento: Evalúa cómo interactúan las propiedades del material y los parámetros de secado para influir en la cinética de eliminación de humedad.
- Selección: Proporciona resultados cuantitativos estandarizados para comparar el rendimiento del secado bajo distintas condiciones termodinámicas.
- Análisis: Genera mapas espaciales de temperatura y métricas binarizadas de áreas secas/húmedas para una comparación objetiva del proceso.
- Investigación Traducible: Conecta la caracterización del secado a escala de laboratorio con la validación a escala piloto mediante pruebas escalables de parámetros de impacto.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para la evaluación del rendimiento del secado en aplicaciones de textiles, papel y películas poliméricas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Reduce la ambigüedad mecanicista en los procesos de secado al desacoplar la uniformidad de la humedad de los efectos térmicos.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad mediante protocolos estandarizados de equilibrio de humedad basados en aplicadores y termografía infrarroja.
- Valor estratégico: Orienta el diseño eficiente de secadores al identificar ángulos y velocidades de impacto óptimos.
- Impacto en la cartera: Permite el avance ajustado al riesgo de tecnologías de secado al cuantificar la sensibilidad de parámetros desde las primeras etapas del desarrollo.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el análisis de imágenes térmicas y en técnicas de manipulación de tejidos.
- Depende del acceso a cámaras termográficas infrarrojas, aplicadores uniformes y sistemas ajustables de impingimiento de aire.
- Necesita la estandarización de la medición del contenido de humedad y del control de presión entre los distintos sitios de ensayo.
- Implica consideraciones de adaptación para diferentes grosores, porosidades y propiedades térmicas de los tejidos.
- Está limitado por la necesidad de condiciones ambientales controladas para garantizar una cinética de secado consistente.
