Fabric Moisture Uniform Control per studiare l'influenza dei parametri dell'incisivo dell'aria sulle caratteristiche di essiccazione del tessuto
19 agosto 2019
Presentato qui è un protocollo che garantisce una distribuzione uniforme dell'umidità iniziale all'interno di un tessuto e studia gli effetti dei parametri termodinamici dell'aria calda (velocità, temperatura e direzione) e lo spessore sull'essiccazione del tessuto (ad esempio, variazione di temperatura) a i sensi dell'impoverimento dell'aria.
Questo protocollo fornisce un metodo per l'analisi delle prestazioni di essiccazione basato sulla distribuzione della temperatura superficiale anziché sulla temperatura a punto singolo, che è il modo tradizionale. Come parte di questo, abbiamo sviluppato una tecnica per ottenere una distribuzione uniforme dell'umidità nel tessuto per studiare le prestazioni di essiccazione del tessuto e l'impingement dell'aria. Questo metodo potrebbe fornire informazioni sull'essiccazione dei tessuti nel processo di incitamento al calore e potrebbe essere applicato nell'industria dell'essiccazione della carta.
Per iniziare, inizia a riscaldare un forno a 120 gradi Celsius. Lasciare asciugare a quella temperatura per 30 minuti. Nel frattempo, assicurarsi che un soffiatore ad aria calda sia collegato a un ugello dell'aria.
Nel corso di circa 30 secondi, spostare lentamente l'ugello dell'aria tra 60 e 90 gradi rispetto alla posizione del campione. Quindi, accendere la ventola del soffiatore d'aria, quindi fornire energia al filo di resistenza dell'elemento riscaldante. Regolare la corrente fino a raggiungere la temperatura dell'aria desiderata.
L'ugello e l'aria possono essere molto caldi. Non toccare l'ugello ed evitare di dirigere il soffiatore ad aria calda direttamente sul tuo corpo durante l'esperimento. Quindi, tenere una sonda anemometrica perpendicolare all'ugello dell'aria e misurare la velocità dell'aria.
Regolare la velocità di rotazione della ventola per raggiungere la velocità desiderata. Successivamente, coprire l'ugello dell'aria con il coperchio di isolamento termico per proteggere l'area del campione durante l'installazione. Quindi, montare una termografica a infrarossi circa un metro sopra l'ugello dell'aria.
Collegare la termografica a un computer e aprire il software dello strumento. Quindi utilizzare un dispositivo a piastre ad ago per montare il campione di tessuto standard 30 millimetri sopra l'uscita dell'ugello dell'aria. Mettere a fuoco la fotocamera sul tessuto.
Quindi, impostare l'unità di temperatura in gradi Celsius, la luminosità termica su 0,95, l'umidità relativa ambientale al 50% la temperatura ambiente a 25 gradi Celsius e la distanza tra l'oggetto misurato e la fotocamera a 1,5 metri. Successivamente, verificare che il sistema di risaie uniforme sia collegato a un compressore d'aria. Avviare il compressore e impostarne la potenza massima su 0,8 megapascal.
Regolare manualmente i regolatori di pressione per i cilindri del morsetto per garantire che la pressione sia uguale su entrambi i lati del rullo superiore. Posizionare un campione di tessuto saturo d'acqua e pre-pesato sul rullo superiore ed eseguire l'imbottitura uniforme. Spegnere l'imbottitura in seguito e verificare che il contenuto di umidità sia uniforme in tutto il campione.
Infine, una volta che il forno è asciutto, impostarlo sulla temperatura di essiccazione del campione. Per iniziare a preparare il campione di tessuto, tagliare un quadrato di tessuto di 400 millimetri per 280 millimetri e asciugarlo in forno per circa tre ore. Pesare il tessuto asciutto, quindi immergerlo in acqua per cinque minuti.
Quindi accendere l'imbottitura e impostare la pressione iniziale desiderata. Posare il tessuto saturo sul rullo superiore dell'imbottitura uniforme. Una volta che il campione passa attraverso i rulli, recuperare il campione e spegnere la risaiera.
Pesare il campione di tessuto bagnato e calcolare il contenuto di umidità. Se necessario, asciugare i rulli con un tovagliolo di carta ed eseguire nuovamente il tessuto attraverso l'imbottitura uniforme fino a raggiungere il contenuto di umidità desiderato. Quindi confermare che la temperatura e la velocità del soffiatore d'aria sono impostate correttamente e che l'ugello è coperto dalla scheda termoisolante.
Montare il campione nell'apparecchio della piastra dell'ago e iniziare a registrare la temperatura del campione con la termografica. Rimuovere il coperchio termoisolante in modo che l'aria calda impigli sul lato inferiore del campione. Monitorare l'aumento della temperatura del tessuto sul computer.
Una volta che la temperatura è approssimativamente stabile per almeno 30 secondi, il tessuto si è asciugato al livello target. Interrompere la registrazione della temperatura, coprire l'ugello con il coperchio termoisolante e rimuovere il campione dall'apparecchio. Impostare l'area di destinazione nel video per l'analisi ed estrarre i dati sulla temperatura.
Naviga nel video e salva singoli fotogrammi da punti degni di nota nel tempo come immagini pseudocolori. Convertire i fotogrammi salvati in scala di grigi e identificare il valore di intensità per il tessuto vicino alla temperatura dell'aria calda. Binarizzare le immagini in scala di grigi utilizzando tale valore come soglia per visualizzare le aree asciutte.
Questo tessuto di cotone ha mostrato un chiaro decadimento della temperatura dal centro della periferia sotto l'essiccazione dell'aria. Il centro del tessuto di essiccazione ha raggiunto una temperatura stazionaria dopo 20 secondi di riscaldamento. Il riscaldamento minimo è stato osservato ai bordi dell'area di impingement.
L'aumento della temperatura dell'aria impinging ha accelerato il tempo alla secchezza, così come l'aumento della velocità dell'aria. Lo spessore del tessuto ha anche influenzato significativamente il tempo di asciugatura. Gli angoli di impingement dell'aria inferiori a 75 gradi hanno diminuito sostanzialmente la temperatura al centro di essiccazione e aumentato il tempo di secchezza.
Anche gli angoli di impingement dell'aria inferiori a 75 gradi corrispondono a aree di impingement più piccole. L'analisi di binarizzazione ha mostrato che un angolo di impingement di 70 gradi ha ridotto l'area di essiccazione di circa il 20% e un angolo di 65 gradi ha ridotto l'area di circa il 40% rispetto a un angolo di 90 gradi. Le chiavi per ottenere le accurate prestazioni di asciugatura del tessuto visto sono la distribuzione uniforme del contenuto iniziale di umidità e la misurazione contigua della temperatura superficiale.
La ricerca apre la strada a futuri studi sulle caratteristiche di essiccazione dei materiali di lamiera, come tessuto e carta.
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Panoramica
Questo protocollo fornisce un metodo per analizzare le prestazioni di asciugatura in base alla distribuzione della temperatura superficiale nel tessuto. Esso indaga gli effetti dei parametri termodinamici dell'aria calda e dello spessore del tessuto sulle caratteristiche di asciugatura.
Componenti Chiave dello Studio
Ambito Scientifico
- Processi di asciugatura di tessuti
- Analisi termodinamica
- Trasferimento di calore nei materiali
Sfondo
- L'analisi tradizionale della disidratazione si basa spesso su misurazioni di temperatura in un singolo punto.
- Una distribuzione uniforme dell'umidità è fondamentale per una valutazione accurata delle prestazioni.
- L'impatto dell'aria calda influisce notevolmente sull'efficienza del processo di essiccazione.
- Questo metodo potrebbe giovare alle industrie che dipendono dall'essiccazione di tessuti.
Scopo dello studio
- Sviluppare una tecnica per ottenere una distribuzione uniforme dell'umidità nel tessuto.
- Analizzare l'impatto di diversi parametri termodinamici sulle prestazioni di essiccazione.
- Fornire indicazioni applicabili all'industria dell'essiccazione della carta.
Metodi Utilizzati
- Riscaldare un forno a 120 gradi Celsius.
- Asciugare il tessuto a questa temperatura per 30 minuti.
- Utilizzare un soffiante ad aria calda collegato a un ugello d'aria.
- Misurare la distribuzione della temperatura superficiale durante il processo di asciugatura.
Risultati principali
- La distribuzione della temperatura superficiale fornisce un'analisi più completa delle prestazioni di essiccazione.
- I parametri dell'aria calda influenzano in modo significativo le caratteristiche di essiccazione.
- Una distribuzione uniforme dell'umidità migliora l'efficienza dell'essiccazione.
- I risultati potrebbero orientare le pratiche nei settori tessile e cartario relativi all'essiccazione.
Conclusioni
- Il protocollo sviluppato offre un metodo affidabile per l'analisi delle prestazioni nell'essiccazione.
- Comprendere gli effetti termodinamici può ottimizzare i processi di essiccazione.
- Questo approccio potrebbe portare a progressi nella tecnologia di essiccazione dei tessuti.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo protocollo consente una valutazione sistematica delle prestazioni di essiccazione attraverso un controllo uniforme dell'umidità e la mappatura della temperatura superficiale, affrontando una lacuna fondamentale nell'ottimizzazione dei processi di essiccazione di tessuti e carta. Collegando i parametri dell'impatto d'aria alla cinetica di essiccazione, il metodo supporta una riduzione meccanicistica dei rischi nell'ingrandimento su scala industriale dei processi di essiccazione. L'approccio offre un valore predittivo nella selezione dei parametri di processo per operazioni di essiccazione continua.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi delle ipotesi di essiccazione mediante distribuzione controllata dell'umidità e imaging termico.
- Valore operativo: Standardizza la preparazione del campione per la valutazione riproducibile delle caratteristiche di essiccazione.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera profili quantitativi di decadimento della temperatura per confrontare l'efficienza di asciugatura in diverse condizioni.
- Valore operativo: Consente la valutazione ad alto rendimento degli effetti della velocità, della temperatura e dell'angolo dell'aria sui tassi di asciugatura.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Supporta il passaggio da studi di essiccazione su scala di laboratorio alla progettazione di essiccatori industriali attraverso l'analisi della sensibilità dei parametri.
- Valore operativo: Fornisce una metodologia trasferibile per la valutazione delle prestazioni di essiccazione in materiali fogliari come non tessuti o membrane.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si inserisce nella caratterizzazione delle fasi iniziali del processo, consentendo decisioni basate sui dati prima dell'ingrandimento di scala nei flussi di lavorazione dipendenti dall'essiccazione.
- Biologia della scoperta: Verifica come le proprietà del materiale e i parametri di essiccazione interagiscono per influenzare la cinetica di rimozione dell'umidità.
- Screening: Fornisce output standardizzati e quantitativi per confrontare le prestazioni di essiccazione in diverse condizioni termodinamiche.
- Analisi: Produce mappe spaziali della temperatura e metriche binarie delle aree asciutte/bagnate per un confronto oggettivo dei processi.
- Ricerca traslazionale: Collega la caratterizzazione dell'essiccazione su scala da banco alla validazione su linea pilota mediante test di parametri di impingement scalabili.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per la valutazione delle prestazioni di essiccazione in applicazioni tessili, cartarie e di film polimerici.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Riduce l'ambiguità meccanicistica nei processi di essiccazione separando l'uniformità dell'umidità dagli effetti termici.
- Valore operativo: Migliora la riproducibilità attraverso protocolli standardizzati di equilibrazione dell'umidità basati su padder e termografia a infrarossi.
- Valore strategico: Guida la progettazione di essiccatori efficienti in termini di investimento, identificando angoli e velocità di impingimento ottimali.
- Impatto sul portafoglio: Permette un avanzamento delle tecnologie di essiccazione adeguato al rischio, quantificando la sensibilità dei parametri già nelle fasi iniziali dello sviluppo.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'analisi delle immagini termiche e nelle tecniche di manipolazione dei tessuti.
- Presuppone l'accesso a telecamere termografiche a infrarossi, padder uniformi e sistemi di soffiaggio d'aria regolabili.
- Necessita della standardizzazione della misurazione del contenuto di umidità e della regolazione della pressione tra i diversi siti di prova.
- Richiede considerazioni di adattamento per diversi spessori, porosità e proprietà termiche dei tessuti.
- È limitato dalla necessità di condizioni ambientali controllate per garantire una cinetica di asciugatura costante.
