Focus sulla fisica d’impatto del getto

Getti a percussione di varie configurazioni sono comunemente utilizzati in numerose operazioni di asciugatura industriale che comportano una rapida asciugatura di materiali sotto forma di fogli continui (ad es. Carta velina, pellicola fotografica, carta patinata, non tessuti e tessuti) o fogli relativamente grandi e sottili (ad es. impiallacciatura, legname e tappeti) o persino letti di granuli grossolani (ad es. cibo per gatti o cani).

In questo capitolo, non esamineremo l’ultima applicazione menzionata, che è una nuova operazione in cui i getti caldi sono diretti normalmente su sottili letti di pellet trasportati su un trasportatore a movimento lento.


I getti pseudofluidificano il letto per garantire un buon contatto gas-solido necessario per un’asciugatura efficace.

Poiché l’impingement produce velocità di trasferimento di massa o di calore molto elevate, è un sistema popolare per l’asciugatura convettiva quando si desidera un’asciugatura rapida o piccole apparecchiature.


Le elevate capacità produttive sono raggiunte a spese dell’aumento del capitale e delle spese operative a causa della fabbricazione più complessa e dei maggiori requisiti di trattamento dell’aria.

L’asciugatura a getto violento è consigliata solo se una frazione importante dell’umidità da rimuovere non è legata.

Se la velocità di essiccazione è controllata dalla diffusione interna, le elevate velocità di trasferimento del calore del sistema di conflitto possono spesso provocare un degrado del prodotto se il prodotto è sensibile al calore. Per un’asciugatura rapida di fogli molto sottili (ad es. Tessuti), l’impingement ad alta velocità di getti d’aria calda è molto efficace.

D’altra parte, per l’asciugatura di tipi più pesanti di carta e tessuti, ad esempio, l’essiccazione ad impatto è efficace solo per rimuovere l’umidità superficiale.

Un’altra importante applicazione industriale dell’essiccazione ad impatto è nell’industria della stampa, dell’imballaggio e della trasformazione, in cui vengono utilizzate tecniche di stampa per depositare un sottile strato di rivestimento su un substrato mobile (Arun S. Mujumdar, “Essiccazione ad impatto“).

Il flusso di un getto a percussione sommerso passa attraverso diverse regioni distinte, come mostrato in Fig. 1. Il getto emerge da un ugello o apertura con un profilo di velocità e temperatura e caratteristiche di turbolenza dipendenti dal flusso a monte.

Per un ugello a forma di tubo, chiamato anche ugello a tubo o ugello cilindrico, il flusso si sviluppa nel profilo di velocità parabolica comune al flusso del tubo più una moderata quantità di turbolenza sviluppata a monte.

Al contrario, un flusso erogato dall’applicazione della pressione differenziale attraverso un orifizio sottile e piatto creerà un flusso iniziale con un profilo di velocità piuttosto piatto, meno turbolenza e una contrazione del flusso a valle (vena contracta).

I tipici design degli ugelli a getto utilizzano un getto tondo con un profilo di flusso asimmetrico o un getto a fessura, un getto lungo e sottile con un profilo di flusso bidimensionale.

Dopo che è uscito dall’ugello, il getto emergente può passare attraverso una regione in cui è sufficientemente lontano dalla superficie di impatto da comportarsi come un getto sommerso libero.

Qui, i gradienti di velocità nel getto creano una cesoiatura ai bordi del getto che trasferisce il momento lateralmente verso l’esterno, trascinando fluido aggiuntivo con il getto e aumentando il flusso di massa del getto, come mostrato nella Figura 2.

Nel processo, il getto perde energia e il profilo di velocità viene ampliato in estensione spaziale e diminuito in ampiezza lungo i lati del getto.

Il flusso interno allo strato di taglio progressivamente allargato rimane inalterato da questo trasferimento di momento e forma una regione centrale con una pressione totale più elevata, sebbene possa verificarsi un calo della velocità e un decadimento della pressione derivante da gradienti di velocità presenti all’uscita dell’ugello.

(N. Zuckerman e N. Lior: “Trasferimento di calore da impatto del jet: fisica, correlazioni e modellistica numerica”)

Nella produzione della carta l’essiccazione del getto ha un’importanza primaria, al fine di ottenere un buon prodotto, risparmiando quanta più energia possibile.

La maggior parte della disidratazione nella macchina per carta avviene meccanicamente nelle sezioni filo e pressa. Solo l’acqua che non è possibile rimuovere evapora meccanicamente nella sezione dell’essiccatore.

La consistenza del nastro o il contenuto secco dopo la sezione del filo è generalmente del 16-23%, 40% -50% dopo la sezione della stampa e 91% -95% dopo la sezione dell’essiccatore.

Ciò corrisponde alla rimozione nella sezione del filo di 100-170 kg di acqua / kg di carta prodotta, 2-4 kg di acqua / kg di carta prodotta nella sezione pressa e 1,0-1,5 kg di acqua / kg di carta prodotta nella sezione asciugatrice.

Sebbene la sezione dell’essiccatore sia responsabile solo di una piccola frazione di disidratazione totale, è il principale consumatore di energia. (Pertti Heikkila, Jouni Paltakari: “Asciugatura della carta”)

Mevas è costantemente alla ricerca della fisica dell’essiccazione della carta, al fine di sviluppare soluzioni per garantire il risparmio energetico ai clienti.

Attualmente il nostro ufficio R&D sta lavorando all’ottimizzazione della fluidodinamica del getto per il processo di asciugatura della carta velina.

La seguente foto mostra solo un esempio dei risultati dei nostri studi in termini di numero di Nusselt relativi all’angolo di avvolgimento del cappuccio yankee.