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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E3.2 - Mezclado
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4237
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Movimiento del agitador y propiedades
La velocidad de rotación, diámetro y propiedades del fluido fijan la competencia entre inercia y viscosidad.
Grupo 2: Grupo 2: Reynolds y régimen de flujo
El número de Reynolds de mezclado separa los regímenes laminar, transicional y turbulento.
Grupo 3: Grupo 3: Mecanismos de homogeneización
El régimen determina si domina el estiramiento laminar o la difusión turbulenta para homogeneizar concentración y temperatura.
Grupo 4: Grupo 4: Potencia de agitación
La potencia crece fuertemente con velocidad y diámetro, modulada por el número de potencia y la geometría.
Grupo 5: Grupo 5: Escalas turbulentas de Kolmogorov
En turbulencia, la disipación específica fija las escalas pequeñas; la viscosidad dificulta su desarrollo.
Grupo 6: Grupo 6: Tiempo y eficiencia de mezclado
Para geometría dada, el número de mezcla aproximadamente constante conecta velocidad de rotación con tiempo requerido y costo energético.
ID:1527
Grupo 1: Grupo 1: Movimiento del agitador y propiedades
Descripción
La velocidad de rotación, diámetro y propiedades del fluido fijan la competencia entre inercia y viscosidad.
Pregunta clave: ¿Cómo opera movimiento del agitador y propiedades?
La velocidad de rotación, diámetro y propiedades del fluido fijan la competencia entre inercia y viscosidad. La potencia que consume este agitador escala, con la velocidad de rotación de ese mismo agitador y con su diámetro, de manera mucho más que proporcional a cualquiera de esos dos parámetros: duplicar esta velocidad de rotación de este agitador exige, en consecuencia, mucha más potencia todavía que el doble, y duplicar en cambio su diámetro exige, para ese mismo mezclado, todavía más potencia adicional que duplicar esta velocidad de rotación. Por eso este modelo, con este número de Reynolds de mezclado y estas escalas de Kolmogorov con las que se abrió, hace que el número de mezcla de este agitador, el producto entre esta velocidad de rotación y el tiempo de mezclado que ese mismo agitador necesita, permanezca aproximadamente constante para una geometría dada de ese agitador: esta misma constancia del número de mezcla implica que este tiempo de mezclado resulta inversamente proporcional a esta velocidad de rotación de este agitador, de modo que duplicar esta velocidad de rotación reduce, en consecuencia, a la mitad este tiempo de mezclado necesario. Que este agitador gire, en consecuencia, más rápido hace que este tiempo de mezclado necesario, según esta misma constancia del número de mezcla, sea en consecuencia menor, aunque a costa de la potencia mucho mayor que exige, según se estableció antes, esta misma velocidad de rotación más alta.
ID:4973
Grupo 2: Grupo 2: Reynolds y régimen de flujo
Descripción
El número de Reynolds de mezclado separa los regímenes laminar, transicional y turbulento.
Pregunta clave: ¿Cómo opera reynolds y régimen de flujo?
El número de Reynolds de mezclado separa los regímenes laminar, transicional y turbulento. El número de Reynolds de este mezclado, el mismo número de Reynolds que ya establece otro modelo de este conjunto, compara las fuerzas inerciales que genera el movimiento del agitador dentro de este fluido con las fuerzas viscosas que ese mismo fluido opone a ese movimiento: cuando este número de Reynolds de este mezclado cae por debajo de un umbral bajo, este flujo de este fluido permanece laminar y este mezclado avanza lento, dominado por el estiramiento de capas del propio fluido una sobre otra; cuando este número de Reynolds de este mezclado, en cambio, supera un umbral mucho más alto, este flujo de este fluido se vuelve turbulento y la difusión turbulenta pasa a dominar este mezclado, resultando mucho más eficiente que ese mismo estiramiento de capas del régimen laminar. Que este fluido que se mezcla alcance un régimen turbulento, en lugar de permanecer en un régimen laminar, hace que este mezclado, en consecuencia, homogeneice a este fluido con un mecanismo dominante distinto. Un número de potencia propio de este agitador depende, además, tanto de la geometría de ese mismo agitador como de este régimen de flujo, laminar o turbulento, en el que se encuentre este fluido.
ID:4974
Grupo 3: Grupo 3: Mecanismos de homogeneización
Descripción
El régimen determina si domina el estiramiento laminar o la difusión turbulenta para homogeneizar concentración y temperatura.
Pregunta clave: ¿Cómo opera mecanismos de homogeneización?
El régimen determina si domina el estiramiento laminar o la difusión turbulenta para homogeneizar concentración y temperatura. El número de Reynolds de este mezclado, el mismo número de Reynolds que ya establece otro modelo de este conjunto, compara las fuerzas inerciales que genera el movimiento del agitador dentro de este fluido con las fuerzas viscosas que ese mismo fluido opone a ese movimiento: cuando este número de Reynolds de este mezclado cae por debajo de un umbral bajo, este flujo de este fluido permanece laminar y este mezclado avanza lento, dominado por el estiramiento de capas del propio fluido una sobre otra; cuando este número de Reynolds de este mezclado, en cambio, supera un umbral mucho más alto, este flujo de este fluido se vuelve turbulento y la difusión turbulenta pasa a dominar este mezclado, resultando mucho más eficiente que ese mismo estiramiento de capas del régimen laminar. El mezclado en la cocina abarca, dentro de un mismo rango de operaciones, desde revolver una salsa con una cuchara hasta batir una crema con varillas eléctricas, siempre con el objetivo de homogeneizar una concentración, homogeneizar una temperatura, o incorporar aire dentro del fluido que se mezcla: es el régimen de flujo de ese mismo fluido, laminar o turbulento, el que determina cuál de estos mecanismos domina durante este mezclado.
ID:4975
Grupo 4: Grupo 4: Potencia de agitación
Descripción
La potencia crece fuertemente con velocidad y diámetro, modulada por el número de potencia y la geometría.
Pregunta clave: ¿Cómo opera potencia de agitación?
La potencia crece fuertemente con velocidad y diámetro, modulada por el número de potencia y la geometría. Un número de potencia propio de este agitador depende, además, tanto de la geometría de ese mismo agitador como de este régimen de flujo, laminar o turbulento, en el que se encuentre este fluido. La potencia que consume este agitador escala, con la velocidad de rotación de ese mismo agitador y con su diámetro, de manera mucho más que proporcional a cualquiera de esos dos parámetros: duplicar esta velocidad de rotación de este agitador exige, en consecuencia, mucha más potencia todavía que el doble, y duplicar en cambio su diámetro exige, para ese mismo mezclado, todavía más potencia adicional que duplicar esta velocidad de rotación. Que este agitador gire, en consecuencia, más rápido hace que este tiempo de mezclado necesario, según esta misma constancia del número de mezcla, sea en consecuencia menor, aunque a costa de la potencia mucho mayor que exige, según se estableció antes, esta misma velocidad de rotación más alta.
ID:4976
Grupo 5: Grupo 5: Escalas turbulentas de Kolmogorov
Descripción
En turbulencia, la disipación específica fija las escalas pequeñas; la viscosidad dificulta su desarrollo.
Pregunta clave: ¿Cómo opera escalas turbulentas de kolmogorov?
En turbulencia, la disipación específica fija las escalas pequeñas; la viscosidad dificulta su desarrollo. En este régimen de flujo turbulento, las escalas de Kolmogorov de este fluido caracterizan a los torbellinos más pequeños de ese mismo fluido, aquellos dentro de los cuales ocurre finalmente la disipación de esta energía de mezclado: para un fluido de baja viscosidad, como esta agua o esta salsa líquida, estas escalas de Kolmogorov resultan muy pequeñas, y este mezclado, en consecuencia, resulta muy eficiente hasta el nivel molecular de ese mismo fluido; para un fluido viscoso, en cambio, como esta masa o este puré, esta turbulencia no alcanza a desarrollarse dentro de ese mismo fluido, y este mezclado, en consecuencia, permanece lento.
ID:4977
Grupo 6: Grupo 6: Tiempo y eficiencia de mezclado
Descripción
Para geometría dada, el número de mezcla aproximadamente constante conecta velocidad de rotación con tiempo requerido y costo energético.
Pregunta clave: ¿Cómo opera tiempo y eficiencia de mezclado?
Para geometría dada, el número de mezcla aproximadamente constante conecta velocidad de rotación con tiempo requerido y costo energético. Por eso este modelo, con este número de Reynolds de mezclado y estas escalas de Kolmogorov con las que se abrió, hace que el número de mezcla de este agitador, el producto entre esta velocidad de rotación y el tiempo de mezclado que ese mismo agitador necesita, permanezca aproximadamente constante para una geometría dada de ese agitador: esta misma constancia del número de mezcla implica que este tiempo de mezclado resulta inversamente proporcional a esta velocidad de rotación de este agitador, de modo que duplicar esta velocidad de rotación reduce, en consecuencia, a la mitad este tiempo de mezclado necesario. Que este agitador gire, en consecuencia, más rápido hace que este tiempo de mezclado necesario, según esta misma constancia del número de mezcla, sea en consecuencia menor, aunque a costa de la potencia mucho mayor que exige, según se estableció antes, esta misma velocidad de rotación más alta. En este régimen de flujo turbulento, las escalas de Kolmogorov de este fluido caracterizan a los torbellinos más pequeños de ese mismo fluido, aquellos dentro de los cuales ocurre finalmente la disipación de esta energía de mezclado: para un fluido de baja viscosidad, como esta agua o esta salsa líquida, estas escalas de Kolmogorov resultan muy pequeñas, y este mezclado, en consecuencia, resulta muy eficiente hasta el nivel molecular de ese mismo fluido; para un fluido viscoso, en cambio, como esta masa o este puré, esta turbulencia no alcanza a desarrollarse dentro de ese mismo fluido, y este mezclado, en consecuencia, permanece lento.
ID:4978