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Cavitation phenomena in waste water treatment by ultrasound

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Modelado del comportamiento de las burbujas para el tratamiento del agua mediante ultrasonidos

Se ha desarrollado un novedoso modelo matemático capaz de simular el comportamiento colectivo de las burbujas en condiciones de cavitación en líquidos sometidos a campos acústicos de gran intensidad. Este procedimiento podría utilizarse en una amplia gama de aplicaciones que van desde la administración de fármacos por ultrasonidos hasta la sonoquímica y más específicamente el tratamiento de agua.

Cambio climático y medio ambiente

Muchos de los métodos actualmente existentes para la depuración del agua, como por ejemplo la separación mediante torres de refrigeración o la aplicación de corriente eléctrica, pueden llegar a consumir una gran cantidad de energía. Otras técnicas tradicionales con floculación mejorada de sustancias contaminantes dispersas requieren el uso de aditivos químicos y, como consecuencia, un tratamiento ulterior. En cambio, los ultrasonidos representan una opción más limpia y más rentable para el tratamiento de aguas potables o residuales y por ello su utilización es cada vez mayor. La aplicación de campos acústicos de gran intensidad a los líquidos produce cavitación, o lo que es lo mismo, la generación, desarrollo y oscilación de burbujas que sirven para apartar las sustancias contaminantes. Esta eliminación de contaminantes puede lograrse a través de medios mecánicos, como por ejemplo mediante la ruptura de bacterias, o químicos, mediante la generación de radicales libres para la oxidación de sustancias aromáticas. Hasta ahora la mayoría de los dispositivos de limpieza por ultrasonidos han tenido diseños empíricos ajenos al análisis de los efectos de determinados parámetros esenciales tales como la distribución de las burbujas de cavitación y su propia dinámica. Ahora, gracias a un nuevo proyecto financiado por la UE podemos comprender en profundidad el comportamiento colectivo de las burbujas de cavitación. Así, se han desarrollado modelos matemáticos que describen con precisión la formación de patrones en grandes cúmulos de burbujas. Estos modelos pueden ser utilizados además para la simulación, control y optimación de los racimos de burbujas que se crean en líquidos irradiados mediante procedimientos acústicos. Basados en los movimientos de burbujas aisladas sometidas a grandes variaciones de presión, estos nuevos modelos matemáticos asociados a rápidos algoritmos numéricos podrían llegar a predecir la dinámica de los sistemas de burbujas. Los nuevos códigos numéricos resultantes podrían facilitar los cálculos correspondientes a los racimos de burbujas monodispersos y polidispersos, que son nubes en las que las burbujas presentan un radio inicial idéntico o distinto, respectivamente. Actualmente se siguen investigando aspectos relativos al movimiento de burbujas no esféricas y la creación de modelos precisos de interacción entre un número reducido de burbujas para estudiar sus procesos de coalescencia y colapso.

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