Simulación del efecto del caudal sobre la corriente límite en un reactor fotoelectroquímico tubular

Abstract

En este trabajo se realizó un estudio simulado y experimental del efecto del caudal sobre la corriente límite en el reactor fotoelectroquímico tubular GIMBA 2.2 mediante la aplicación de los módulos de flujo de fluidos y electroanálisis del software COMSOL Multiphysics® versión 5.4 y de técnicas electroquímicas. El análisis numérico de la corriente límite con el software COMSOL Multiphysics® 5.4, se construyó mediante el módulo de flujo de fluidos con un régimen de flujo turbulento a partir de las ecuaciones promediadas de Reynolds de Navier-Stokes (RANS), el cual fue correlacionado con las ecuaciones de transferencia de masa, en el módulo de electroanálisis, posteriormente, se aplicó la relación existente entre corriente y flujo de especies sobre el electrodo para establecer la ecuación de la corriente límite, según la ley de Faraday. Estos sistemas de ecuaciones se resolvieron empleando el método de elementos finitos (FEM), discretizando el volumen de control en el software computacional. En un sistema redox de Cu+2/Cu0, para determinar experimentalmente la corriente límite se emplearon cronoamperometrías a distintos caudales (0.5 L/min, 1.0 L/min, 2.0 L/min y 3.0 L/min) con pulsos de 30 s, entre un rango de potenciales de - , seleccionados a partir de la técnica de voltamperometría cíclica. Finalmente, se analizó que la corriente límite tiene una relación directa con la variación del caudal, ya que, al aumentar la velocidad del fluido, la capa difusiva de Nernst disminuye, y por consiguiente la magnitud del flujo difusivo aumenta.