Estudio hidrodinámico de un reactor fotoelectroquímico tipo filtro prensa mediante dinámica de fluidos computacional

Abstract

La hidrodinámica de fluidos en los reactores electroquímicos está ligada a la geometría del reactor, cambios de sección y dirección de flujo, además promotores de turbulencia y rugosidad. Durante la realización de este estudio se analizó el comportamiento hidrodinámico de un reactor de placas ( UIS_GIMBA 1.0) en posición vertical frente al horizontal, que fue numéricamente simulado con el software Comsol multiphysics® 5.2 el cual utiliza el método de elementos finitos (FEM) para resolver las ecuaciones diferenciales asociadas a la dinámica de fluidos. Posterior al análisis sobre el volumen de fluido en el interior de reactor se observaron discontinuidades en el flujo, por el efecto entrada-salida y el cambio de dirección del flujo que provocan zonas estancadas y de recirculación. Estos aspectos se tomaron en consideración para proponer una nueva geometría (UIS_GIMBA 1.1), que incluyo adicionalmente el efecto de las mallas electródicas en los patrones de flujo. Una vez obtenidos los resultados se tomaron distintos conjuntos de datos para comparar los cambios en los patrones de flujo, utilizando gráficos de líneas de flujo, isosuperficies, así como cortes y perfiles de velocidad. Finalmente se empleó un numero adimensional () para cuantificar los efectos entrada-salida que inicialmente generaban un mayor transporte de materia en el cambio de sección y a su vez una zona de recirculación, resultando en el desaprovechamiento de parte del volumen del reactor, con base en este parámetro fue posible observar un porcentaje de mejora 68.8% y 35,7% en el distribuidor de entrada y de salida. En consecuencia con la disminución de se logró un comportamiento más homogéneo en la distribución de flujo que adicionalmente podrá ser asociado con el numero adimensional de Sherwood (Sh) para el análisis de transporte de masa.