Determinación de propiedades efectivas en monolitos tipo espuma empleando el concepto de lagunaridad

Abstract

En el presente trabajo se proponen algunas correlaciones matemáticas útiles para la determinación de la conductividad térmica y la difusividad másica efectivas en monolitos tipo espuma de 10 PPI (poros por pulgada lineal). Dichas correlaciones tienen en cuenta las propiedades de transporte del la fase sólida y del fluido en el monolito y su lagunaridad. Se desprecian los efectos por radiación (para transferencia de calor) y por convección dentro del medio poroso. Inicialmente, se realizó el cálculo de las propiedades efectivas simulando procesos de transferencia de masa y de calor dentro del medio poroso, empleando modelos clásicos basados en las leyes de Fick y de Fourier, respectivamente. Dichos modelos fueron aplicados a una geometría heterogénea tipo pastel creada a partir de una imagen bidimensional real del monolito y el sistema de ecuaciones diferenciales resultante fue solucionado por la técnica de los elementos finitos utilizando el software FEMLAB 3.1; posteriormente, se determinó la lagunaridad del monolito aplicando el algoritmo de gliding box. Para finalizar, se realizó un análisis de resultados empleando las herramientas MATLAB 7.5 y STATGRAPHICS Plus 5.1, a partir del cual, se estableció que es más confiable aplicar el cálculo de propiedades efectivas a escalas pequeñas y se obtuvieron las respectivas correlaciones. Para la difusividad efectiva se propone una correlación aplicable a todo el rango de difusividades de fluido conocidas. Para la conductividad efectiva, en cambio, el factor sólido-fluido (cociente entre las propiedades de transporte del sólido y del fluido) se dividió en dos regiones, para cada una de las cuales se aplica una correlación distinta; una para valores de factor sólido-fluido menores a 100, y otra para los valores de 100 en adelante; esto debido a que los factores sólido-fluido más altos producen un fuerte efecto en la determinación de las propiedades efectivas.