Aplicación de técnicas de fluido-dinámica computacional al modelado y simulación de reactores foto-catalíticos a partir de parámetros cinéticos intrínsecos

• Autores: Cintia Casado Merino
• Directores de la Tesis: Angel Javier Margugán Aguado (dir. tes.), Rafael van Grieken Salvador (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Rey Juan Carlos ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Antonio Melero Hernández (presid.), José Antonio Calles Martín (secret.), Wolfgang Gernjak (voc.), José Antonio Sánchez Pérez (voc.), Laura Torrente Murciano (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología químicas
      • Tecnología de catálisis
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TESEO
• Resumen

  • A pesar de las numerosas ventajas de la fotocatálisis para la purificación del agua y de las extensas investigaciones de laboratorio realizadas en este campo, existen varios desafíos que impiden el desarrollo de esta tecnología a escala comercial, especialmente la optimización de reactores y fuentes luminosas. La principal dificultad en el diseño del reactor radica en la necesidad de integrar la inclusión explícita en el modelo cinético de la tasa de absorción de fotones. Por lo tanto, se requiere un conocimiento apropiado de la distribución de la irradiancia dentro del reactor a través de la resolución rigurosa de la Ecuación de Transferencia Radiativa. Las plataformas computacionales multifísicas pueden resolver esta ecuación e integrar todos los pasos para el modelado de reactores fotocatalíticos. Bajo condiciones ópticamente diferenciales, se puede asumir, a lo largo del volumen del reactor, una concentración constante de los reactivos y una velocidad volumétrica homogénea del valor de absorción de energía para la determinación de constantes cinéticas intrínsecas (no promediadas).

    Este trabajo describe el procedimiento para la simulación del funcionamiento de un reactor fotocatalítico basado en la determinación de parámetros cinéticos intrínsecos en un fotorreactor ópticamente diferencial y utilizado en el modelado completo de reactores con geometría, dinámica de fluidos y condiciones ópticas diferentes. En concreto, se han simulado tres reactores fotocatalíticos que utilizan diversas tecnologías de iluminación: i) un reactor anular, iluminado desde el interior con una lámpara UV fluorescente, ii) un reactor tubular que utiliza tecnología UV-LED y iii) un colector solar parabólico compuesto, iluminado con un simulador del espectro solar (una lámpara de xenón), y cuando es iluminado por luz solar natural. El modelo incluye la descripción rigurosa de la hidrodinámica, transferencia de radiación, transporte de masa y velocidad de reacción química, para todos los reactores. Las velocidades experimentales de reacción obtenidas en cada reactor bajo diferentes concentraciones de catalizador y una amplia gama de energía absorbida se compararon con las predicciones resultantes del modelo computacional, con errores entre 5-15%. La validación exitosa en los diferentes reactores estudiados confirma el trasfondo científico del modelo y su aplicabilidad con fines de ingeniería en el diseño y optimización de reactores fotocatalíticos a gran escala.