Modelado computacional de un reactor solar tipo CPC para la eliminación fotocatalítica de contaminantes del aire.

CLAUDIO PASSALIA; BRANDI, RODOLFO J.

San Rafael

Congreso; Congreso Latinoamericano de Ingenieria y Cs. Aplicadas; 2018

Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria de la Universidad Nacional de Cuyo

La contaminación de ambientes interiores representa un gran riesgo para la salud humana, dados los largos tiemposde permanencia de las personas en ambientes confinados. La exposición a gran variedad de compuestos químicosy agentes biológicos puede ser mitigada aplicando Procesos Avanzados de Oxidación (PAO?s). En este trabajo sepresenta el estudio de un reactor para el tratamiento de aire empleando fotocatálisis heterogénea. El proceso sebasa en uso de un oxido metálico sensible a luz ultravioleta (UV) que puede generar especies de alto poderoxidativo en su superficie, dando lugar a reacciones de degradación de los compuestos adsorbidos. El uso deradiación solar resulta de gran interés en pos de una tecnología sustentable, dado que evita el consumo eléctrico enlámparas UV. El presente trabajo se centra en los aspectos del modelado de un reactor tubular con reflectorparabólico, denominado Colector Parabólico Compuesto (CPC). Este diseño permite distribuir la radiación solarsobre un tubo de vidrio borosilicato (volumen útil de 1924 cm3), en cuya pared se encuentra inmovilizado elfotocatalizador (dióxido de Titanio, TiO2). El reactor de un paso opera en continuo y en régimen laminar. Elmodelado computacional de las ecuaciones de transporte se realizó íntegramente en ANSYS Fluent 17.0 versiónacadémica. Para ello se diseñó la geometría completa del sistema de reacción y sistema reflector. El dominio fuediscretizado en volúmenes finitos en donde se resuelven en forma iterativa las ecuaciones diferenciales detransporte de cantidad de movimiento, energía y materia a las que se agregó la ecuación de transferencia radiativa.Se trabajó con suficiente cantidad de elementos para garantizar independencia de grilla en los resultados. Elcontaminante usado en el modelo es el formaldehído dado que se conocen sus parámetros cinéticos intrínsecos.Las propiedades ópticas del reflector y del film de catalizador fueron determinadas en espectrofotómetro con esferaintegradora (Optronic OL50). El campo de radiación se resolvió por el método de la ordenada discreta. Todas lassimulaciones se realizaron usando interpolaciones de segundo orden y la convergencia de la solución numérica seaseguró imponiendo una disminución de los residuos escalados hasta al menos 10-6 para todas las variables.Además se siguieron monitores macroscópicos en distintos puntos del dominio hasta encontrar su estabilidad. Elcampo de velocidades obtenido fue cotejado con soluciones analíticas con muy buen ajuste. El campo de radiaciónobtenido en el sistema reactor + reflector es consistente cuali-cuantitativamente con resultados teóricos y demodelado de reactores de similar diseño. Las concentraciones de formaldehído presentan una disminución desde laentrada hasta la salida del reactor con perfiles que presentan los mínimos sobre las paredes del reactor, lo cual esconsistente con la reacción heterogénea sobre la pared fotocatalítica. Sin embargo, los perfiles transversales no sonsimétricos debido a que el campo de radiación incidente no genera el mismo flujo radiante en todo el perímetrointerno del reactor. Para un tiempo de residencia de 11 segundos, la conversión alcanza el 42%, un valor apropiadopensando en la optimización y modularidad del dispositivo.