Modelización de la transferencia de calor en lechos fijos de baja relación de aspecto. Análisis de la determinación de la conductividad efectiva radial

MARIANA T. ZAMBON; DANIELA A. ASENSIO; GUILLERMO F. BARRETO; GERMÁN D. MAZZA

Mar del Plata

Congreso; VI Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2010

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

Una gran parte de los procesos catalíticos utilizados en las industrias de procesos se lleva a cabo en reactores de lecho fijo (LF). Cuando las reacciones que se desarrollan son altamente exotérmicas o endotérmicas, con grandes requerimientos de transferencia de calor, es usual construir los reactores con tubos rellenos de catalizador caracterizados por su baja relación de aspecto ( ). Los modelos clásicos desarrollados para representar la transferencia de calor lechos fijos no resultan, en principio, adecuados para el caso mencionado debido a la fuerte influencia que presentan los llamados “efectos de pared” en su comportamiento. En contribuciones anteriores se ha presentado el modelo de Dos Zonas  para la evaluación de la transferencia de calor en lechos fijos de baja relación de aspecto. Los parámetros térmicos que el modelo introduce son: el coeficiente de transferencia de calor sobre la pared, hw, el coeficiente de transferencia de calor entre las zonas 1 y central, h1c y la conductividad térmica efectiva radial, ker. Se ha discutido la evaluación de los coeficientes de transferencia de calor hw, y h1c.  El objetivo principal de este estudio es presentar una metodología que permita evaluar la conductividad térmica efectiva radial que caracteriza a la zona central del lecho. Con el objetivo enunciado, se obtuvo información detallada sobre el comportamiento de los lechos rellenos a través de la utilización de la fluidodinámica computacional (CFD), reemplazándose, de esta manera,  la realización de experiencias específicas de laboratorio por esta vía de generación de información confiable. Se utilizó la licencia académica del programa Fluent 6.3.26 y su generador de mallas Gambit 2.4.6., llevándose a cabo numerosas simulaciones en 3D a fin de obtener los perfiles de temperatura para diferentes condiciones operativas. El sistema analizado consiste en un conjunto de partículas sólidas ubicadas en una celda, conforme a diferentes arreglos espaciales. Se presentan y analizan los valores obtenidos de ker para distintas configuraciones geométricas de las partículas en el lecho (lo que permite modificar la porosidad) y para distintas velocidades, cubriendo desde el régimen de flujo laminar al turbulento. Se discute el protagonismo de los mecanismos radiales de transferencia de calor (lateralizaciones) en base a los valores obtenidos de conductividad efectiva y  finalmente se propone una alternativa de cálculo para dicho parámetro.