Modelamiento y simulación de procesos usando fluido-dinámica computacional (2018)
En la ingeniería de procesos, se busca el desarrollo de procesos eficientes, seguros y rentables. Para lograr esto, primero se debe obtener el entendimiento de los fenómenos que intervienen en estos sistemas y así aplicarlo en el diseño, optimización y control de procesos. La dinámica de fluidos computacional (CFD) es una herramienta atractiva que se puede emplear para resolver estos problemas de manera eficiente y económica, brindando el entendimiento necesario del comportamiento de estos sistemas. En este trabajo se busca estudiar la aplicación de CFD en diferentes sistemas, así como adaptar y evaluar una metodología para la implementación de simulaciones, usando el software COMSOL Multiphysics®. Con el fin de involucrar desde hidráulica simple hasta casos multifísicos, se seleccionaron cuatro casos de estudio diferentes con relevancia en ingeniería química. Los sistemas estudiados fueron: un floculador, tanques agitados, un reactor de lecho empacado (PBR) y un dispositivo de separación de fases inmiscibles en micro-canales. El caso de estudio que se tiene como eje central de este trabajo es acerca de la separación de fases inmiscibles en micro-canales. Se ha demostrado que empleando membranas líquidas en flujo de Taylor (LMTF), se ha mejorado el desempeño del sistema de extracción en comparación con diseños convencionales (Pérez-Ávila, 2014). Teniendo en cuenta la importancia de las etapas de separación en los bio-procesos, se cree que el mecanismo de separación de fases estudiado puede ser útil para el desarrollo del sistema de perstracción. Se emplearon simulaciones en CFD para evaluar diferentes diseños y configuraciones de un dispositivo de separación basado en la mojabilidad preferencial de los fluidos hacia ciertos materiales. Estos resultados fueron aprovechados para la construcción y posterior prueba de un prototipo experimental. A través de simulaciones en CFD fue posible también estudiar diferentes geometrías de un floculador hidráulico, identificando así configuraciones que permiten mejorar el desempeño del proceso. Adicionalmente, se estudió y comparó con otra aproximación de CFD el comportamiento del flujo en sistemas agitados. Se estudió un PBR empleando simulaciones en CFD y 1D en MATLAB®, donde se tuvo en cuenta los múltiples fenómenos del sistema y la resistencia de transferencia de calor y masa intrapartícula. Se considera que tanto la metodología como los casos de estudio van a ser una base para el fortalecimiento en fenómenos de transporte para diseño y optimización de procesos en ingeniería química (Texto tomado de la fuente)