Modelado y simulación de procesos reacción-transporte de CO2 mediante modelos generalizados

Abstract

En la actualidad los procesos de conversión, donde se ven implicados sistemas que presentan fenómenos de transferencia de masa y reacción son numerosos, desde procesos como la destilación reactiva, absorción reactiva, bioprocesos hasta procesos novedosos que implican el uso de membranas. Con base en sus múltiples aplicaciones, en donde se destaca la búsqueda de procesos sustentables; así como procesos para el control y mitigación de contaminantes, se ha presentado un auge en el desarrollo de nuevas tecnologías, dentro de los cuales resulta de singular interés aquellos enfocados al control y mitigación de gases efecto invernadero, haciendo particular énfasis en el CO2, al ser el componente mayoritario de los gases de combustión. Entre los procesos habitualmente empleados para la reducción de las emisiones de CO2 se encuentra la absorción en una fase líquida. Sin embargo, el desarrollo de procesos alternos o el desarrollo de mejoras al proceso de absorción convencional obligan a un estudio más riguroso y a la introducción de herramientas matemáticas que coadyuven al entendimiento de los fenómenos de transporte poco convencionales implicados en dichos procesos. Tradicionalmente el estudio de la transferencia de masa, se basa en descripciones propuestas mediante la Ley de Fick, no obstante, propuestas recientes indican que para una mejor descripción de sistemas complejos, resulta conveniente el uso de modelos generalizados, como los modelos fraccionales. En este sentido, en este trabajo se propone el estudio de sistemas de reacción-transporte donde se ve implicado CO2, mediante la descripción por modelos generalizados con la consideración de dos dimensiones espaciales. En este trabajo se considera sistemas bajo de una y múltiples fases bajo la propuesta de dos casos de estudio distintos. Se desarrollan los esquemas numéricos para la simulación de los modelos propuestos mediante esquemas de diferencias finitas en modelos bidimensionales dinámicos, a la par que se desarrolla un estudio de sensibilidad paramétrica para los parámetros adicionados por los modelos generalizados, donde se aprecia que en los modelos generalizados el orden de la derivada fraccional es el parámetro de mayor relevancia definiendo el comportamiento del sistema, siendo de importancia el estudio de estos parámetros y el sentido físico del fenómeno. Los modelos propuestos pueden dar indicios a fenómenos observados mediante experimentación, donde se presentan un incremento de la reacción en geometrías porosas o mejores conversiones de los sistemas en donde la geometría es irregular, a la par de conjeturas importantes en el estudio de la fase transitoria de los procesos.