Simulación CFD de la hidrodinámica de un reactor anaerobio de lecho fluidizado inverso

Abstract

En la presente tesis se estudió la hidrodinámica no estacionaria de un reactor de lecho fluidizado inverso (RLFI) operando en el régimen laminar empleado para el tratamiento anaerobio de aguas residuales de la industria cervecera, mediante técnicas de dinámica fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés). El reactor analizado fue caracterizado experimentalmente previamente por Alvarado-Lassman et al. en 2008, trabajo del cual se tomaron los datos experimentales de expansión del lecho de sólidos para la validación de las simulaciones a las condiciones de operación reportadas. Se construyeron dos modelos computacionales en 2 y 3 dimensiones (i.e. 2D y 3D), con sus respectivos análisis de independencia de malla, en donde para el modelo 2D se realizó un estudio del efecto del paso de tiempo en los resultados numéricos. Para modelo 2D, se realizaron pruebas empleando los modelos de arrastre de Syamlal y O'Brien (1989) y de Gidaspow (1994). Se encontró que el modelo de arrastre de Syamlal y O'Brien (1989) exhibe una mejor aproximación de la expansión de lecho a las distintas condiciones de operación reportadas por Alvarado-Lassman y colaboradores en 2008. Usando estas simulaciones 2D, fue posible obtener una descripción de los patrones de flujo, perfiles de tasa de corte y fracción volumen de sólidos, además de la caída de presión en el reactor. Se encontró que ambos modelos (i.e., 2D y 3D) producen resultados muy similares de expansión final del lecho y de la porosidad de la cama; sin embargo, los valores de la velocidad promedio en ambas fases presentan diferencias significativas a velocidades de alimentación superiores a 8 m/h. Los modelos computacionales propuestos pueden ser de gran utilidad para el análisis de este tipo de rectores, dando que se tiene la posibilidad de estudiar su comportamiento a cualquier escala, permitiendo con esto una mejor comprensión de su hidrodinámica y del efecto de las condiciones de operación evaluadas sobre su desempeño hidrodinámico.