Caracterización del transporte de cantidad de movimiento y su impacto en el transporte de calor Axial y Radial en un lecho empacado mediante CFD Público Deposited
Los reactores de lecho empacado son los más utilizados en la industria petroquímica. Dentro de nuestro grupo de investigación, se tiene especial interés en reactores de lecho empacado que operan de forma no isotérmica y no adiabática, los cuales se caracterizan por presentar una relación de diámetro de tubo partícula menor a 10 y por contener un catalizador donde la fase activa se encuentra externamente depositada en un soporte no poroso, esto para que se pueda disipar mejor la energía térmica. Por ello es importante describir los mecanismos de transporte de cantidad de movimiento, calor y masa, además de la cinética para llevar a cabo un diseño confiable de esta clase de equipos. Sin embargo, no se tienen una aproximación completa para describir estos sistemas. Esto se debe a dos razones principalmente: la primera se atribuye a la inadecuada descripción de la transferencia de calor en el reactor de lecho empacado; y la segunda a la incertidumbre en la descripción de la cinética de reacción. En esta investigación se tiene interés en el estudio de la transferencia de calor y cantidad de movimiento. Estudiar la transferencia de calor haciendo uso de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, por sus siglas en inglés), ha permitido describir y entender a nivel de escala de poro la interacción de los distintos mecanismos de transporte de cantidad de movimiento y sus interacciones con los mecanismos de transporte de calor en los lechos empacados. No obstante, la definición del sistema geométrico y el tiempo de cómputo han sido los principales retos en el uso de CFD. En este trabajo se caracteriza mediante de CFD la transferencia de calor en un lecho empacado con una relación de diámetro de tubo partícula (dt/dp) igual a 3.175. Primero, se realizó un análisis de los perfiles de velocidad y líneas de corriente, y después se acopló este análisis a la descripción de la transferencia de calor de este lecho empacado cuando es operado de forma adiabática y cuando se opera de forma no isotérmica y no adiabática. Se realizó un análisis de efecto del transporte de cantidad de movimiento en los mecanismos axiales y radiales de transferencia de calor. Los resultados de la transferencia de calor fueron comparados con experimentos del grupo de investigación en trabajos anteriores. En el análisis que se realizó para el transporte de cantidad de movimiento se encontró que la ecuación de Navier-Stokes permite describir el patrón de flujo en un lecho empacado para valores de números de Reynolds de operación en un rango de 123 a 2090. Así mismo, el análisis del transporte de calor para los casos en los que opera de forma no isotérmica y no adiabática y de forma adiabática, mostró que la dinámica de fluidos influye de manera importante en los mecanismos de transporte de calor, ya que tiene efectos importantes en la dispersión de calor radial en el lecho empacado. De igual manera los resultados revelaron que las consideraciones geométricas en la estructura del empaque tales como el contacto entre partículas, puede afectar significativamente los mecanismos locales de transferencia de calor en el lecho empacado.
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