Análisis de la dinámica de fluidos en régimen turbulento en un lecho empacado con baja relación de dt/dp Público Deposited
Los lechos empacados son ampliamente utilizados en diferentes procesos industriales de transformación de compuestos primarios a productos de interés comercial. En particular, el reactor de lecho empacado con baja relación diámetro de tubo a se utiliza en la industria petroquímica para llevar a cabo aquellas reacciones catalíticas que son exotérmicas o endotérmicas. De tal forma que, en este reactor, las características termodinámicas y cinéticas de la reacción son las que determinan la configuración geométrica del tubo y del catalizador, lo que a su vez origina la presencia de diferentes patrones de flujo, retromezclado, estancamiento, acanalamiento, entre otros. Diferentes estudios se han realizado en esta clase de reactores con el objetivo de analizar el comportamiento de la dinámica de fluidos, parte de estos estudios se han desarrollado mediante el uso de simulaciones a nivel local ya sea mediante Simulaciones Numéricas Directas (DNS, por sus siglas en inglés) o de las Ecuaciones Promediadas de Navier Stokes (RANS, por sus siglas en inglés). Sin embargo, debido al alto costo computacional requerido en la descripción de la dinámica de fluidos de un reactor a escala industrial se requieren alternativas de modelado que demanden bajo costo computacional. En este escenario, los modelos pseudo continuos resultan una alternativa viable ya que su desarrollo permite que puedan ser aplicados al diseño de reactores a escala industrial incluyendo su optimización y control. Sin embargo, la mayoría de estos modelos pseudo continuos están en términos de parámetros que son determinados a partir de ajuste de datos experimentales, lo cual podría generar incertidumbre en su desarrollo. Diferentes suposiciones se han realizado en el modelado de la dinámica de fluidos en lechos empacados considerando estos como pseudo continuos, donde la propuesta de la incorporación de la corrección de Brinkman que hace uso de una viscosidad efectiva o una viscosidad turbulenta ha permitido describir observaciones promediadas de la velocidad; no obstante, todavía resulta cuestionable la determinación de esta viscosidad. En este trabajo se desarrolló un modelo pseudo continuo para la descripción de la dinámica de fluidos en un lecho empacado con una relación de diámetro de tubo a diámetro de partícula dt/dp de 3, la descripción del modelo propuesto incluye iv el término de resistencias sólido-fluido que será obtenido a partir de las simulaciones locales DNS. La validez del modelo desarrollado se realizó al comparar sus predicciones con promedios de la velocidad obtenidos de simulaciones locales y con predicciones de velocidad obtenidas a partir del modelo convencional Navier-StokesDarcy-Forchheimer (NSDF), el cual ha sido ampliamente utilizado en la literatura para describir los perfiles de velocidad en lechos empacados con baja relación de dt/dp. Los resultados mostraron que el traslado de la información local dado por las DNS y RANS (fuerzas sólido-fluido, viscosidad turbulenta) proporciona una mejor descripción de los perfiles de velocidad que los modelos convencionales, traduciéndolo en la confiabilidad del modelo para un análisis del sistema planteado.
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