Modelamiento y simulación del flujo bifásico pistonado en microcanales utilizando un software comercial Fdc de volumenes finitos

Abstract

El rápido desarrollo de las técnicas de microfabricación ha generado nuevas oportunidades para la aplicación de tecnologías considerando reactores con Microcanales principalmente en la ingeniería de reacciones químicas. La razón extremamente grande entre superficie y volumen así como una trayectoria corta en el transporte consiguen realzar dramáticamente la transferencia de masa y calor, por lo tanto proporcionan oportunidades con mucho potencial en el desarrollo de los procesos químicos. Las reacciones multifasicas propias de las industrias químicas y farmacéuticas implican reactantes en fase líquida y/o gaseosa con sólidos como catalizadores. La hidrodinámica del flujo afecta el desempeño del reactor significativamente; por consiguiente desempeña un papel importante en el diseño del reactor. Para flujos bifásicos en Microcanales considerando gas – líquido, el flujo pistonado (slug) de Taylor es el patrón más comúnmente encontrado. El presente estudio se enfoca con la simulación numérica del flujo de Taylor en un microcanal, considerando pistones de gas y líquido. Se considera un microcanal con una geometría en “T” vacío como modelo de microreactor con una sección transversal que varía en función de la espesura (0.25, 0.5, 0.75, 1, 2 y 3 mm), se utilizó el software comercial de Fluido Dinámica Computacional basado en Volúmenes Finitos ANSYS® FLUENT para realizar las simulaciones numéricas. Las longitudes de los pistones de gas y líquido a varias condiciones de operación y fluidos fueron obtenidas, las comparaciones realizadas con la literatura presentan un buen ajuste. Varias correlaciones en el microcanal con geometría en “T” fueron desarrolladas a partir de los resultados de las simulaciones. También se realizó el estudio del flujo de pistón para otras geometrías y diferentes condiciones en los flujos de ingreso