Un novedoso estudio de dinámica de fluidos de los flujos gas-líquido en biofiltros percoladores mediante simulaciones CFD y técnicas de imagen digital

  • Felipe Antonio Carreño López

    Student thesis: Doctoral Thesis

    Abstract

    Diariamente, enormes cantidades de compuestos orgánicos volátiles (COVs) son emitidos a la atmósfera tanto de fuente naturales como antropogénicas. La biofiltración de lecho escurrido se ha transformado en una de las tecnologías más prometedoras para el control de olores. En las últimas décadas, el tratamiento de contaminantes gaseoso ha sido estudiado, y diversos modelos numéricos que buscan predecir la transferencia de masa han sido desarrollados. Sin embargo, el estado del arte acual se basa principalmente en el uso de las teorías de la capa límite, de penetración y renovación de superficie, las que no consideran la variación de las velocidades del fluido, propiedades físicas, o régimen de flujo en su estimación. Para tener en cuenta las variaciones en los procesos físicos locales, se requiere una descripción detallada de los medios porosos, la dinámica de fluidos multifásicos y la película de biomasa. Este trabajo investiga y amplía un modelo tridimensional de dinámica de fluidos computacional (DFC) acoplado con tomografía computarizada (TC) con la incorporación novedosa de un agente de contraste como un primer intento de evaluar la formación de biopelícula local dentro de una estructura porosa realista utilizada en biofiltración. La validación se logró en términos de la distribución del tiempo de residencia
    (DTR) de la fase gaseosa y líquida, y el coeficiente de transferencia de masa volumétrica. La DTR de la fase gaseosa se obtuvo utilizando una metodología novedosa basada en un sensor de MOx de bajo costo; la DTR en fase líquida se obtuvo mediante el método de pulso de azul de metileno, mientras que la caracterización de la transferencia de masa se realizó mediante el método del sulfito. Estos resultados se utilizaron para validar los modelos DFC-TC. El
    RTD medio y la varianza normalizada estimada en la simulación fueron 43,709 s y 0,326, respectivamente. En comparación con los resultados experimentales, se encontró una diferencia relativa de 4,167% para la RTD media y 32,515% para la varianza normalizada.
    Finalmente, la columna se operó para el tratamiento de tolueno y se añadió un agente de contraste después de alcanzar el estado estacionario para obtener una descripción 3D de la formación de biopelícula local, donde el área de superficie computada disponible para la biodegradación fue de 0,366 m2. Este trabajo da como resultado un modelo de RTD de gas validado, mientras que para el RTD de líquido y el coeficiente de transferencia de masa los enfoques propuestos parecen prometedores pero requieren recursos computacionales adicionales para evaluar el comportamiento de estado estacionario.
    Date of Award2024
    Original languageSpanish (Chile)
    Awarding Institution
    • Universidad de los Andes
    • Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
    • Doctorado en Ciencias de la Ingeniería
    SupervisorPatricio Alejandro Moreno-Casas (Supervisor)

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