Desarrollo de la metodologia numérica para el análisis del comportamiento de absorbedores falling film de libr-h2o

Resumen

En esta tesis doctoral se ha analizado la influencia de las condiciones de operación y las propiedades termofísicas de transporte en el comportamiento de los absorbedores de tipo falling film que operan con la mezcla LiBr-H2O en tecnologías de absorción. Con este fin, se han definido y evaluado diferentes metodologías numéricas basadas en el método de los volúmenes finitos (en inglés Finite Volume Method, FVM). Este trabajo, ha permitido determinar la influencia de las propiedades de mojabilidad en el comportamiento hidrodinámico del flujo falling film en tubos horizontales por medio de modelos transitorios. Asimismo, se ha estudiado el rango de aplicabilidad de los modelos 2D y 3D, comparando los resultados con las soluciones de la bibliografía. Mediante estos modelos se ha analizado el comportamiento transitorio del flujo, así como la evolución del área de mojado y el espesor del film para diferentes ángulos de contacto. Los resultados han mostrado que las propiedades de mojabilidad tienen un gran impacto en estos parámetros y, por consiguiente, deben ser consideradas en los estudios de falling films de tubos horizontales. Además, se han comparado las diferentes formulaciones matemáticas y las metodologías de estudio de la transferencia de calor y masa de absorbedores falling film utilizados en la bibliografía, demostrando que la absorción varía en función de la metodología escogida. Los métodos seleccionados han sido Fick y Higbie sin imponer la fracción másica, suponiendo difusión unidireccional en la interface. De la misma forma, los resultados de los modelos han sido contrastados con resultados experimentales, demostrando mayor fiabilidad el método de Fick 1D. Por último, se ha estudiado el efecto de la termodifusión en el rendimiento de los absorbedores falling film. Para ello, se ha considerado la transferencia de masa causada tanto por los gradientes de concentración, como de temperatura. A través de la metodología definida, se han examinado la absorción de vapor, y los perfiles de temperatura y fracción másica del film para diferentes condiciones de operación y valores de termodifusión. Los resultados han evidenciado que, debida a la naturaleza negativa del efecto Soret de la mezcla LiBr-H2O, la termodifusión incrementa la absorción. Por lo tanto, el uso de fluidos con un alto valor absoluto del coeficiente negativo de termodifusión (Dt), podría mejorar la rentabilidad de las máquinas de absorción. No obstante, se prevé esencial la determinación experimental del coeficiente Dt para cuantificar el efecto real del mecanismo de la transferencia de masa bajo el gradiente de temperatura en el rendimiento de absorbedores.