Thesis MODELACIÓN NUMÉRICA DE UN REACTOR DE WATER-SPLITTING TERMOQUÍMICO DE DOS ETAPAS BASADO EN UN CICLO REDUCCIÓN-OXIDACIÓN DE ÓXIDO DE CERIO
Date
2021-05
Authors
ALEGRÍA GALETOVIC, NICOLÁS ESTEBAN
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Abstract
El presente trabajo se trata del desarrollo e implementación de un modelo computacional
que simule el proceso termoquímico de reducción y oxidación para la producción de
hidrógeno mediante Water-Splitting. Esta iniciativa nace en el marco del proyecto FONDAP
“Solar Energy Research Center (SERC-Chile)”, específicamente en la línea de desarrollo e
investigación de almacenamiento de energía y química-solar; bajo este proyecto se realizó el
diseño y puesta en marcha de un reactor de Water-Splitting y es en base al funcionamiento
de este reactor que se desarrolla el modelo.
Para desarrollar el modelo se planteó en primer lugar la situación física a estudiar. Luego
de una revisión bibliográfica se decidió tratar el reactante como medio poroso. Se utilizó un
modelo de combustión en medios porosos [19] para los balances de energía y masa, por otro
lado, se utilizaron ecuaciones de variación de concentración de vacancias ([11] y [10]) para
determinar la producción de oxígeno e hidrógeno en la respectiva reducción/oxidación.
Además del modelo del reactor de Water-Splitting se realizó un modelo de comparación
para evaluar el comportamiento de la componente cinética del modelo y determinar el grado
de cercanía del modelo con datos experimentales. Para esto se utilizó la situación física
descrita por Arifin [11] y se desarrolló un modelo simple para obtener moles de oxigeno e
hidrógeno de acuerdo al procedimiento descrito en dicha publicación. A partir del modelo
de comparación, se determinó una cercanía de los valores para la oxidación mas no para la
reducción. Esta diferencia en la reducción se le atribuye a fenómenos de difusión de especies
y diferencias entre la situación física real y la modelada.
Respecto al modelo del reactor de Water-Splitting, se realizó un análisis de sensibilidad
de variables. Este análisis determinó que las variables más relevantes eran temperaturas en la
condición de borde y tiempo de reacción, en particular la oxidación resultó ser más sensible
que la oxidación según los casos planteados. Sin embargo, para que el modelo planteado sea
válido, es preciso realizar experimentos con el reactor de Water-Splitting para así ajustar los
parámetros y obtener resultados lo más cercanos a la realidad posible.
Se espera que este estudio sirva de motivación para seguir el desarrollo investigativo de
ciclos termoquímicos, considerando el gran potencial de energía solar disponible en Chile, la
utilización de ciclos termoquímicos podría ser una alternativa viable para la producción de
hidrógeno en el futuro.
Description
Keywords
Water-Splitting , ciclos termoquímicos , óxido de cerio
