Hidrodinámica y caracterización de burbujas de oxígeno de celdas catalíticas utilizadas en fotosíntesis artificial mediante CFD
Autores: Torras, Carles; Lorente, Esther; Hernández, Simelys; Russo, Nunzio; Salvadó, Joan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2017
Acceso abierto
Artículo científico
2017
Hidrodinámica y caracterización de burbujas de oxígeno de celdas catalíticas utilizadas en fotosíntesis artificial mediante CFD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Células miniaturizadas
Fotoelectroquímica
División del agua
Burbujas
Dinámica de fluidos computacional
Diseño
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
Las celdas miniaturizadas pueden ser utilizadas en fotoelectroquímica para realizar la separación del agua. La geometría, las variables del proceso y la eliminación de burbujas de oxígeno en estas celdas necesitan ser optimizadas. Las burbujas tienden a permanecer adheridas a la superficie catalítica, bloqueando así la reacción, y por lo tanto necesitan ser arrastradas fuera de la celda. Se han realizado simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional para evaluar el diseño de celdas miniaturizadas y sus resultados se han comparado con resultados experimentales. Se ha encontrado que bajas velocidades de entrada de líquido (~0.1 m/s) favorecen la distribución homogénea del flujo. Velocidades moderadas (0.5-1 m/s) favorecen caminos preferidos. Altas velocidades (~2 m/s) conducen a un comportamiento turbulento del flujo, pero evitan la coalescencia de burbujas y ayudan a arrastrar las burbujas. La gravedad tiene un efecto limitado a esta velocidad. Finalmente, también se han analizado celdas canalizadas y permiten una buena distribución del flujo, pero parte del área catalítica podría perderse. Los resultados presentados aquí pueden ser utilizados como pautas para el diseño óptimo de celdas fotocatalíticas para la reacción de separación del agua para la producción de combustibles solares, como H2 u otros productos de reducción de CO2 (es decir, CO, CH4, entre otros).
Descripción
Las celdas miniaturizadas pueden ser utilizadas en fotoelectroquímica para realizar la separación del agua. La geometría, las variables del proceso y la eliminación de burbujas de oxígeno en estas celdas necesitan ser optimizadas. Las burbujas tienden a permanecer adheridas a la superficie catalítica, bloqueando así la reacción, y por lo tanto necesitan ser arrastradas fuera de la celda. Se han realizado simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional para evaluar el diseño de celdas miniaturizadas y sus resultados se han comparado con resultados experimentales. Se ha encontrado que bajas velocidades de entrada de líquido (~0.1 m/s) favorecen la distribución homogénea del flujo. Velocidades moderadas (0.5-1 m/s) favorecen caminos preferidos. Altas velocidades (~2 m/s) conducen a un comportamiento turbulento del flujo, pero evitan la coalescencia de burbujas y ayudan a arrastrar las burbujas. La gravedad tiene un efecto limitado a esta velocidad. Finalmente, también se han analizado celdas canalizadas y permiten una buena distribución del flujo, pero parte del área catalítica podría perderse. Los resultados presentados aquí pueden ser utilizados como pautas para el diseño óptimo de celdas fotocatalíticas para la reacción de separación del agua para la producción de combustibles solares, como H2 u otros productos de reducción de CO2 (es decir, CO, CH4, entre otros).