Aproximación bidimensional P1 (P1-2D) para la descripción del campo radiante en reactores solares fotocatalíticos cilíndricos

• Nchikou, Clovis ^[1]
  1. [1] INTERLINE Institute of Higher Studies
• Localización: Ing-Nova, ISSN-e 2805-9182, Vol. 3, Nº. 2, 2024, págs. 93-108
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Two-dimensional P1 approximation (P1-2D) for the Description of the Radiant Field on Cylindrical Solar Photocatalytic Reactors
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• Resumen
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    Se formuló la velocidad volumétrica local de absorción de fotones (LVRPA) resolviendo la Ecuación de Transferencia Radiativa (RTE) en coordenadas polares con la aproximación P1 (P1-2D) para la descripción del campo radiante en reactores solares fotocatalíticos cilíndricos. Se formuló una expresión general del LVRPA que puede emplearse en reactores fotocatalíticos cilíndricos con una radiación incidente constante a lo largo de la longitud del reactor. Se utilizaron reactores fotocatalíticos CPC  y  tabulares  como  modelos  de  reactor  y  se  consideró  la  ley del coseno de Lambert (irradiancia) al utilizar las condiciones de contorno. Las simulaciones se realizaron utilizando el TiO2-P25 comercial cuyas propiedades ópticas se tomaron de la bibliografía. Se encontró que el LVRPA disminuye exponencialmente desde la pared del reactor hacia su centro. La velocidad volumétrica de absorción de fotones por unidad de longitud del reactor (VRPA/H) aumentó exponencialmente con la carga de catalizador hasta un valor en el que no se observó un aumento significativo y se encontró que aumentaba con el radio del reactor, información que concuerda con la literatura. La carga óptima de catalizador con el reactor CPC fue de aproximadamente 0,364 g/L con un radio del reactor igual a 1,65 cm, similar a la encontrada en la literatura cuando se utilizó el modelo de seis flujos en dos dimensiones (SFM-2D). El espesor óptico aparente τ_App1 formulado de nuevo con la aproximación P1 se introdujo con fines de optimización y se encontró más fiable que el espesor óptico τ. Este parámetro no sólo elimina la dependencia de la carga óptima de catalizador del radio del reactor, sino también su dependencia del albedo del catalizador. El τ_App1 se encontró alrededor de 9,73 y 14,6 para CPC y reactores tubulares, respectivamente, y proporciona la carga óptima de catalizador y el radio del reactor que optimizan la absorción de radiación dentro de ambos reactores  

  • English

    The local volumetric rate of photon absorption (LVRPA) was formulated by solving the radiative transfer equation (RTE) in polar coordinates with the P1 approximation approach (P1-2D) for the description of the radiant field in cylindrical solar photocatalytic reactors. A general expression of the LVRPA was formulated that can be employed on cylindrical photocatalytic reactors with an incident radiation constant along the reactor length. CPC and tubular photocatalytic reactors were used as reactor models and Lambert's cosine law (irradiance) was considered when using the boundary conditions. Simulations were carried out using the commercial TiO2-P25, its optical properties taken from the literature. The LVRPA was found to decrease exponentially from the reactor wall to its center. literature rate of photon absorption per unit of reactor length (VRPA/H) increased exponentially with the catalyst loading until a value where no significant increase was observed and was found to increase with reactor radius, information that agrees with the literature. The optimum catalyst loading with the CPC reactor was about 0.364 g/L with a reactor radius equal to 1.65 cm similar to that found in the literature when using the six-flux model in two dimensions (SFM-2D). The apparent optical thickness τ_App1 newly formulated with the P1 approximation was introduced for optimization purposes and was found more reliable than the optical thickness τ. This parameter not only removes the dependence of the optimum catalyst loading on the reactor's radius but also its dependence on catalyst albedo. τ_App1 was found about 9.73 and 14.6 for CPC and tubular reactors respectively and provides the optimum catalyst loading and the reactor radius that optimize the radiation absorption inside both reactors.