Estudio de reactores monolíticos autotérmicos para la generación primaria de calor

Eduardo López.

2002.

202 págs. : ilustraciones ; 29,5 cm.

Tesis--Universidad Nacional del Sur, 2002.

Resumen: La presente Tesis presenta resultados vinculados al diseño y operación de un combustor catalítico para la generación de calor a escala doméstica. Como combustible se ha seleccionado gas natural y para la combustión del mismo se han utilizado catalizadores de Pd dispersos sobre un washcoat de y-Al2O3 y un monolítico cerámico de cordierita. Se ha impuesto como condición de diseño que el combustor catalítico opere en ausencia total de llama, aún para el precalentamiento de la mezcla reactiva. Por esta razón los estudios se han centrado en el diseño y simulación de reactores autotérmicos. En esta tesis, en primer lugar, se presenta y discute el modelo matemático utilizado para representar el comportamiento del reactor monolítico en estado estacionario. Se validan las diferentes hipótesis asumidas y se discute la relevancia de las resistencias internas y externas al transporte de masa y energía. Se realiza un análisis de sensibilidad paramétrica. Además, se presenta un modelo denámico del reactor. El modelo matemático en estado estacionario del reactor es utilizado para explorar diferentes alternativas para la operación autotérmica del combustor catalítico. Se analizan tres diseños autotérmicos: un reactor con flujo reversible, un sistema integrado reactor-intercambiador de calor y un reactor con reciclo. Se selecciona la mejor alternativa y se realizan estudios adicionales para evaluar la performance estacionaria y dinámica del sistema autotérmico seleccionado. Con el objetivo de contar con un catalizador propio para la combustión de metano se llevan a cabo tareas experimentales de preparación y caracterización de un catalizador monolítico de Pd. Se realizan experimentos tendientes a la obtención de los parámetros cinéticos de dos expresiones comunmente reportadas en la bibliografía. Se desarrolla un modelo riguroso del reactor en estado no estacionario para determinar cómo influyen distintas perturbaciones sobre los fenómenos de difusión-reacción en el washcoat y en el soporte. Se evalúa la capacidad predictiva de varias expresiones de bibliografía para el cálculo aproximado del factor de efectividad. Por último, se estudia la influencia de la expresión cinética sobre el diseño y la performance de un combustor catalítico autotérmico. Se obtiene un criterio conservatorio que se utiliza, junto con otros resultados obtenidos en la Tesis, para realizar un re-diseño del reactor monolítico autotérmico para la generación primaria de calor a escala doméstica. CALIFICACION DEPARTAMENTO DE GRADUADOS Calificación de la defensa oral: Sobresaliente - 10 (diez) Fecha: 21/11/02

Incluye referencias bibliográficas.