Estudio preliminar de un sistema de tratamiento de salmuera para vertido líquido cero (Zero Liquid Discharge) alimentado por gases de escape de micro turbina de gas

Equa ion Chap e 1 Sec ion 1 T abajo Fin de G ado G ado en Ingenie ía de Tecnologías Indus iales El p oyec o SOLMIDEFF es á inanciado po el Plan Es a al Re os de In es igación del Minis e io de Ciencia, Inno ación y Uni e sidades (RTI2018-102196-B-I00) Es udio p elimina de un sis ema de a amien o de salmue a pa a e ido líquido ce o (Ze o Liquid Discha ge) alimen ado po gases de escape de mic o u bina de gas Au o : F ancisco Béja He nández Tu o es: Da id Tomás Sánchez Ma ínez Lou des Ga cía Rod íguez Depa amen o de Ingenie ía Ene gé ica Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Uni e sidad de Se illa Se illa, 2020 iii T abajo Fin de G ado G ado en Ingenie ía de ecnologías indus iales Es udio p elimina de un sis ema de a amien o de salmue a pa a e ido líquido ce o (Ze o Liquid Discha ge) alimen ado po gases de escape de mic o u bina de gas Au o : F ancisco Béja He nández Tu o es: Da id Tomás Sánchez Ma ínez Lou des Ga cía Rod íguez P o eso es i ula es Dp o. de Ingenie ía Ene gé ica Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Uni e sidad de Se illa Se illa, 2020 T abajo de Fin de G ado: Es udio p elimina de un sis ema de a amien o de salmue a pa a e ido líquido ce o (Ze o Liquid Discha ge) alimen ado po gases de escape de mic o u bina de gas Au o : F ancisco Béja He nández Tu o es: Da id Tomás Sánchez Ma ínez, Lou des Ga cía Rod íguez El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os: P esiden e: Vocales: Sec e a io: Acue dan o o ga le la cali icación de: Se illa, 2020 El Sec e a io del T ibunal ii A mis maes os A mi amilia que siemp e es u o ahí A mi no ia que me apoyó en los peo es momen os ix Resumen El p oyec o SOLMIDEFF (Sola mic o gas u bine-d i en desalina ion o en i onmen al o -g id applica ions), inanciado po el plan Nacional de In es igación del Gobie no de España iene como obje i o el desa ollo de un sis ema combinado de desalación de agua alimen ado po ene gía sola , ap o pa a ins alaciones en en luga es aislados de la ed eléc ica. En es e abajo se ealiza un es udio eó ico p elimina de un sis ema de e ido ce o o ZLD (Ze o Liquid Discha ge), ins alado aguas debajo del escape de una mic o u bina de gas sola , el cual consis e en un p oceso é mico pa a ecupe a agua de la co ien e de salmue a que, de o o modo, se ía e ida al ambien e. Es a ca ac e ís ica de SOLMIDEFF inco po a en ajas muy impo an es espec o de los sis emas con encionales basados en ecnología o o ol aica. El sis ema ZLD consis e en un egene ado al cual en a un gas calien e en lujo ho izon al y, as pasa po un codo, asciende y se encuen a con la salmue a p oceden e del p oceso de ósmosis, la cual se inyec a a con aco ien e y po g a edad a cie a al u a den o del canal, e apo ando el agua de la salmue a pa a sepa a la de la sal. En es e es udio se incluye el análisis de la geome ía del egene ado , el mallado empleado y unas condiciones de con o no su icien es pa a que el sis ema alcance el obje i o de e apo a el agua de la salmue a in oducida (caso base). T as un es udio comple o sob e el e ec o de cada a iable en el sis ema se demues a que el del amaño de las go as in oducidas y su caudal oman un papel undamen al en la e apo ación de las go as. Finalmen e, empleando la in o mación ecabada a lo la go del abajo, se desa ollan mejo as pa a el caso base, consiguiendo duplica la can idad de salmue a e apo ada en elación a un cie o caudal de gases de escape de la mic o u bina de gas. ÍNDICE DE FIGURAS Figu a 1. Obje i os p incipales de SOLMIDEFF [2] 1 Figu a 2. Sis ema de disco sola de OMSoP [4] 3 Figu a 3. Diag ama de un p oceso ZLD [6] 4 Figu a 4. Diag ama de lujo de un p oceso ZLD con sis emas de memb ana y de a amien o é mico [7] 5 Figu a 5. Tecnologías de p e- a amien o de salmue a: (a) elec odiálisis, (b) osmosis in e sa, (c) des ilación de memb ana [5] 5 Figu a 6. Flujo a a és de un módulo de memb ana [13] (ci ado en [11, p.5]) 6 Figu a 7. Vasija a p esión [16] (ci ado en [11, p.5]) 6 Figu a 8. Fase de e apo ación/c is alización en un disposi i o con encional [5] 8 Figu a 9. Mapa de los egímenes de in e acción en e pa ículas y u bulencia [20] 11 Figu a 10. En alpía de cambio de ase de disoluciones de sales ma inas, en kJ/kg 14 Figu a 11. Ele ación del pun o de ebullición de disoluciones de sales ma inas, en K 14 Figu a 12. Geome ía del caso base 17 Figu a 13. Dimensiones de la geome ía del caso base 17 Figu a 14. Geome ía al e na i a con más anchu a en el canal e ical 18 Figu a 15. Geome ía al e na i a con en ada b usca en la zona de in e cambio 18 Figu a 16. Función 𝑦+ [37] 20 Figu a 17: Valo de 𝑦+ a lo la go de las pa edes del dominio 20 Figu a 18. Mallado comple o del sis ema 22 Figu a 19. Malla aumen ada 22 Figu a 20. Codo aumen ado con la unción In la ion ce ca de la pa ed 23 Figu a 21. Conexión del codo con el canal e ical 23 Figu a 22. Canal ho izon al 24 Figu a 23. Canal e ical 24 Figu a 24. Inyecciones de salmue a en la ase con inua. 26 Figu a 25. Con o no de la elocidad a lo la go del dominio 27 Figu a 26. Diáme o de las pa ículas 28 Figu a 27. Humedad ela i a 29 Figu a 28. Tempe a u a 29 Figu a 29. G á ica de ene gía ciné ica u bulen a 30 Figu a 30. F acción másica de H2O 30 Figu a 31. P esión 31 Figu a 32. E apo ación de DPM 31 x ii Figu a 33. G á ica de concen ación de DPM 32 Figu a 34. G á ica de e apo ación de DPM 32 Figu a 35. G á ica de acción másica de O2 33 Figu a 36. G á ica de acción másica de H2O 33 Figu a 37. G á ica de empe a u a 34 Figu a 38. G á ica de elocidad 34 Figu a 39. G á ica de elocidad adial 35 Figu a 40. G á ica de elocidad angencial 35 Figu a 41. Concen ación de DPM a dis in as al u as del eje y. 38 Figu a 42. Ene gía ciné ica u bulen a a dis in as al u as del eje y 38 Figu a 43. F acción másica de H2O a dis in as al u as del eje y 39 Figu a 44. Humedad ela i a a dis in as al u as del eje y 39 Figu a 45. Tempe a u a del lujo a dis in as al u as del eje y 40 Figu a 46. E apo ación de DPM a dis in as al u as del eje y 40 Figu a 47. Velocidad a dis in as al u as del eje y 41 Figu a 48. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ios caudales de salmue a. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) 43 Figu a 49. Diáme o de las pa ículas pa a dis in os caudales de salmue a 44 Figu a 50. Diáme o de las pa ículas pa a dis in os amaños de pa ícula 46 Figu a 51. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ios amaños de pa ícula. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) 46 Figu a 52. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ias empe a u as de en ada de salmue a. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) 49 Figu a 53. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ias elocidades del ai e a la en ada. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) 50 Figu a 54. G á ica de pe iles de la acción másica de H2O pa a =7 m/s a dis in as al u as den o del canal e ical 50 Figu a 55. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ias empe a u as del ai e a la en ada. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) 51 Figu a 56. Diáme o de pa ículas en el caso 1 55 Figu a 57. G á ica de la acción másica de H2O a dis in as al u as del eje de o denadas pa a el caso 1 55 Figu a 58. G á ica de la empe a u a a dis in as al u as del eje de o denadas pa a el caso 1 56 Figu a 59. Posición de las líneas de inyección de salmue a en el caso 2. El alo de las co as se encuen a en la Figu a 13 57 Figu a 60. G á ica de la acción másica de H2O a dis in as al u as del eje de o denadas pa a el caso 2 57 Figu a 61. Diáme o de pa ículas en el caso 2 58 Figu a 62. Tempe a u a en el caso 2 58 Figu a 63. Diáme o de pa ículas en el caso 3 59 Figu a 64. G á ica del núme o de elemen os de la malla en los dis in os casos 62 Figu a 65. G á icas de a iación de pa áme os índice según el caso 64 Figu a 66. G á icas de a iación ela i a al caso an e io de los pa áme os índice según el caso 65 xix No ación ZLD Ze o Liquid Discha ge SOLMIDEFF Sola Mic o gas u bine-d i en Fesalina ion o En i onmen al O -g id applica ions SMGT Sola Mic o Gas Tu bine OMSoP Op imised Mic o u bine Sola Powe sys em FO Ósmosis con encional RO Ósmosis in e sa ED Elec odialisis EDR Elec odialisis e e sible MD Des ilación de memb ana PV Tubo a p esión CFD Compu a ional Fluid Dynamics DNS Simulaciones numé icas di ec asB CV Coe icien e de a iación DPM Lag angian disc e e phase model EES Enginee ing Equa ion Sol e MIT Ins i u o ecnológico de Massachuse s HR Humedad ela i a UDF Función de inida po el usua io INTRODUCCIÓN 1.1. Mo i ación del p oyec o l obje i o de es e abajo es el diseño, modelado y análisis de un sis ema ZLD (Ze o Liquid Discha ge), uno de los p ocesos que o man pa e de SOLMIDEFF (Sola Mic o gas u bine-d i en Desalina ion o En i onmen al O -g id applica ions), un p oyec o mul idisciplina cuyo obje i o p incipal es desa olla y demos a una ecnología inno ado a, a pequeña escala que posibili e la p oducción de agua en ubicaciones emo as y sin acceso a elec icidad [1]. En es e pun o se hace una in oducción a dicho p oyec o, de qué pa es se compone, qué á eas de la ingenie ía implica y qué apo ación o ece es e abajo. SOLMIDEFF es un p oyec o inanciado po el Minis e io de ciencia e inno ación y el Fondo Eu opeo de Desa ollo Reginal que consis e, esencialmen e, en el desa ollo concep ual de un sis ema de p oducción de ene gía eléc ica y agua po able a pa i de ene gía sola , empleando pa a ello una mic o u bina de gas sola (SMGT). Es e mo o , con un diseño op imizado, p oduce ene gía eléc ica y é mica que es empleada po una unidad de ósmosis in e sa en combinación con un sis ema de e ido líquido nulo pa a p oduci agua po able con un impac o ambien al p ác icamen e nulo [2]. La in eg ación de es os sis emas puede e se en la Figu a 1 de mane a concep ual. Figu a 1. Obje i os p incipales de SOLMIDEFF [2] Como se de alla en la p opia página web de SOLMIDEFF [1], es os sis emas pod ían cons i ui una solución ideal y en able pa a el suminis o eléc ico en comunidades aisladas, ya que pe mi e un único sis ema gene ado de ene gía con mucho menos man enimien o y cos es de ope ación que o as ecnologías combinadas como o o ol aica + ba e ías o o o ol aica + diésel. Las mic o u binas sola es en el ango de 5 a 30 kWe han sido p obadas ecien emen e en Eu opa en p oyec os como OMSoP [3], demos ando el po encial de p oduci elec icidad (con un cos e de 10-15 c€/kWh) y ene gía é mica a al a empe a u a a 250 ºC a pa i de la ene gía sola , y pe mi iendo una ácil hib idización con combus ible líquido o gas pa a egímenes de ope ación p olongados (o incluso con inuos). E In oducción 2 El p oyec o SOLMIDEFF se compone de ac i ididades eó icas y expe imen ales, y es e abajo p e ende con ibui a es e desa ollo median e la simulación y diseño del p oceso óp imo de desalación del sis ema ZLD que encaje con las condiciones y ca ac e ís icas que equie e el p oyec o. La mo i ación p incipal de desa olla un p oceso de desalación óp imo y a pequeña escala es con ibui al p og eso de comunidades en ubicaciones emo as p oduciendo agua que pueda se i an o pa a el consumo humano como pa a se icios ag ícolas. Ya exis en ecnologías disponibles pa a sol en a es e p oblema, pe o o equie en una po encia eléc ica no disponible (ósmosis in e sa dependien e de la ene gía) o se apoyan en sis emas que no pe mi en una p oducción con inua de elec icidad. Además, el cos e de es a ecnología pod ía se inadmisible en cie as ubicaciones [1]. 1.2. O ganización del p oyec o Es e abajo comienza con una desc ipción del p oyec o SOLMIDEFF en el capí ulo 2, incluyendo de qué pa es se compone y cuál es su in úl imo, haciendo especial hincapié en el sis ema ZLD, ma co en el que se desa olla es e abajo. A lo la go del la subsección 2.1 se desa olla cómo unciona es e disposi i o y los usos que se le puede da en dis in as indus ias. El capí ulo 3 a a los modelos numé icos empleados según la li e a u a pa a p oyec os de la misma ipología, desc ibiendo los enómenos ísicos que ocu en en sis emas simila es en la subsección 3.1. En las subsecciones 3.2 y 3.3 se cen a la a ención en la simulación en CFD median e ANSYS Fluen , de allando cómo se aplican los modelos eó icos a las simulaciones. El capí ulo 4 cons i uye el eje cen al del p oyec o, a ando el caso base p opues o, así como analizando a iaciones del mismo. En p ime luga se hace una desc ipción del sis ema y sus ca ac e ís icas, comen ándose las ca ac e ís icas de la geome ía en la subsección 4.1, de la malla diseñada pa a la simulación en la subsección 4.2 y de las condiciones luidodinámicas de con o no en ella subsección 4.3. T as es o, se exponen los esul ados ob enidos y se comen a su sen ido y iabilidad en la subsección 4.4. En es e úl imo se analizan a ias aspec os de los esul ados ob enidos: se discu e sob e el caso base ( é mino que se emplea á a lo la go de es e abajo) en la subsección 4.4.1; y se analiza la in luencia que cada una de las a iables de con o no iene sob e el sis ema, dejando en e idencia los pa áme os que mejo de inen los enómenos que se obse an (subsecciones 4.3.1 y 4.3.2). Una ez conocidos odos es os da os, se p oponen nue as condiciones de con o no con el obje i o de mejo a la ac uación del caso base en la subsección 4.5. En el capí ulo 5 se ejecu a un análisis de sensibilidad de la malla empleada en el caso base, alidandola y analizando la in luencia que una mayo o meno bondad del mallado puede ene sob e el sis ema. El p oyec o inaliza con un apa ado de conclusiones en el que se hace un esumen de odas las lecciones ap endidas du an e la ealización del mismo. PROYECTO SOLMIDEFF l uncionamien o del sis ema, según la p opia documen ación de SOLMIDEFF [2] es el siguien e. Un disco pa abólico ecoge y concen a la ene gía sola en un plano ocal donde se ins ala la unidad de con e sión de po encia (Powe Con e sion Uni o PCU), la cual se compone de un ecep o sola y una mic o u bina de gas. El comp eso de la mic o u bina aspi a ai e a mos é ico, el cual se comp ime y, as su calen amien o en el in e cambiado egene a i o, se in oduce en el ecep o sola . El ecep o ambién es un in e cambiado de calo que ans ie e la ene gía sola concen ada ecibida del colec o a la co ien e en an e de gas p esu izado, de ol iéndola a al a empe a u a y p esión. Es e ai e, ípicamen e al ededo de los 800ºC es expandido en la u bina, donde se p oduce la po encia pa a acciona an o el comp eso como el gene ado eléc ico. Finalmen e, an es de se desca gados a la a mós e a, los gases de salida de la u bina son conducidos a a és del egene ado pa a p ecalen a el ai e de en ada en el comp eso . Den o del egene ado , las co ien es ía y calien e suelen dispone se a con aco ien e, disposición empleada ambién en el p oyec o OMSoP [3]. Figu a 2. Sis ema de disco sola de OMSoP [4] El segundo subsis ema del concep o SOLMIDEFF se compone de dos elemen os [2]: un sis ema a anzado de desalación basado en ecnología de osmosis in e sa y una unidad de ZLD (Ze o Liquid Discha ge). El sis ema de osmosis in e sa p oduce agua dulce y salmue a con una al a concen ación de sales, la cual es a ada en un disposi i o de ecupe ación de agua de la co ien e de salmue a po medios é micos. Es e sis ema, conocido gene almen e como Ze o Liquid Discha ge (ZLD), es el obje o de es e abajo. El ZLD es el elemen o en el que se cen a es e abajo y su uncionamien o, p es aciones y ca ac e ís icas se án desc i as a lo la go del mismo. Ambos sis emas que componen el sis ema in e io inco po an p o undas inno aciones con espec o a la ecnología ac ual. 2.1. Sis ema Ze o Liquid Discha ge (ZLD) 2.1.1 Obje i os, aplicaciones y uncionamien o En es e subapa ado se explica b e emen e en qué p ocesos consis e y de qué pa es se compone el sis ema ZLD con encional, dejando de lado conside aciones económicas Como ya se adelan ó an e io men e, el Ze o Liquid Discha ge (ZLD) es ealmen e p oceso de a amien o de e luen es que se puede emplea en una g an a iedad de indus ias y cuyo obje i o es elimina , en la medida de lo posible, el esiduo líquido de un e ido. Es os sis emas se pueden emplea pa a [5]: E P oyec o SOLMIDEFF 4  Reduci el gas o de agua esidual de una indus ia, disminuyendo los gas os de ges ión de la misma.  Recicla agua y, po an o, disminui la can idad de agua demandada po una indus ia  Disminui la can idad de esiduos que ie e al ambien e  P oduci agua limpia ap a pa a su eu ilización. Es os sis emas se emplean en una g an can idad de campos: indus ias químicas, ex iles, alimen a ias, en plan as de po encia, pa a po abilización de aguas municipales, eu ilización de agua pa a usos ag ícolas, e c. Además, más allá de los bene icios que o ece, el inc emen o de las egulaciones medioambien ales po pa e de los gobie nos al ededo del mundo hace necesa ia la implan ación de ZLD en un u u o ce cano. En la Figu a 3 se ep esen a un diag ama que des aca el luga que gene almen e ocupa un ZLD en un p oceso indus ial: Figu a 3. Diag ama de un p oceso ZLD [6] En el caso que nos ocupa, el mo i o p incipal del empleo de un ZLD, como ya se adelan ó p e iamen e, es emplea la ene gía del gas esidual p oceden e de la mic o u bina de gas pa a aumen a la salinidad de una salmue a, ex ayendo de ella agua que se pueda emplea en o os p ocesos. Es o iene el bene icio múl iple de educi el impac o ambien al, mejo a la manejabilidad del esiduo y aumen a el ap o echamien o ene gé ico de la ene gía sola cap u ada. El diseño de un ZLD depende de es ac o es p incipalmen e: los con aminan es especí icos que se puedan encon a en el lujo que se aya a a a , la can idad de lujo y el olumen del ma e ial disuel o. En sis emas con encionales se suelen conside a dos e apas [5]: una p ime a e apa de p e-concen ación, la cual se consigue gene almen e con concen ado es de salmue a de memb ana o elec odiálisis con el obje i o de inc emen a la salinidad y ecupe a has a el 60-80% del agua; y una segunda e apa de e apo ación/c is alización, la cual se lle a a cabo median e p ocesos é micos, e apo ando el agua y ecogiéndola pa a su eu ilización, además de c is alizando las impu ezas pa a pode a a las como sólidos. 2.1.2 T a amien os de memb ana En ealidad, un ZLD puede se diseñado únicamen e median e p ocesos é micos con concen ado es y c is alizado es, ecnologías ampliamen e desa olladas en g andes indus ias as años de desa ollo ecnológico. Sin emba go, los p ocesos é micos equie en una g an in e sión de capi al y consumen eno mes can idades de ene gía. Po an o, el cos e de los ZLD puede se educido signi ica i amen e empleando memb anas p e iamen e al a amien o é mico, como se puede ap ecia en la Figu a 4. Figu a 4. Diag ama de lujo de un p oceso ZLD con sis emas de memb ana y de a amien o é mico [7] En la li e a u a se han ido p oponiendo dis in as ecnologías de memb ana [7] como la osmnosis con encional (FO), la osmosis in e sa (RO), la elec odiálisis (ED), la elec odiálisis e e sible (EDR) y la des ilación de memb ana (MD). En la Figu a 5 se p esen a un esquema del uncionamien o de es as ecnologías. Figu a 5. Tecnologías de p e- a amien o de salmue a: (a) elec odiálisis, (b) osmosis in e sa, (c) des ilación de memb ana [5] a) La ED es un p oceso de memb ana que emplea elec odos pa a c ea un campo eléc ico que empuja los iones posi i os y nega i os a a és de memb anas semipe meables que a apan los iones posi i os y nega i os espec i amen e b) La RO coinsis e en una memb ana osmó ica semipe meable a a és de la cual luye el agua cuando es some ida a una p esión supe io a la p esión osmó ica de la disolución en sen ido con a io al lujo na u al de agua desde la disolución de meno concen ación a la más concen ada. De es a o ma, se log a sepa a la sus ancia concen ada de la pe meada, es a úl ima baja en con enidos disuel os [8]. Ya que es e es el sis ema empleado en SOLMIDEFF, se p o undiza en el uncionamien o de la osmosis in e sa en el siguien e subapa ado. c) La MD es un p oceso de anspo e accionado é micamen e en el que la di e encia de p esión de apo en e los dos lados de la memb ana hid ó oba pe mi e un in e cambio de calo y masa a a és de la misma. 2.1.3 Ósmosis in e sa En el p oyec o SOLMIDEFF el p oceso empleado es el de ósmosis in e sa (RO), el cual es á bien es ablecido Modelo de cálculo 12 12 Pa a ene una idea supe icial sob e el compo amien o del sis ema, se obse a á en qué ca ego ía de las es desc i as se pod ía clasi ica a nues o sis ema y se menciona á jun o con los esul ados en el subapa ado co espondien e 3.2. Mé odos de esolución en CFD de lujos u bulen os conduc o es de pa ículas Una o ma comple a de de e mina el compo amien o de un luido u bulen o es el mé odo de simulación numé ica di ec a (DNS). Es e consis e en la esolución comple a de las ecuaciones de Na ie -S okes pa a ob ene el campo de elocidades comple o del lujo u bulen o en odas las escalas (sin emplea modelos de ap oximación pa a las escalas de meno longi ud ca ac e ís icas). Aunque es e pod ía se el medio más deseable pa a ene la mayo p ecisión del compo amien o de los luidos, en la p ác ica no es posible su aplicación debido a la g an complejidad y cos e compu acional que supond ía, pues es e mé odo conlle a la esolución exac a de las ecuaciones de Na ie -S okes de cada pa ícula del luido, compu ando odas las escalas de o bellinos que puedan exis i en el p oblema. Es e mé odo, debido a las limi aciones an e io men e desc i as, es á es ingido a dominios pequeños. O a opción mucho menos compleja que la an e io es emplea ap oximaciones adecuadas de las ecuaciones de Na ie -S okes inco po ando modelos de u bulencia pa a ca ac e iza el compo amien o de los enómenos u bulen os de meno longi ud ca ac e ís ica. Es a écnica de simulación se conoce como ‘Reynolds-A e aged Na ie -S okes (RANS) Equa ions’y, aunque no p opo ciona la solución exac a del dominio luido, sí pe mi e abo da p oblemas complejos y de g an ca ga compu acional. Exis en di e sas clases de modelos de u bulencias pa a la simulaciones median e RANS [30]: (i) Ze o-equa ion models. En es a ca ego ía solo se esuel e un sis ema di e encial de ecuaciones pa ciales (PDEs) pa a el lujo p incipal. (ii) One-equa ion models. Con espec o al (i), es a ca ego ía implica una ecuación de anspo e adicional pa a el cálculo de la elocidad en la escala u bulen a, no malmen e exp esada en é minos de la ene gía ciné ica u bulen a media (k). (iii) Two-equa ion models. Con espec o al (ii), es a ca ego ía implica una ecuación de anspo e adicional pa a el cálculo de la longi ud ca ac e ís ica de la escala u bulen a, no malmen e en é minos de la disipación de ene gía ciné ica u bulen a (ε). (i ) S ess-equa ion models. Con espec o a (i), es a ca ego ía implica un núme o de ecuaciones adicionales de anspo e pa a los componen es del enso de ensiones de Reynolds (𝜏𝑖𝑗) y uno po el índice escala de la disipación de ene gía ciné ica u bulen a (ε). Po es e mo i o, los modelos de la ca ego ía (i ) son ambién llamados los modelos (𝜏𝑖𝑗−𝜀) Un mé odo in e medio en e los an e io es es el conocido como La ge Eddy Simula ions (LES) o simulación de g andes ó ices [20] en el cual se esuel en las ecuanciones del lujo pa a los enómenos u bulen os de mayo longi ud ca ac e ís icas mien as los de meno escala son esuel os median e modelos simpli icados. Es a solución cons i uye un pun o in e medio de complejidad en e la esolución comple a de las ecuaciones de Na ie -S okes (DNS) y la simpli icación que implica emplea modelos pa a conoce el compo amien o de los luidos (RANS). En el apa ado 164 se especi ica qué mé odo se emplea en es e p oblema y po qué mo i os. 3.3. P opiedades e modinámicas y es imaciones p elimina es Una es imación de la can idad de agua que puede e apo a una cie a can idad de gas calien e (p o enien e en la aplicación eal del escape de una u bina de gas) pod ía se ealmen e ú il pa a a on a la simulación del sis ema ZLD median e CFD, eniendo unas nociones básicas de cómo se compo a el sis ema. En p ime luga , se p esen a un cálculo ap oximado de la elación de masas en e ases, de mane a simpli icada, suponiendo una en alpía de cambio de ase del agua salada y una empe a u a de apo ización que no se en a ec ados po la salinidad de la misma. A in de ealiza es e cálculo, se conside a el sis ema ZLD como si ue a un in e cambiado de calo en el cual se aplica el p incipio de conse ación de ene gía. Pa a ello se conside a igualmen e que el in e cambio de calo en e ases ( luidos) sólo se p oduce en el p oceso de e apo ación y que la di e encia mínima de empe a u as en e luidos es nula (𝛿𝑇=0): 𝑚𝑔·𝐶𝑝𝑔·(𝑇𝐸−𝑇𝑠𝑎𝑡)≈𝑚𝑠·(∆ℎ𝑣𝑎𝑝) (1) 𝑚𝑠 𝑚𝑔=0,1969≈0,2 (2) Siendo:  𝐶𝑝𝑔=1,05 𝑘𝐽/(𝑘𝑔· 𝐾) la capacidad é mica isobá ica másica del gas  ∆ℎ𝑣𝑎𝑝=2257 𝑘𝑔/𝑘𝐽 la en alpía de cambio de ase del agua  𝑇𝐸=250 °𝐶 la empe a u a de en ada del gas  𝑇𝑠𝑎𝑡=100 °𝐶 la empe a u a de sa u ación del agua  𝑚𝑔 el caudal de gas  𝑚𝑠 el caudal de salmue a No obs an e lo an e io , la exis encia de salmue a (en luga de agua dulce) pod ía cambia es os esul ados, pues la empe a u a de apo ización y la en alpía de cambio de ase cambia ían con la concen ación de la misma. Es as a iaciones se pueden obse a en las igu asFigu a 10. y Figu a 11. y en las ablasTabla 1 yTabla 2, documen ación p oceden e de la lib e ía de p opiedades e mo ísicas del agua salada del Ins i u o Tecnológico de Massachuse s MIT [31] e e idas a disoluciones de sales ma inas. Es os da os es án ecogidos a una p esión de 1 a m pa a empe a u as meno es de 100°C y a la empe a u a de la p esión de apo de agua de ma pa a empe a u as mayo es de 100°C. Tabla 1. En alpía de cambio de ase de disoluciones de sales ma inas, en kJ/kg Modelo de cálculo 14 14 Figu a 10. En alpía de cambio de ase de disoluciones de sales ma inas, en kJ/kg Tabla 2. Ele ación del pun o de ebullición de disoluciones de sales ma inas, en K Figu a 11. Ele ación del pun o de ebullición de disoluciones de sales ma inas, en K Es e e ec o se es udia á en la siguien e sección, sabiendo que el o den de magni ud de la salinidad de la co ien e de salmue a que sale del p oceso de osmosis in e sa se es udia á en el ango en e 40000 y 50000 ppm que, en mg/kg, implica un ango en e 40 y 50 mg/kg. Aunque no se ha a ado aún la empe a u a de la salmue a en an e en el caso que nos ocupa, en es os da os apo ados emos una ele ación máxima de la empe a u a de sa u ación que onda el 2% y una disminución máxima del calo la en e que onda el 12%. Es os da os se deben ene en cuen a en las simulaciones en CFD pues los cambios en es os pa áme os y su in luencia sob e el sis ema pueden llega a se muy signi ica i os según la concen ación y empe a u a de la co ien e de salmue a en an e. Simulación con CFD 16 16 SIMULACIÓN CON CFD l lujo bi ásico en sis emas de en iamien o e apo a i o, como el exis en e en nues o sis ema, se e in luenciado po g an can idad de pa áme os: elocidad, empe a u a y humedad ela i a de la ase con inua; dis ibución de amaños de go a, elocidad y empe a u a de las go as; y las in e acciones que puedan exis i en e go as o en e go as y ase con inua. Pa a conoce el uncionamien o de nues o sis ema de mane a iable y lo su icien emen e p ecisa, es impo an e sabe el impac o de cada pa áme o. Los p og amas CFD (Compu a ional Fluid Dynamics) son he amien as aliosas pa a analiza las a iaciones y compo amien o de es os pa áme os. Como se menciona en [32], exis en es mé odos p incipales pa a e alua la ac uación del en iamien o e apo a i o: medidas a g an escala, medidas en únel de ien o y simulaciones numé icas con CFD. Las medidas a g an escala o ecen la en aja de que se es udia la si uación eal, eniendo en cuen a oda la complejidad del p oblema. Sin emba go, no se puede ene con ol o al sob e las condiciones de con o no po lo que la expe imen ación queda limi ada. Las medidas a pequeña escala en únel de ien o pe mi en un g an con ol sob e las condiciones de con o no, aunque se equie e ga an iza un buen núme o de condiciones de semejanza en e el expe imen o y el sis ema eal, algo que ecuen emen e no es posible. Además, las medidas en el únel de ien o son habi ualmen e omadas en un núme o limi ado de pun os en el espacio de es udio (sección de ensayo) mien as que el CFD nos o ece da os de los pa áme os ele an es sob e el dominio comple o. A di e encia del es en el únel de ien o, las he amien as CFD pe mi en ec ea con exac i ud odos los de alles y pa áme os del sis ema que que emos medi . Las simulaciones en CFD pe mi en e alua dis in as con igu aciones de diseño, especialmen e cuando las dis in as con igu aciones son, a p io i, en base al mismo dominio compu acional y mallado. Sin emba go, es necesa io asegu a la p ecisión y iabilidad del CFD po lo que es impe a i a la e i icación y alidación de los es udios ealizados. Con es as conside aciones, el uso del CFD se es á inc emen ando en el es udio de un eno me ango de p ocesos a mos é icos y medioambien ales como, po ejemplo, la dispe sión de la con aminación en el ai e, el e ec o del ien o sob e la llu ia o la ans e encia de calo con ec i a. Dadas las en ajas que es a he amien a p opo ciona, pod ía p opo ciona una ap oximación muy buena al uncionamien o luidodinámico del ZLD. El so wa e empleado en es e abajo ha sido ANSYS Fluen . Según la p opia documen ación de ANSYS [33], es e p og ama es capaz de analiza los siguien es da os del modelo: cálculo de la ayec o ia de la ase disc e a usando o mulación que incluya la ine cia de la misma, a as e hid odinámico y ue za de la g a edad; p edicción de los e ec os de la u bulencia en la dispe sión de las pa ículas debido a o bellinos u bulen os p esen es en la ase con inua; calen amien o o en iamien o de la ase disc e a; apo ización y ebullición de go as líquidas; combus ión de pa ículas; y up u a y coalescencia de go as. Todas es as opciones de modelado de las que dispone el p og ama pe mi en hace una simulación p ecisa, iel y comple a del p oceso de in oducción de las go as y e apo ación en la zona de in e cambio, incluyendo odos los aspec os ísicos y luidodinámicos p esen es en el p oblema. Los apa ados sucesi os se cen an en el sis ema que nos ocupa, haciendo un análisis p o undo de las peculia idades del sis ema, los alo es de los pa áme os que lo de inen y de los esul ados ob enidos. En p ime luga se desc ibe el caso base pa a, en el apa ado de esul ados, a a casos modi icados con el obje i o de compa a los. 4.1. Geome ía La geome ía del sis ema se á bidimensional, lo cual ep esen a su icien emen e el p oblema pa a pode se es udiado con iabilidad. La geome ía del e apo ado consis e en un canal e ical que se conec a median e un codo con una en ada ho izon al en el que el in e cambio de ene gía se p oduce a con aco ien e: el gas calien e E en a ho izon almen e y, as pasa po un codo, asciende y se encuen a con la salmue a, la cual se inyec a a con aco ien e y po g a edad a cie a al u a den o del canal. Al inal del canal, en la pa e supe io , se encuen a la salida (ou le ) po donde sale el gas humedecido po el agua de la salmue a que se ha e apo ado. El es o de supe icies de la geome ía son pa edes adiabá icas (las p opiedades de las pa edes se comen a án más adelan e). Se ha adop ado un modelo bidimensional con la unción Design Modele den o de ANSYS, una he amien a lo su icien emen e e sá il como pa a ob ene una geome ía sencilla como es el caso que nos ocupa. Conc e amen e, la geome ía base a pa i de la cual se ha simulado el p oblema queda ep esen ada en la Figu a 12, con sus dimensiones dadas en la Figu a 13. El canal iene una anchu a de 1 me o en oda su longi ud y es á di idido en es pa es pa a a ina el pos e io mallado: canal ho izon al, codo y canal e ical. Es a di isión se puede e en la igu a con las es pa es di ididas po línas azules. La geome ía iene una longi ud su icien e como pa a ga an iza la no in luencia de las condiciones de con o no. Además, como se e á en siguien es apa ados, con es a geome ía se sa is acen los obje i os que se pe siguen en es e p oyec o. Figu a 12. Geome ía del caso base Figu a 13. Dimensiones de la geome ía del caso base Además de es a geome ía, que esul a á se de ini i a, ambién se ha e aluado el compo amien o del sis ema con o as geome ías. Las dos más signi ica i as han sido la geome ía de la Figu a 14. Geome ía al e na i a con más anchu a en el canal e ical, con un canal con el doble de anchu a en la zona e ical; y la geome ía de la Figu a 15. Geome ía al e na i a con , con una conexión b usca en e la en ada ho izon al y el canal e ical. Es as geome ías se desca a on du an e el es udio debido a su peo compo amien o. Simulación con CFD 18 18 Figu a 14. Geome ía al e na i a con más anchu a en el canal e ical Figu a 15. Geome ía al e na i a con en ada b usca en la zona de in e cambio 4.2. Mallado Como se comen a en [34], gene a el mallado óp imo en el dominio consume un iempo impo an e. Es o hace que haya que es ablece un equilib io en e la p ecisión buscada y el cos e compu acional (aspec os más p o undamen e de allados en el apa ado 5). En es e abajo, la bondad del e inamien o de la malla se alo a de dos mane as: median e un análisis de sensibilidad, el cual se lle a a cabo de enidamen e en el apa ado 5 y medan e el pa áme o 𝑦+, desc i o a con inuación. Pa a ilus a y comen a la impo ancia del pa áme o 𝑦+ nos apoya emos en la Figu a 16, en la que se p esen a la elocidad angencial adimensional del lujo 𝑈+ en e a la dis ancia no mal a la pa ed 𝑦+, ambos pa áme os de inidos en las ecuaciones (3) y (4), siendo y la dis ancia medida desde la pa ed, U la elocidad del lujo en unción de dicha dis ancia y 𝑢𝜏 una elocidad de e e encia basada en el es ue zo co an e en zona p óxima a la pa ed. 𝑢𝜏 queda de inido en la ecuación (5), donde 𝜏𝜔 es dicho es ue zo y 𝜌 la densidad del lujo. Tal y como se comen a en [35], nume osos expe imen os han demos ado que la o ma de la unción esul an e co esponde a la línea oja. La egión ce cana a la pa ed puede se di idida, po sus di e en es ca ac e ís icas en es capas. En la capa más ce cana a la pa ed, llamada subcapa iscosa ( iscous sublaye ), el lujo es casi lamina , y la iscosidad oma un papel undamen al en la can idad de mo imien o y la ans e encia de masa o calo . En la capa más alejada de la pa ed, llamada capa comple amen e u bulen a ( ully- u bulen laye ), la ene gía u bulen a es el pa áme o que p edomina. Finalmen e, en e ambas capas exis e la capa amo iguada (bu e laye ), donde los e ec os de la iscosidad y la ene gía u bulen a son igualmen e impo an es. Es as es zonas se mues an ambién en la Figu a 16. 𝑦+=𝑦𝑢𝜏 𝜈 (3) 𝑈+=𝑈 𝑢𝜏 (4) 𝑢𝜏=√𝜏𝜔 𝜌 (5) Pa a en ende el in e és de conoce el alo de 𝑦+ y su impo ancia, es necesa io conoce cómo modela ANSYS Fluen el compo amien o del lujo ce ca de la pa ed. ANSYS es capaz de p edeci el compo amien o del lujo ap oximando la cu a oja de dos o mas: haciendo un ajus e lineal si 𝑦+ es meno o igual a 11,067 o un ajus e loga í mico si 𝑦+ es mayo que 11,067. Cabe acla a que el ajus e lineal apa ece ep esen ado con una línea cu a y ice e sa po que la escala del eje ho izon al es loga í mica, ca ac e ís ica que puede lle a a con usión. Si el cen oide de la celda adyacen e a la pa ed iene un 𝑦+<10, ANSYS esol e á el lujo de mane a p ecisa en la subcapa iscosa median e el ajus e lineal mencionado. Po o o lado, si el cen oide de la célda adyacen e a la pa ed se encuen a en el in e alo 30<𝑦+<200, ANSYS ambién pod ía p edeci el compo amien o del lujo con cie a p ecisión empleando unciones de pa ed. Así pues, es ecomendable e i a que el 𝑦+ sea meno que 10 o meno que 30, zona en la que los esul ados se ían calculados con menos p ecisión, ya que ANSYS no puede ajus a co ec amen e ninguno de los dos modelos [36]. En la Figu a 16 puede comp oba se cómo la capa amo iguada es donde los ajus es p opues os po ANSYS (líneas azules) es án más lejos del compo amien o eal del sis ema (línea oja). La mayo p ecisión, como se comen a en la li e a u a, se consigue pa a bajos 𝑦+, e idealmen e se busca que 𝑦+<1, un alo que asegu a la p ecisión o al del modelo. Las egiones ce canas a la pa ed ienen mayo es g adien es de los pa áme os ca ac e ís icos del lujo y pa a ello se equie e medi con p ecisión es os b uscos cambios ce canos a la pa ed, pa a así pode ob ene un esul ado iable en es as zonas más comp ome idas. Po úl imo, cabe des aca que es e pa áme o iene a ec ado po el e inamien o de la malla en las zonas a la pa ed y el núme o de Reynolds en dichas zonas, po lo que consegui un 𝑦+ acep able ambién iene de e minado po las condiciones del luido y no únicamen e po las ca ac e ís icas del mallado. Sin emba go, dadas las condiciones del p oblema y la bondad de la malla c eada, limi ada po el pode de compu ación disponible du an e la ealización de es e p oyec o, no ha sido posible alcanza el obje i o de 𝑦+< 1. En la Figu a 17 se ep esen a el alo de 𝑦+ob enido en el caso base a lo la go del dominio en unción de la posición en el eje x. En dicha igu a no se quie e hace hincapié en la o ma de la unción ep esen ada, sino más bien en el ango de alo es en el que se encuen a y la p ecisión de la malla en dis in os pun os de es a. Simulación con CFD 20 20 Figu a 16. Función 𝑦+ [37] Figu a 17: Valo de 𝑦+ a lo la go de las pa edes del dominio En cuan o al ipo de malla empleada en el sis ema, es a puede se es uc u ada o no es uc u ada. La empleada en es e sis ema es una malla es uc u ada que, como se explica en [38], se ca ac e iza po ene los é ices in e io es opológicamen e simila es, pues o man una ed de cuad ilá e os (en nues o caso bidimensional; en el caso idimensional o ma ían hexaed os) a lo la go del dominio. En gene al, a di e encia de las mallas no es uc u adas, las mallas es uc u adas o ecen una mayo simplicidad y mejo con e gencia. Una malla no es uc u ada se adap a ía mejo a un dominio de geome ía compleja po lo que no es necesa ia en nues o caso, donde la geome ía se pod ía di idi únicamen e se compone de dos ec ángulos y un codo, o mas sencillas de malla con cie o g ado de p ecisión. Una opción más p ecisa es hace un mallado híb ido, un en oque que dis u a de las en ajas de ambos mé odos. El mallado se ha hecho a pa i de algunas unciones sencillas: (i) Face Meshing. Con es a unción, ANSYS hace un mapeado del dominio y c ea una malla es uc u ada con cuad ilá e os. Es ú il en dominios ec angula es o ap oximadamen e ec angula es, po lo que es especialmen e ú il en los canales e ical y ho izon al, aunque ambién es capaz de c ea una malla o denada y iable en el codo. (ii) Mul iZoneQuad/T i Me hod. El obje i o p incipal del uso de es a unción es pode emplea la unción In la ion, además de descompone el mallado en las es pa es mencionadas an e io men e (iii) In la ion. Es a unción pe mi e hace un mallado en el que las celdas an disminuyendo de amaño con o me nos ace camos a la pa ed. De es a o ma, podemos consegui una mayo p ecisión en es as zonas con lic i as. Se emplea una unción in la ion en cada una de las es pa es del dominio: En el codo el núme o de capas es 40 (se equie e una g an p ecisión en es a zona, donde el luido cambia de di ección y hay una ue e in luencia de la pa ed); en el canal ho izon al el núme o de capas es 6; y en el canal e ical el núme o de capas es 25. En las es zonas el índice de c ecimien o en e capa y capa es de 1,2. Con igu ado pa a ene un amaño de elemen o máximo de 0,008 me os, ejecu a el mallado con odas las es icciones impues as da como esul ado una malla o mada po 355760 elemen os y 357900 nodos. A con inuación se p esen an algunas imágenes de la malla esul an e. La Figu a 18 es el mallado comple o del sis ema, pe o debido a la densidad de la malla no se puede ap ecia cómo es es a en de alle, po lo que se ep esen an las siguien es imágenes en ocando únicamen a a pa es conc e as de la misma. Cabe des aca un pa de peculia idades:  Se puede obse a en la Figu a 19 una mayo densidad del mallado en e el codo y los canales ho izon al y e ical. Pa a aplica el Face Meshing en el dominio (y que, po an o, la malla sea es uc u ada) ANSYS debe de ec a que la ca a donde se aplica dicha unción es un cuad ilá e o, o ap oximadamen e un cuad ilá e o. De es a o ma, pa a consegui la malla es uc u ada ue necesa io di idi el dominio en es pa es, canal e ical, ho izon al y codo. Además, luego se aplicó la unción In la ion, la cual necesi a se aplicada, al menos, en es bo des de cada cuad ilá e o. Todo es o da como esul ado que cada una de las es pa es enga un mallado más ino en, al menos, es de sus bo des, apa eciendo esa mayo densidad en zonas donde no hay pa ed.  En la Figu a 23 hay una mayo densidad de malla a la salida pa a ob ene un esul ado más iable en esa zona, pues es de g an in e és ene una buena p ecisión sob e las condiciones de empe a u a y sa u ación del gas a la salida. Simulación con CFD 28 28 conc e a (la salmue a) se educe a ce o a pa i de cie o pun o, po lo que podemos con i ma que se e apo a comple amen e. De hecho, se puede a i ma que la e apo ación se p oduce de o ma bas an e e icaz, pues ocu e en apenas los p ime os cen íme os del canal as el pun o de inyección. Nue amen e es á p esen e el e ec o de la pa ed en el iempo de esidencia de las pa ículas, pues las pa ículas más ce canas a es a son anspo adas po el luido a meno elocidad. Como ya se adelan aba en apa ados an e io es, se p oduce el en iamien o e apo a i o de la ase con inua. Es o se pone de mani ies o en el aumen o de la humedad ela i a en la co ien e y el descenso de la empe a u a. Es os aspec os se pueden obse a , cuali a i amen e, en las igu as Figu a 27 y Figu a 28. También se puede obse a el e ec o del codo en las u bulencias p oducidas a lo la go de odo el canal e ical. Es o se puede e g á icamen e y de mane a cuan i a i a en la Figu a 29. Es a igu a mues a a ias líneas que ep esen an la a iación de ene gía u bulen a a lo la go del eje ho izon al a a ias al u as del eje e ical, incluyendo la salida. La mayo pe u bación del lujo se p oduce en la ca a in e na del canal y es a a disminuyendo a medida que aumen a la dis ancia desde el codo. Pa a ene un conocimien o comple o y p eciso sob e el compo amien o del sis ema es necesa io el análisis de los da os desde a ios pun os de is a. Las igu as Figu a 30,Figu a 31 yFigu a 32 se p esen an algunos diag amas de con o no adicionales a los ya expues os. Po o o lado, las igu as comp endidas en e la Figu a 33 y la Figu a 40 ep esen an algunos g á icos que mues an in o mación adicional sob e la a iación de algunos de los pa áme os ca ac e ís icos que de inen el sis ema a lo la go del eje ho izon al pa a a ias al u as del eje e ical. Figu a 26. Diáme o de las pa ículas Figu a 27. Humedad ela i a Figu a 28. Tempe a u a Simulación con CFD 30 30 Figu a 29. G á ica de ene gía ciné ica u bulen a Figu a 30. F acción másica de H2O Figu a 31. P esión Figu a 32. E apo ación de DPM Simulación con CFD 32 32 Figu a 33. G á ica de concen ación de DPM Figu a 34. G á ica de e apo ación de DPM Figu a 35. G á ica de acción másica de O2 Figu a 36. G á ica de acción másica de H2O Simulación con CFD 34 34 Figu a 37. G á ica de empe a u a Figu a 38. G á ica de elocidad Figu a 39. G á ica de elocidad adial Figu a 40. G á ica de elocidad angencial Siguiendo el mismo c i e io de medición que con la ene gía u bulen a se pueden ob ene los esul ados de a ios Simulación con CFD 36 36 pa áme os signi ica i os que de inen la a iación de las condiciones del lujo a lo la go del canal e ical. Es os esul ados se pueden obse a de o ma numé ica en la Tabla 3. Pa áme os signi ica i os en el canal e ical., donde se p esen a los alo es medios de cie os pa áme os pa a a ios alo es del eje y en el canal e ical. Algunos de los pa áme os p esen an a iaciones ap eciables en un co e ans e sal al eje del conduc o e ical po lo que el alo medio puede no ep esen a adecuadamen e los alo es máximo y mínimo del pa áme o en cues ión en la localización co espondien e, pe o la abla es una ap oximación que puede se in ui i a en la mayo ía de casos. Adicionalmen e, pa a pone de mani ies o es a a iabilidad, es os alo es ienen ep esen ados jun o a su coe icien e de a iación (CV), el cual ep esen a el po cen aje de dispe sión de los da os medios p esen ados. Los da os con un CV meno del 25% pueden conside a se homogéneos, po lo que la magni ud media ep esen ada iene cie o g ado de iabiliad; mien as que si el CV es mayo que 25% los da os comienzan a se más he e ogéneos y es os da yos medios an pe diendo iabilidad con o me se ace can a 100%. Los da os de la Tabla 3 ienen ep esen ados g á icamen e en las igu as comp endidas en e en e la Figu a 41 y la Figu a 47, en las que se ep esen a en azul el pa áme o en cues ión (izquie da) y en ojo el CV (de echa). Exis en da os medios cuyo CV supe an el 100%, lo cual signi ica que el da o no es iable. Todas es as medidas han sido omadas en ANSYS luen , al igual que las an e io es. Las des iaciones ípicas empleadas pa a el cálculo del CV se pueden consul a en la Tabla 5. Tabla 3. Pa áme os signi ica i os en el canal e ical. Posición Pa áme os y=4,5m y=4,9m y=5m y=5,5m y=6m y=6,5m y=7m Ou le Concen ación DPM (kg/m³) 0 0,0115 0,0077 0 0 0 0 0 Ene gía ciné ica de las u bulencias (m²/s²) 0,5815 0,5762 0,5913 0,5774 0,5595 0,5467 0,5356 0,5264 F acción másica de H2O 0 0,00056 0,00736 0,01829 0,18270 0,01823 0,01821 0,01819 Humedad ela i a (%) 0 0,00206 0,02231 0,08069 0,07837 0,07737 0,07680 0,07642 Tempe a u a (K) 573 570,2 550,7 521,7 521,7 521,8 521,9 521,9 Velocidad (m/s) 16 15,93 15,57 15,02 15,02 15,02 15,02 15,02 E apo ación de DPM (kg/s) 0 3,6∙10⁻⁵ 6,9∙10⁻⁵ 7,1∙10⁻⁶ 0 0 0 0 Tabla 4. Des iación ípica de pa áme os signi ica i os en el canal e ical Posición Pa áme os y=4,5m y=4,9m y=5m y=5,5m y=6m y=6,5m y=7m Ou le Concen ación DPM (kg/m³) 0 0,0658 0,0225 0 0 0 0 0 Ene gía ciné ica de las u bulencias (m²/s²) 0,5318 0,5124 0,5194 0,4884 0,4530 0,4253 0,4067 0,3081 F acción másica de H2O 0 0,00361 0,00544 0,00508 0,00395 0,00340 0,00300 0,00201 Humedad ela i a (%) 0 0,02240 0,04123 0,06846 0,04300 0,03415 0,02805 0,01807 Tempe a u a (K) 0 13,32 16,44 14,42 11,35 9,84 8,56 5,77 Velocidad (m/s) 2,36 2,39 2,36 2,32 2,28 2,35 2,19 1,49 E apo ación de DPM (kg/s) 0 1,2∙10⁻⁴ 8,9∙10⁻⁵ 1,0∙10⁻⁵ 0 0 0 0 A con inuación, las ep esen aciones g á icas jun o con algunas obse aciones y conclusiones que se pueden ex ae de la e olución de los dis in os pa áme os.  Concen ación de DPM: Solo es á p esen e en las zonas ce canas a las inyecciones, pues el agua se e apo a mayo i a iamen e en e las co as y=4,9m e y=5,5m. Además, exis e un g an e ec o de pa ed que hace que la concen ación sea mucho mayo en las pa edes, haciendo que el CV se dispa e, como Simulación con CFD 44 44 Figu a 49. Diáme o de las pa ículas pa a dis in os caudales de salmue a En segundo luga , se e alúa el impac o de a ia el amaño de las go as. Como ya se ha comen ado en apa ados an e io es, aunque en la mayo ía de sis emas de inyección se ob iene un cie o ango de go as de dis in o amaño, en es e subapa ado ambién se suponen odas las go as del mismo amaño. Es as compa aciones se abo dan de la misma o ma que la compa ación an e io de caudales de en ada de la ase disc e a, y se pueden consul a en la Tabla 6 y la Figu a 51. Nue amen e es a compa ación se p esen a de o ma g á ica sob e diag amas de con o no del diáme o de las pa ículas, pues nos da una isión muy in ui i a de lo que le ocu e a las pa ículas. Tabla 6. E apo ación de las pa ículas aumen ando el diáme o de las go as in oducidas Diáme o de las go as in oducidas (μm) Tempe a u a media de salida (K) Humedad ela i a media de salida (%) E apo ación de las pa ículas 20 521,89 0,07646 30/30 40 (base) 521,89 0,07643 30/30 60 521,90 0,07643 30/30 80 521,88 0,07650 30/30 100 526,45 0,06484 29/30 El único cambio obse ado es á en el caso de 100 μm, escena io en el cuál no se e apo an odas las pa ículas in oducidas, po lo que deja de se in e esan e segui aumen ando el amaño de las mismas. En es e caso, debido a que el en iamien o e apo a i o es meno , la empe a u a de salida media es mayo y la humedad ela i a m=0,018 kg/s m=0,024 kg/s media es meno . Como se puede obse a , el sis ema es bas an e sensible a lige os cambios del amaño de las go as pa a la con igu ación plan eada en el caso base, po lo que con end ía ene un g an con ol sob e es a a iable. Nue amen e, g acias a es e es udio se puede comp oba que el sis ema admi e a iaciones y mejo as, pues es posible in oduci en el sis ema un amaño mayo de pa ículas, que siemp e es la posibilidad más ba a a y sencilla de lle a a cabo en la mayo ía de p ocesos de c eación de go as. D = 20 μm D = 40 μm D = 60 μm D = 80 μm Simulación con CFD 46 46 Figu a 50. Diáme o de las pa ículas pa a dis in os amaños de pa ícula Figu a 51. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ios amaños de pa ícula. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) Como ya se ha comen ado, en la p ác ica, se ha empleado agua en luga de salmue a en el caso base po simplicidad. Cabe espe a que, si las p opiedades del luido inyec ado cambian, ambién lo haga el compo amien o del sis ema y, po an o, las ca ac e ís icas del lujo de salida. Pa a el cálculo de las nue as ca ac e ís icas de la ase disc e a, conside ando la salmue a, se ha empleado EES (Enginee ing Equa ion Sol e ). En dicho so wa e se ha empleado una lib e ía de unciones desa ollada po MIT [42] que pe mi e calcula dis in as p opiedades del agua ma ina en unción de la empe a u a, la p esión y la salinidad. De es a o ma, a 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 519 520 521 522 523 524 525 526 527 20 μmBase 60 μm80 μm100 μm Tempe a u a media ou le (K) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,058 0,06 0,062 0,064 0,066 0,068 0,07 0,072 0,074 0,076 0,078 20 μmBase 60 μm80 μm100 μm Humedad ela i a media ou le (%) D = 100 μm con inuación, se obse a el impac o de cambia los pa áme os que de inen el agua po los que de inen la salmue a, cambiando su densidad, su calo especí ico y su capacidad calo í ica pa a hace que el luido inyec ado se pa ezca a agua salada lo máximo posible La salinidad de la co ien e de salmue a que en a en el ZLD es, conc e amen e, de 46183 ppm, po lo que es azonable un es udio del e ec o de la salinidad en un ango lo su icien emen e amplio como pa a pode ap ecia el e ec o de la salinidad (en e 40000 ppm y 80000 ppm). En la Tabla 7 se obse an las ca ac e ís icas del lujo inyec ado según el g ado de salinidad; pa áme os calculados a pa i de la unción de EES mencionada. Tomando el calo la en e cons an e con la empe a u a, como se ha enido haciendo has a aho a en odo es e p oyec o, el cambio de compo amien o del lujo a lo la go del canal y los cambios los pa áme os del lujo a la salida del mismo apenas son ap eciables. Es o se puede comp oba en la Simulación con CFD 48 48 Tabla 8. En ambas ablas se incluye una ila en e e encia al caso base (salinidad 0) pa a acili a la compa ación. Tabla 7. Ca ac e ís icas del lujo inyec ado según la concen ación de sales Salinidad (g/kg) Densidad (kg/m3) Capacidad é mica isobá ica (J/(kg·K)) En alpía de cambio de ase (kJ/kg) Pun o de ebullición (K) 0 998,2 4182 2263 373 40 1029 3973 2335 373,3 46,18 1034 3942 2340 373,4 50 1036 3924 2331 373,4 60 1044 3875 2306 373,5 70 1052 3829 2282 373,7 80 1060 3784 2257 373,8 Tabla 8. Pa áme os en el ou le según la concen ación de sales Salinidad (g/kg) Tempe a u a media a la salida (K) Humedad ela i a a la salida (%) CV empe a u a media a la salida (%) CV humedad ela i a a la salida (%) 0 521,9 0,07642 1,106 23,65 40 520,6 0,07819 1,136 24,031 46,18 520,9 0,07779 1,129 23,94 50 521,1 0,07754 1,113 23,98 60 521,6 0,07687 1,131 23,60 70 522,0 0,07624 1,102 24,51 80 522,5 0,07559 1,091 23,44 Simula un luido inyec ado con es as ca ac e ís icas conlle a una mayo ap oximación a la ealidad que la inyección de una ase disc e a compues a únicamen e po agua pu a. Como se ha comp obado, es a nue a ap oximación no supone g andes cambios en el compo amien o del sis ema con espec o del caso base po lo que se pod ía oma el luido de salinidad 40,18 g/kg como e e encia de ca a a u u os abajos que desa ollen es e p oyec o. Finalmen e, cabe menciona que el cambio de elocidad o empe a u a en la co ien e inyec ada no in oduce apenas cambios signi ica i os en el compo amien o del sis ema (al menos den o de un ma gen lógico y acepable pa a la aplicación que se le quie e da al ecupe ado ). No obs an e, se expone en la Tabla 9 el e ec o que es as a iables p oducen en la empe a u a y la humedad ela i a medias en el ou le , sin en a en más de alle. Tabla 9. Va iaciones de la empe a u a y la humedad ela i a medias en el ou le ela i as al caso base si se modi ican la elocidad o la empe a u a de en ada de la ase disc e a. Modi icación Va iación de la empe a u a media de salida Va iación de la humedad ela i a media de salida Aumen o de la elocidad de en ada de las go as a 13 m/s a con aco ien e + 0,0019 % + 0,2 % Aumen o de la empe a u a de en ada de las go as a 353 K + 0,8 % - 7,2 % Las a iaciones de la empe a u a y la humedad cuando a ía la elocidad de en ada de la salmue a son apenas ap eciables, pudiendo se causadas po la a iación in oducida en las a iaciones del p opio so wa e. Sí se ap ecia cie o cambio cuando se aumen a la empe a u a de en ada de las go as, p oduciéndose un aumen o de la empe a u a y una disminución de la humedad ela i a. También se puede compa a dicho e ec o en la Figu a 52. Al subi la empe a u a de la salmue a se consume meno calo sensible del gas y po lo an o es e se en ía Simulación con CFD 50 50 menos, dando como esul ado un lujo más calien e a la salida. El ai e húmedo, pa a la misma humedad absolu a y mayo empe a u a, p esen a una humedad ela i a in e io . Además, la ene gía é mica disponible del gas de en ada independien emen e de la empe a u a de la salmue a, escena io que pod ía no da se si la ene gía é mica disponible del gas ue a meno . Figu a 52. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ias empe a u as de en ada de salmue a. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) 4.3.2 Va iaciones de los pa áme os de la ase con inua El análisis del sis ema no solo se limi a a obse a el compo amien o del mismo an e cambios en la ase disc e a. También son necesa ias expe imen aciones y mediciones con espec o a a iaciones de los pa áme os de la ase con inua. Los pa áme os de la ase con inua cuya in luencia se a a analiza son los siguien es:  Velocidad del ai e a la en ada  Tempe a u a del ai e a la en ada  Humedad del ai e a la en ada El p ime pa áme o a analiza de la ase con inua es la elocidad del ai e a la en ada. Es a elocidad debe se la su icien emen e ele ada como pa a e i a que la ase disc e a se deposi e en la base del canal po acción de la g a edad, pe o ampoco demasiado al a pa a que a as e las go as sin que es as se e apo en. En un escena io ideal, las go as se queda ían en suspensión con iempos de esidencia al os has a que se e apo a an. Se es udian los cambios p oducidos en el sis ema pa a casos en los que la elocidad disminuye, que es el e eno donde se pueden obse a mejo as, pues empleando más elocidad que en el caso base (16 m/s) solo se consigue el a as e de las go as hacia el ex e io , consiguiendo un en iamien o e apo a i o menos e icien e. En los casos aquí es udiados se educe la elocidad del ai e a 10 m/s y pos e io men e a 7 m/s. La a iación de la empe a u a media y la humedad ela i a media en el ou le se ep esen a en la Figu a 53, nue amen e ep esen ando ambién el coe icien e de a iación pa a deno a la iabilidad de es os da os medios. Como se puede obse a en es as ep esen aciones, el enómeno del en iamien o e apo a i o es mucho más no o io con o me meno es la elocidad, haciendo que el sis ema sea más e icien e. Es o conlle a, puede in ui se, un aumen o en el iempo de esidencia: el iempo de esidencia máximo en el caso base es de 6,03e-02 segundos, mien as que en el caso en el que =7 m/s, el iempo de esidencia máximo es 2,52e-01 segundos; más de un ó den de magni ud mayo . También se puede comp oba el aumen o del en iamien o e apo a i o con la disminución de la elocidad en la Figu a 54 que, si se compa a con la Figu a 36, se puede obse a que los alo es de acción másica de H2O en la co ien e esul an e son mayo es pa a cualquie alo del eje e ical. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 518 519 520 521 522 523 524 525 526 278 K Base 308 K 323 K 338 K Tempe a u a ou le media 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,069 0,07 0,071 0,072 0,073 0,074 0,075 0,076 0,077 0,078 0,079 278 K Base 308 K 323 K 338 K Humedad ela i a Figu a 53. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ias elocidades del ai e a la en ada. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) Figu a 54. G á ica de pe iles de la acción másica de H2O pa a =7 m/s a dis in as al u as den o del canal e ical Pese a que hubie a sido in e esan e con inua bajando la elocidad pa a de e mina el compo amien o del sis ema has a llega al lími e en el que las go as caen po la ue za de la g a edad, la simulación se uel e ines able y los esul ados ob enidos no son iables. Po ello la mínima elocidad es udiada en es e p oyec o es 7 m/s. Po lo an o, es e abajo puede se mejo ado y ampliado en el u u o con un es udio más exhaus i o y aba cando un mayo ango de elocidades. O o pa áme o cla e en es e es udio es la empe a u a del ai e a la en ada del canal. Si se obse a con 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 Base 10 m/s 7 m/s Tempe a u a ou le media 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Base 10 m/s 7 m/s Humedad ela i a Simulación con CFD 52 52 de enimien o el caso base se puede obse a que la can idad de ene gía apo ada a a és de la ase con inua es capaz de e apo a ápidamen e las go as, pues es as pasan a apo en cen ésimas de segundo y eco iendo apenas unos cen íme os. A causa de los p ocesos p e ios al ZLD, es azonable es ima que la co ien e de ai e es a á a una empe a u a pe enecien e al in e alo 250-300 ºC. Es e es el ango que se iene en cuen a en es e es udio. Disminuyendo la empe a u a de la co ien e de en ada, la Figu a 55 mues a las a iaciones de la co ien e de salida si es a en a a 473 K ó a 574 K. Como se puede obse a , con o me se disminuye la empe a u a de en ada del lujo, mayo es el e ec o del en iamien o e apo a i o. Conside ando es os da os y los ob enidos en el análisis de la elocidad de en ada del lujo, se puede conclui que el lujo que en a en el canal en el caso base se ca ac e iza po ene demasiada empe a u a y elocidad, po lo que pa a consegui un en iamien o e apo a i o más e icaz se ía más e icien e baja es os alo es disminuyendo el alo de ambos pa áme os an es de en a en el ZLD. Figu a 55. Rep esen ación de la empe a u a y la humedad ela i a pa a a ias empe a u as del ai e a la en ada. Las ba as mues an el pa áme o en cues ión (izquie da) y la línea el CV (de echa) En el caso base se omó la humedad del ai e de en ada como nula, cuando dicho luido no iene po qué se seco. De hecho, el ai e empleado end á cie a humedad casi con oda segu idad. Como alo es índice pa a e alua el compo amien o del sis ema an e dis in os g ados de humedad, se oman alo es que se pueden encon a en Se illa, po ejemplo, a lo la go del año. Pa a ello, los da os empleados de la humedad ela i a de la zona a lo la go del año se han omado de [43]. En ANSYS la humedad del ai e se in oduce en é minos de acción másica, y pa a calcula es e é mino se emplea una calculado a psic omé ica [44] en la que se in oducen dos alo es ex emos de la humedad ela i a en es a egión, calculando ambas si uaciones a 25ºC pa a es a del lado de la segu idad. De es a o ma, las acciones másicas empleadas en ambos casos son los siguien es:  HR = 25% → F acción másica H2O: 0,0049  HR = 75% → F acción másica H2O: 0,015 Como se puede in ui , pa a alo es de humedad ela i a mayo es, mayo es la humedad ela i a del lujo a su paso po el ZLD. De hecho, el aumen o de es e pa áme o apenas a ec a a o as a iables del sis ema, po lo que la ap oximación del caso base (HR=0%) es su icien e como pa a ob ene unos esul ados iables. Los cambios in oducidos po la a iación de es e pa áme o se ecogen en la Tabla 10. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600 Base 473 K 423 K Tempe a u a ou le media 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Base 473 K 423 K Humedad ela i a Tabla 10. Pa áme os en el ou le según la humedad ela i a en el inle Humedad ela i a (%) Tempe a u a media ou le (K) Humedad ela i a ou le (%) CV empe a u a media ou le (%) CV humedad ela i a ou le (%) 0 521,9 0,08 1,106 23,65 25 522,0 0,10 1,105 20,91 75 522,1 0,14 1,103 17,81 Simulación con CFD 60 60 p io izado el a amien o de un mayo caudal de agua, man eniendo el mismo amaño de go a que en el caso base (4·10-5 m) Se han in oducido dos líneas de inyección con 30 en adas de go as cada una, una inyección en y=2,5 m y o a en y=3,15 m, dejando una dis ancia p uden e desde las inyecciones has a la salida pa a aumen a el iempo de esidencia y que se p oduzca una e apo ación e icaz del agua. Las dis ibuciones de empe a u a y o os pa áme os son simila es al caso 2. En la Figu a 63 se puede isualiza el compo amien o de la salmue a en es e caso. Es e caso cons i uye, pa a un diáme o de pa ículas de 40 mic as, la a iación más e icaz del caso base en es e p oyec o, consiguiendo sa u a la co ien e de agua has a casi un 39% en la sección de salida (en el caso base la humedad ela i a en el ou le e a del 0,076%) y a ando un 50% más de salmue a, odo ello es ableciendo un se -up menos simple, eniendo en cuen a unas condiciones de en ada de la salmue a y del ai e de en ada más ce canas a las que pod ían da se en la aplicación p ác ica inal de es e sis ema. Figu a 63. Diáme o de pa ículas en el caso 3 Finalmen e, la Tabla 12 mues a de mane a esumida las condiciones de salida en el ou le del lujo en cada uno de los casos, mos ando nue amen e la empe a u a media y la humedad ela i a media en esa zona, con sus espec i os coe icien es de a iación. Tabla 12. Pa áme os en el ou le según el caso es udiado Caso Tempe a u a media ou le (K) Humedad ela i a ou le (%) CV empe a u a media ou le (%) CV humedad ela i a ou le (%) 1 461,6 0,75 2,831 51,49 2 385,3 8,16 1,140 15,54 3 353,6 38,85 5,860 49,63 Análisis de sensibilidad 62 62 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD na malla e icaz es i al pa a cualquie simulación en CFD. Ya que ningún so wa e pe mi e, a día de hoy, un mallado comple amen e au omá ico, el desa ollo de una malla óp ima suele conside a se el cuello de bo ella de cualquie p oyec o, pues si es a no es capaz de ecoge odas las ca ac e ís icas y singula idades del compo amien o de un sis ema, la simulación se aleja de la ealidad y el p opio uso del CFD pie de el sen ido. Aunque en el caso base o de e e encia se ha p opues o una malla lo su icien emen e e icaz como pa a que cumpla el p opósi o impues o, una o ma de e alua la e acidad de los esul ados y la iabilidad de la solución es haciendo un análisis de sensibilidad sob e la malla. Aunque exis en mé odos pa a gene a una malla co ec amen e e índices que nos p opo cionan indicaciones sob e la iabilidad de la misma, en es e p oyec o se hace un análisis de sensibilidad. Es e consis e en simula el caso base sob e a ias mallas de dis in a complejidad, analizando algunos de los pa áme os que se ob ienen como esul ado (a los cuales denomina emos pa áme os índice) y obse ando si cambian de una malla a o a. Lo que se pe sigue es diseña una malla lo su icien emen e p ecisa como pa a que los esul ados de la simulación no a íen si se aumen a la densidad de es a, lo que signi ica ía que se hab ía conseguido la densidad mínima de celdas como pa a ob ene unos esul ados iables. Los pa áme os índice sob e los que se e alúa la e icacia de la malla son los siguien es:  Tempe a u a media a la salida del canal e ical  Humedad ela i a media a la salida del canal e ical  Ene gía ciné ica u bulen a en y=5m Pa a a ina la malla no se han hecho g andes cambios con espec o a la es uc u a del mallado ni a los alo es de los pa áme os es ablecidos en el subapa ado 4.2, sino únicamen e lige as a iaciones de las mismas écnicas empleadas en el caso base, dando luga a celdas más pequeñas y un mallado más ino pa a consegui mayo p ecisión en las medidas. Los cambios e ec uados pa a ello han sido: disminución del amaño de los elemen os pa a aumen a el núme o de celdas en odo el dominio; y mayo densidad en las zonas ce canas a la pa ed con la unción In la ion, pues es as zonas son las que incluyen g andes g adien es en los dis in os pa áme os in e inien es y las que exigen una mayo p ecisión. En es e p oyec o el análisis se cen a en cua o casos nume ados, co espondiendo el caso 1 al caso base y aumen ando la densidad de la malla has a el caso 4. Cabe des aca que se ha elegido como caso más complejo (caso 4) aquel que se encuen a en el lími e del pode compu acional del que se dispone en la ealización de es e p oyec o pa a un iempo de cálculo asumible, po lo que es e apa ado es suscep ible de se ampliado y mejo ado con nue os casos de mayo complejidad en abajos pos e io es. Los da os de los dis in os casos se mues an en la Tabla 13, a pa i de la cual se p esen a una g á ica del núme o de elemen os de los dis in os casos pa a mos a de o ma más isual la di e encia en e ellos (Figu a 64). Po o o lado, en la U Figu a 64. G á ica del núme o de elemen os de la malla en los dis in os casos 300000 350000 400000 450000 500000 550000 600000 1 2 3 4 Núme o de elemen os en los dis in os casos Análisis de sensibilidad 64 64 Tabla 14 se p esen an los esul ados de los pa áme os índice an e io men e mencionados as los cálculos en los di e en es casos. Aunque és a e leja de mane a p ecisa los cambios que se han p oducido en los pa áme os, ya que la inalidad de es e apa ado es compa a la di e encia de los dis in os casos con el de e e encia, quizá sea más in e esan e aún conoce la di e encia ela i a de es os esul ados con espec o al caso base, lo cual puede comp oba se en la Tabla 15, donde se e leja la a iación ela i a de es os nue os esul ados en elación al caso base, con su pos e io ep esen ación g á ica en la Figu a 65. Además, pa a ap ecia es as a iaciones desde o o pun o de is a, la Tabla 16Figu a 66 exp esa la a iación ela i a al caso an e io de los pa áme os índice, mos ando cuán o cambian es os pa áme os de un caso a o o, ambién con su pos e io ep esen ación g á ica en la Figu a 66. Tabla 13. Casos de a ino del mallado Caso Opciones in la ion codo Opciones in la ion canal e ical Tamaño de elemen os (m) Núme o de elemen os 1 Numbe o laye s: 40 G ow h Ra e: 1,2 Maximum Thickness: 0,007m Numbe o laye s: 25 G ow h Ra e: 1 Maximum Thickness: 0,1m 0,08 355760 2 Numbe o laye s: 50 G ow h Ra e: 1,05 Maximum Thickness: 0,1m Numbe o laye s: 25 G ow h Ra e: 1 Maximum Thickness: 0,1m 0,007 471603 3 Numbe o laye s: 65 G ow h Ra e: 1,04 Maximum Thickness: 0,1m Numbe o laye s: 25 G ow h Ra e: 1 Maximum Thickness: 0,1m 0,007 515658 4 Numbe o laye s: 65 G ow h Ra e: 1,04 Maximum Thickness: 0,1m Numbe o laye s: 55 G ow h Ra e: 1,04 Maximum Thickness: 0,1m 0,065 586528 5 Numbe o laye s: 65 G ow h Ra e: 1,04 Maximum Thickness: 0,1m Numbe o laye s: 55 G ow h Ra e: 1,04 Maximum Thickness: 0,1m 0,005 950220 Figu a 64. G á ica del núme o de elemen os de la malla en los dis in os casos 300000 350000 400000 450000 500000 550000 600000 1 2 3 4 Núme o de elemen os en los dis in os casos Análisis de sensibilidad 66 66 Tabla 14. Tabla de a iación de pa áme os índice según el caso Caso Ene gía ciné ica u bulen a (m²/s²) Tempe a u a media de salida (K) Humedad ela i a media de salida (%) Rango de 𝑦+ 1 0,6066 521,9 0,08 12-68 2 0,6066 521,9 0,08 2,5-37 3 0,6303 521,9 0,08 2-37 4 0,7507 521,8 0,08 2-37 Tabla 15. Tabla de a iaciones ela i as al caso inicial de pa áme os índice en cada caso exp esados en % Caso Ene gía ciné ica u bulen a Tempe a u a media de salida Humedad ela i a media de salida 1 0 0 0 2 0 0,001916 0,0001308 3 3,76 0,003832 0,0007847 4 22,86 0,01341 0,003008 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 Va iación de la ene gía ciné ica u bulen a (%) 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 1 2 3 4 Va iación de la empe a u a media en ou le (%) Figu a 65. G á icas de a iación de pa áme os índice según el caso Tabla 16. Tabla de a iaciones ela i as al caso an e io de pa áme os índice en cada caso Caso Ene gía ciné ica u bulen a Tempe a u a media de salida Humedad ela i a media de salida 1 0 0 0 2 0 0,001916 0,01308 3 3,097 0,001916 0,06539 4 22,86 0,009581 0,2222 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 1234 Va iación de la humedad ela i a media en ou le (%) 0 5 10 15 20 25 2 3 4 Va iación de la ene gía ciné ica u bulen a espec o al caso an e io (%) 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 234 Va iación de la empe a u a media en ou le (%) espec o al caso an e io Análisis de sensibilidad 68 68 Figu a 66. G á icas de a iación ela i a al caso an e io de los pa áme os índice según el caso Obse ando odos es os da os podemos ob ene a ias conclusiones: (i) La malla inicial es suscep ible de mejo a, aunque se puede conside a de una calidad acep able, pues las a iaciones ela i as de los dis in os pa áme os no son deso bi ados, siendo <0,2% en el caso de la empe a u a y la humedad (ii) Pese a que el aumen o en el núme o de elemen os se aumen a de o ma casi lineal a lo la go de los casos (Figu a 64), las pendien es de las a iaciones de los dis in os pa áme os cada ez es mayo , po lo que los aumen os en la complejidad de la malla implican un aumen o de la p ecisión cada ez mayo (iii) El ango del pa áme o 𝑦+ disminuye con espec o al caso base y se ace ca más al ango de alo es óp imo (más de alles sob e el pa áme o 𝑦+ la subsección 4.2), po lo que los esul ados ce canos a las pa edes son más p ecisos, jus o lo que se pe seguía con la unción In la ion. Como ya se ha mencionado an e io men e, es e es el mayo ni el de p ecisión que se puede alcanza con los medios disponibles pa a es e p oyec o, y du an e la ealización de es e p oyec o no se ha alcanzado el caso ideal que se buscaba, pues los esul ados de las simulaciones sucesi as con inúan alejándose de los esul ados del caso base. Sin emba go, es e abajo (y más conc e amen e es e subapa ado) puede se de g an impo ancia de ca a a una ampliación de las ideas aquí expues as y la con inuación de su desa ollo. 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 2 3 4 Va iación de la humedad ela i a media en ou le (%) espec o al caso an e io CONCLUSIONES e ha ealizado un es udio eó ico p elimina sob e un sis ema que log a la nula desca ga líquida (ZLD) pa a el a amien o de concen ados de p ocesos de ósmosis in e sa. Es e es udio es un p ime paso de las in es igaciones eó icas y expe imen ales del p oyec o SOLMIDEF en lo que espec a al desa ollo de es e ipo de sis emas. Con es e abajo se ha es ablecido una me odología álida pa a el diseño p elimina de los sis emas ZLD, que pod á aplica se a di e sas con igu aciones y geome ías, así como a nue os pa áme os de diseño y ope ación con la inalidad de adap a lo a la aplicación conc e a con mic o u binas de gas sola es. Las p incipales aplicaciones con empledas en el p ojec o SOLMIDEF son la desalación de agua de ma o salob e y el a amien o de aguas indus iales. Se ha demos ado que las a iables que más in luyen sob e el compo amien o del sis ema son el amaño de las go as y el caudal de salmue a in oducido, a iables que se deben ene especialmen e en cuen a en u u os desa ollos de es e p oyec o. En es a p ime a ap oximación se ha conseguido e apo a un máximo de 0,36 kg/s de agua (lo que co esponde a 0,053 kg de salmue po kg de ai e) de una salmue a de concen ación de 46183 ppm (condiciones de alladas en el apa ado 4.5), lo que demues a la alidez de es a ecnología inno ado a de ZLD, la cual es suscep ible de se mejo ada. Exis e un amplio abanico de mejo as aplicables a es e p oyec o. Los nue os es udios que se ealicen sob e es a ecnología pod ían en oca se en la in oducción de go as desde dis in os pun os, empleando dis in as geome ías del egene ado o in oduciendo álabes en el codo que a o ezcan el cambio de di ección que su e el gas al pasa a a és de él. Es os cambios de con igu ación pod ían pe mi i el a amien o de un mayo caudal de salmue a o la in oducción de go as con un mayo amaño, pe mi iendo hace es udios en los que se conc e e y desa olle la ecnología empleada en la in oducción de la ase disc e a. En cualquie caso, es e es udio con ibuye al desa ollo del p oyec o SOLMIDEFF empleando una ecnología p ome edo a. S