Modelación y simulación en CFD del flujo multifase (líquido-sólido-gas) en un fotobiorreactor tipo airlift para el cultivo de microalgas

Abstract

Se desarrolló una simulación CFD bidimensional, haciendo uso del software Star-ccm+, a través de un modelo de flujo multifase bajo un enfoque Euleriano-Euleriano para un fotobiorreactor tipo airlift utilizado en el cultivo de microalgas. La simulación se llevó a cabo para un flujo de alimentación de aire de 2 litros por minuto. Al observar los contornos de velocidad para el aire, las microalgas y las burbujas, se nota una menor presencia de la fase gaseosa en la zona del downcomer al compararse con la zona del riser, lo cual indica que se presenta un mezclado suficientemente fuerte para que se dé un flujo continuo del agua y las microalgas. Los vectores de velocidad son más pequeños en el downcomer que en el riser, mientras que los vectores de velocidad para el agua se encuentran bien organizados y apuntando hacia abajo en el downcomer y hacia arriba en el riser. Para las microalgas se encontró que debido al tamaño microscópico de estos organismos, estos siguen el patrón de flujo descrito por la fase continua. Dado que las restricciones hidráulicas para la fase líquida son menores en el riser, una gran cantidad de energía es disipada por las interacciones líquido-gas. En la región del downcomer, la fracción volumétrica del gas es muy baja, y así mismo las colisiones entre burbujas. Una zona de cuasi-estancamiento fue encontrada en la parte baja del equipo. Finalmente, la energía cinética turbulenta es mayor en la sección media y en el tope del riser, mientras es menor en el downcomer. Resultados similares fueron encontrados para tasa de disipación turbulenta.