Desarrollo de una teoría rigurosa de transferencia de masa
El diseño y la optimización del reactor son esenciales para guiar el avance de la tecnología de baterías de flujo. El transporte de masa y el flujo de fluido a través de la interfaz entre los canales de distribución y el electrodo, donde ocurren las reacciones, impactan directamente el rendimiento de la batería, controlando la permeación del reactivo y determinando su conversión. Este proyecto tuvo como objetivo comprender mejor esta transferencia de masa interfacial utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD), lo que permitió el desarrollo de ecuaciones de ingeniería útiles para la ampliación industrial y marcos de modelado multiescala.
Durante el proyecto de un año, se implementó exitosamente un modelo CFD utilizando la biblioteca de código abierto OpenFOAM. Este modelo incluyó el flujo de electrolito libre a través de un canal rectangular en contacto con un electrodo poroso, donde se consideró una reacción química de primer orden. Se realizó un estudio de sensibilidad para evaluar el efecto de la relación de aspecto del canal, la velocidad de reacción y la microestructura del electrodo. Este modelo inicial permitió esclarecer la formación de dos zonas de capa límite y analizar el gradiente de concentración cambiante del reactivo a lo largo del eje axial, debido a la tasa de permeación del electrolito, la reacción y el flujo de retorno desde la región porosa hacia el canal.
Actualmente se está finalizando la producción de un artículo científico que contiene una metodología de modelado detallada y hallazgos sobre fenómenos de transporte. Además, el proyecto continúa con el apoyo de un estudiante de magíster que está siendo supervisado conjuntamente. Esta continuación del proyecto modificará el resultado inicial para considerar una reacción electroquímica y una química específica del electrolito de vanadio. Otro aporte clave del proyecto fue el desarrollo de dos talleres gratuitos para ingeniería química y disciplinas afines, cada uno con aproximadamente 30 participantes. Uno fue realizado en la Pontificia Universidad Católica a fines de 2023 y otro en Imperial College London en julio de 2024. Estos talleres se centraron en una introducción al uso de OpenFOAM y se desarrollaron durante dos días, incluyendo clases explicativas, demostraciones guiadas en vivo y sesiones prácticas.
Concurso: Internacional, Royal Society Exchanges 2023
Duración del proyecto: 12 meses
Investigador principal: Felipe Huerta Pérez
