Simulación computacional del efecto distributivo espacial de soportes fotocatalíticos en un reactor solar acondicionado con CPC - Carranco Arias, Brandon Luke (Universidad Autónoma Metropolitana, 2025)
El estudio se centra en el diseño y optimización de un reactor fotocatalítico acoplado a un Concentrador Parabólico Compuesto (CPC) para el tratamiento de aguas residuales, al analizar sinérgicamente el efecto de la disposición espacial de soportes tubulares recubiertos con material fotocatalítico, dispuestos dentro del reactor, mediante la evaluación de tres fenómenos de transferencia: distribución de irradiancia solar sobre los soportes, hidrodinámica del fluido y transferencia de masa. El enfoque multifísico es computacional y analítico, mientras el cálculo de irradiancia sobre los soportes se basa en simulaciones de trazado de rayos (software Tonatiuh), y la dinámica de fluidos computacional (CFD en COMSOL), la transferencia de masa se basa en la determinación del coeficiente de trasferencia de masa (kc), mediante la analogía de Reynolds. El número de soportes estudiado va de 1 a 4 en diferentes disposiciones espaciales, así como diferentes materiales para el absorbedor (vidrio, pyrex y cuarzo). Los resultados indican, en términos radiativos: mientras el aumento de soportes incrementa el área catalítica total y el flujo radiativo neto, también generan un sombreado significativo que reduce la irradiancia promedio por unidad de área hasta en un 43 % (4 soportes respecto a 1 soporte). La transferencia de momento y masa indican: el aumento de soportes reduce el espesor de capa límite, paralelamente esto produce la disminución del coeficiente de transferencia de masa (kc) debido al dominio de la velocidad del fluido sobre el gradiente de velocidad superficial. Se concluye: la configuración que maximiza la sinergia entre la activación fotocatalítica, el transporte de contaminantes y la viabilidad operativa es el sistema de dos soportes dispuestos horizontalmente con un absorbedor de cuarzo e inclinación dinámica con ajuste estacional. Alcanzando un flujo radiativo neto de 28.22 W, coeficiente de transferencia de masa de 1.89 × 10-3 m/s y caída de presión manejable, siendo la solución más balanceada para la escalabilidad de estos sistemas. Palabras clave: Fotocatálisis solar, CPC, Tratamiento de agua, Transferencia de masa, Simulación CFD, Trazado de rayos, Diseño de reactores.