Modelación y simulación computacional de un dispositivo para la filtración de sulfuro de hidrógeno en el biogás mediante el software COMSOL Multiphysics

Abstract

En este proyecto se ha desarrollado un modelo computacional y una simulación de un dispositivo para la filtración de sulfuro de hidrógeno en el biogás utilizando el software COMSOL Multiphysics. La geometría del modelo computacional se basó en un sistema de filtración ubicado en el Laboratorio de Materiales Porosos y Celulares y se estudiaron las ecuaciones físicas requeridas para modelar el flujo del biogás a través del filtro utilizando el módulo de Porous Media Flow. Se construyó una simulación preliminar y se determinó que los resultados eran aceptables para continuar con el diseño de experimentos. Para el diseño de experimentos se utilizó el software DAKOTA con el método de Hipercubo Latino para generar 10 muestras de un espacio de muestreo definido mediante las variables independientes de diámetro promedio del material filtrante y presión inicial. Los datos de estas muestras se importaron a la simulación preliminar y se obtuvieron resultados para la pérdida de presión y la velocidad de flujo del biogás. Estos resultados se importaron a Excel y se procedió a realizar un análisis de regresión lineal. No se obtuvieron resultados estadísticamente significativos para el ajuste de la línea de tendencia, pero se determinó el efecto de las variables independientes en la pérdida de presión. Se determinó que un mayor diámetro promedio y una menor presión inicial resultan en una menor pérdida de presión dentro del filtro.

In this project, a computational model and simulation of a device for the filtration of hydrogen sulfide in biogas was developed by utilizing the software COMSOL Multiphysics. The geometry of the computational model was based on a filtration system located in the Laboratory of Porous and Cellular Materials and the physical equations required to model the flow of biogas through the filter using the Porous Media Flow module were studied. A preliminary simulation was built, and the results were determined to be acceptable to continue with the design of experiments. For the design of experiments, the software DAKOTA was utilized along with the Latin Hypercube method to generate 10 samples from a sampling space defined by the independent variables of average diameter of the filtering material and the initial pressure. Data from these samples was imported into the preliminary simulation and results were obtained for pressure loss and biogas flow velocity. These results were imported into Excel and a linear regression analysis was performed. No statistically significant results were obtained for the trend line fit, but the effect of the independent variables on the pressure loss was determined. It was determined that a larger average diameter and a lower initial pressure result in a lower pressure loss within the filter.