Transmisión de energía microondas mediante antenas emitiendo en multifrecuencia en reactores y sistemas de calentamiento combinando cavidades resonantes y de procesamiento

[SPA] Esta Tesis Doctoral presenta un innovador diseño de reactor químico asistido por microondas que introduce dos principales innovaciones. La primera consiste en combinar la cavidad resonante y el recipiente en un mismo volumen, utilizando un material metálico para el recipiente, lo que mejora la durabilidad del sistema. La segunda innovación radica en integrar antenas como puertos aplicadores de energía en lugar de las tradicionales guías de onda, permitiendo una mayor flexibilidad en el diseño y dimensiones del sistema. Se optimizó un reactor de microondas con cuatro antenas emisoras de energía electromagnética, evaluando su funcionamiento mediante un modelo de simulación que utiliza el método de elementos finitos (FEM) en el software COMSOL Multiphysics, acoplando física de radiofrecuencia y transferencia de calor. Las simulaciones han demostrado la viabilidad del proceso de calentamiento por microondas en el reactor propuesto, especialmente en configuraciones donde las guías de onda estándar no serían aplicables debido al tamaño requerido para un volumen de 106 litros. Los resultados indican que la combinación de frecuencias de 915 MHz y 2.45 GHz junto con la incorporación de un sistema de agitación conduce a una distribución uniforme del campo eléctrico y la temperatura en el volumen del reactor, haciendo que el sistema sea adecuado para el reciclaje químico de polímeros a gran escala. Así, se establece una base sólida para la construcción de un reactor de microondas destinado a procesos industriales de reciclaje químico de polímeros, destacando la necesidad de futuros esfuerzos para optimizar la posición, el número y el diseño de las antenas para mejorar la uniformidad del campo eléctrico y la eficiencia del proceso.[ENG] This PhD Thesis presents an innovative microwave-assisted chemical reactor design that introduces two main innovations. The first one consists in combining the resonant cavity and the vessel in the same volume, using a metallic material for the vessel, which improves the durability of the system. The second innovation is to integrate antennas as energy application ports instead of traditional waveguides, allowing greater flexibility in system design and dimensions. A microwave reactor with four electromagnetic energy-emitting antennas was optimised by evaluating its performance through a simulation model using the finite element method (FEM) in COMSOL Multiphysics software, coupling radio frequency physics and heat transfer. Simulations have demonstrated the feasibility of the microwave heating process in the proposed reactor, especially in configurations where standard waveguides would not be applicable due to the size required for a volume of 106 litres. The results indicate that the combination of 915 MHz and 2.45 GHz frequencies together with the incorporation of a stirring system leads to a uniform distribution of the electric field and temperature in the reactor volume, making the system suitable for large-scale chemical recycling of polymers. Thus, a solid basis for the construction of a microwave reactor for industrial polymer chemical recycling processes is established, highlighting the need for future efforts to optimise the position, number and design of the antennas to improve the uniformity of the electric field and the efficiency of the process.

Author

• Frisa Rubio, Alberto

• Transmisión de energía
• Electromagnetismo
• Circuitos
• Antenas
• Energía de microondas
• Efectos térmicos

Identifier

hdl:10317/17620

OAI identifier oai:identifier

oai:repositorio.upct.es:10317/17620