Introducción/Objetivos

La escasez de agua dulce ha impulsado el desarrollo de tecnologías avanzadas de tratamiento de agua, como la destilación con membrana (MD, por sus siglas en inglés).

En el artículo titulado “Simulation of mass and heat transfer in salt-lake brine desalination by direct contact membrane distillation using 3D CFD” publicado recientement en la revista “Journal of Water Process Engineering” se utiliza COMSOL Multiphysics® para simular el proceso de destilación con membrana de contacto directo aplicado a la concentración de salmueras de lagos salados. El objetivo principal es visualizar y optimizar los mecanismos de transferencia de calor y masa cerca de la capa límite de la membrana.

Modelización/Simulaciones

Los autores, Guo y colaboradores, han desarrollado un modelo tridimensional de del módulo de membrana en COMSOL Multiphysics® tal y como se muestra en la Figura 1. El modelo incorpora las ecuaciones de conservación de momento, energía y especies y se construye en base a las siguientes hipótesis principales:

1. Equilibrio termodinámico estacionario dentro de la membrana.
2. Condiciones de no deslizamiento en las interfaces.
3. Propiedades constantes de la membrana y retención completa de solutos no volátiles.

Para garantizar unos resultados precisos en las simulaciones numéricas, los autores utilizaron una malla muy fina. Se evaluaron parámetros como la temperatura de alimentación y la velocidad de flujo, analizando su impacto, por ejemplo, en el flujo de permeación.

Figura 1. Geometría tridimensional del módulo de membrana DCMD: (a) Estructura del módulo de membrana. (b) Geometría del módulo de membrana. (c) Malla tridimensional para la simulación CFD en COMSOL Multiphysics®.

Resultados/Conclusiones

Los resultados de la simulación mostraron un excelente ajuste con respecto a los datos obtenidos experimentalmente, con un error máximo del 2,49 % en el flujo de permeación. La temperatura de alimentación tuvo un impacto significativo en la transferencia de calor, donde temperaturas más altas mejoraron el flujo. El modelo desarrollado permitió visualizar exitosamente las distribuciones de temperatura (Figura 2) y velocidad (Figura 3), mostrando contornos de temperatura simétricos en ambos lados de la membrana.

El estudio demuestra el gran potencial de COMSOL Multiphysics® para modelizar y optimizar procesos de destilación empleando tecnología de membranas, ofreciendo una herramienta clave para escalar esta tecnología a aplicaciones industriales.

Figura 2. Temperatura obtenida en los distintos dominios del módulo de membrana a partir de las simulaciones en COMSOL Multiphysics®.

Figura 3. Velocidad calculada para el flujo en los canales del módulo de membrana a partir de las simulaciones en COMSOL Multiphysics®

Referencias

[1] Guo et al. Simulation of mass and heat transfer in salt-lake brine desalination by direct contact membrane distillation using 3D CFD. Journal of Water Process Engineering (2025), 69, 106748.