[en] Bipolar membrane electrodialysis (BPED) is a process that separates ionic substances with an electrical potential gradient as a driving force. This technique contains ion exchange membranes that allow the passage of charged species, whose transport is accelerated by a potential difference. In addition, BPED incorporates bipolar membranes, which consist of two coupled ion exchange membranes (cationic and anionic) and allow the generation of acids and bases from brine. Due to the potential difference, the dissociation of water in the bipolar membrane is accelerated (Wien effect). Currently, BPED is one of the most widely used technologies to valorise brines to produce acids and bases, but there are still no mathematical models to predict its behaviour. This project aims to develop a simulation model for the transport phenomena associated with BPED, based on the Nernst-Plank and Navier-Stokes equations and considering the conservation of charge based on the electroneutrality or Poisson condition. In addition, the effect of water dissociation will be taken into account by considering the Wien effect. The simulation of this process allows to study the sensitivity of the parameters and operating levels and characteristics of the membranes (such as applied voltage, membrane charge concentration, etc.), their influences on the system and to assess which operating conditions allow a higher generation of acids and bases. A commercial finite element software, COMSOL Multiphysics, will be used to carry out this project and the results will be validated experimentally.

[es] La electrodiálisis con membranas bipolares (BPED, de sus siglas en inglés) es un proceso que permite separar substancias iónicas con un gradiente de potencial eléctrico como fuerza impulsora. Esta técnica contiene membranas de intercambio iónico que permiten el paso de especies cargadas, cuyo transporte se ve acelerado por una diferencia de potencial. Además, la BPED incorpora membranas bipolares, que están constituidas por dos membranas acopladas de intercambio iónico (catiónicas y aniónicas) y que permiten la generación de ácidos y bases a partir de salmuera. A causa de la diferencia de potencial, la disociación del agua en la membrana bipolar se ve acelerada (efecto Wien). Actualmente, la BPED es una de les tecnologías más empleadas a la hora de valorizar salmueras para producir ácidos y bases, pero aún no hay modelos matemáticos que permiten predecir su comportamiento. Este proyecto tiene como objetivo desarrollar un modelo de simulación para los fenómenos de transporte asociados a la BPED, a partir de les ecuaciones de Nernst-Plank y Navier-Stokes y considerando la conservación de carga a partir de la condición de electroneutralidad o Poisson. Además, el efecto de la disociación del agua se tendrá en cuenta considerando el efecto Wien. La simulación de este proceso permite estudiar la sensibilidad de los parámetros y niveles de operación y características de las membranas (como el voltaje aplicado, la concentración de carga de membrana, etc.), sus influencias sobre el sistema y avaluar cuales condiciones de operación permiten una mayor generación de ácidos y bases. Para la realización de este proyecto se utilizará un software comercial de elementos finitos, COMSOL Multiphysics y posteriormente se validarán experimentalmente los resultados.