[en] Electrodialysis is a technique with the objective of desalting a stream with semipermeable ion exchange membranes under the application of an electric field. These membranes have a fixed charge and depending on the polarity of their charge, the electric field and the polarity of the ion, they will allow the passage of some ions and block the passage of others. This will cause negatively charged ions (anions such as Cl-) to go to the anode due to the potential difference and in the case of positively charged ions (cations such as Na+), they will go to the cathode. In this way, ions are transported due to a combination of diffusion and electromigration phenomena. This gives the possibility of creating channels in which the ions are concentrated, known as concentrated channels, or dilute their concentration, known as dilute channels. In addition, at the ends of the cell, there is a channel with an electrode solution that is responsible for transporting the external field to the electrodialysis unit. Inside the channels, there are some spacers, which will favour the mixing of the ions in the system while supporting the membrane unit. However, there is still a lack of tools that make it possible to scale up electrodialysis to industrial processes due to the difficulties in modelling what happens inside this equipment (hydrodynamics and transport of charged species). Therefore, this final degree project has the purpose of simulating an electrodialysis cell with a 3D model with the COMSOL program, to study the ion transport phenomena and the hydrodynamics that occur within this equipment. Regarding the results, the variations of concentrations in the cell channels, the velocity profile, the electrical potential and more will be observed. In addition, a time-dependent study will be carried out to see how the concentrations will vary over time.

[es] La electrodiálisis es una técnica con el objetivo de desalinizar una corriente con membranas de intercambio iónico semipermeables bajo la aplicación de un campo eléctrico. Estas membranas presentan una carga fija y según la polaridad de su carga, el campo eléctrico y la polaridad del ion, permitirán el paso de algunos iones y bloqueará el paso de los demás. Esto hará que los iones cargados negativamente (aniones como el Cl-), se dirijan al ánodo por la diferencia de potencial y en el caso de los iones cargados positivamente (cationes como Na+), irán al cátodo. De esta forma, los iones se transportan debido a una combinación de fenómenos de difusión y electromigración. Esto da la posibilidad de crear canales en los que los iones se concentren, conocidos como canales concentrados o diluir su concentración, conocidos como canales diluidos. Además, en los extremos de la celda, existe un canal con una disolución electródica que se encarga de transportar el campo externo a la unidad de electrodiálisis. Dentro de los canales, se encuentran unos espaciadores, que favorecerán la mezcla de los iones en el sistema a la vez que soportarán la unidad de membranas. Sin embargo, todavía faltan herramientas que posibiliten el escalado de la electrodiálisis a procesos industriales debido a las dificultades para modelar lo que sucede dentro de estos equipos (hidrodinámica y transporte de especies cargadas). Por tanto, este trabajo de fin de grado tiene como finalidad simular una celda de electrodiálisis con un modelo 3D con el programa COMSOL, para poder estudiar los fenómenos de transporte de iones y la hidrodinámica que se producen dentro de estos equipos. Por lo que respecta a los resultados, se observarán las variaciones de concentraciones en los canales de la celda, el perfil de velocidades, el potencial eléctrico y más. Aparte, se realizará un estudio transitorio para ver cómo variarán las concentraciones en el tiempo.