PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Autor: SÁNCHEZ RECARTE IGNACIO.
Año: 2004.
Universidad: LLEIDA.
Centro de lectura: UNIVERSIDAD DE LLEIDA .
Centro de realización: UNIVERSIDAD DE LLEIDA.

Resumen: El estudio realizado bajo el nombre "Estudio de un fluido frigoportador bifásico formado a partir de agua y NaCl: el Hielo Líquido" ha pretendido realizar un análisis exhaustivo de las principales características y comportamientos que presenta un hielo líquido formado a partir de una solución de agua y NaCl en un generador de hielo líquido de superficie barrida. La primera parte del estudio ha permitido realizar una completa caracterización del fluido bifásico a través del estudio de las principales propiedades termofísicas del hielo líquido. Asimismo se han realizado los ensayos de viscosidad y así caracterizar el comportamiento reológico del hielo líquido. Estos ensayos han determinado un comportamiento newtoniano del hielo líquido para concentraciones de cristales de hielo en la mezcla inferiores al 10%, comportándose como un fluido Bingham para concentraciones de hielo superiores al 10%. Las investigaciones se han centrado asimismo en el estudio del límite entre comportamiento newtoniano y no newtoniano y en los parámetros que influyen en esta transición de comportamiento. Se han analizado asimismo los tipos de comportamiento en la evolución de las pérdidas de presión y en el valor del factor de fricción del hielo líquido en función de la fracción másica de hielo en la mezcla, así como la influencia de la fracción másica inicial de NaCl y la velocidad sobre los mismos. Para el estudio de la transmisión de calor del hielo líquido, se ha empleado un intercambiador tubular de calor. Los ensayos realizados en el intercambiador han permitido analizar a través del estudio de los números adimensionales, (números de Prandtl, de Peclet y de Nüsselt) la transmisión de calor así como obtener el coeficiente de intercambio de calor del hielo líquido y desarrollar un modelo de cálculo del mismo. Asimismo se ha conseguido desarrollar un modelo de cálculo del número de Nüsselt del hielo líquido. Teniendo en cuenta que la conductividad eléctrica de un fluido depende de la temperatura, de la fracción de sólidos de la mezcla y de la concentración de sal de la solución residual, se ha desarrollado un método de medición de la concentración de hielo en la mezcla bifásica mediante el estudio de la Conductividad Eléctrica del Hielo Líquido.

Autor: MARTÍN GARCÍA JUAN ANDRÉS.
Año: 2003.
Universidad: CADIZ.
Centro de lectura: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR.
Centro de realización: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ALGECIRAS.

Resumen: Son muchos los procesos ingenieriles en los que distintos cuerpos sólidos quedan sometidos a muy altas temperaturas. En esos ambientes hostiles no es posible llevar a cabo la medida directa de la temperatura que llega a soportar el material. Sin embargo, el conocimiento de esta temperatura durante todo el periodo de operación es a menudo del máximo interés para el control del proceso así como para el diseño del material. Para resolver problemas de esta naturaleza la medida de temperatura se tiene que realizar desde el interior del sólido en conducción, y para estimar la historia de la temperatura superficial del sólido a partir del registro de temperaturas desde su interior, es necesario plantear un Problema Inverso de Conducción de Calor (IHCP, Inverse Heat Conduction Problem). Esta tesis doctoral presenta dos partes diferenciadas. Por un lado, se aborda el análisis de una áplicación industrial del IHCP, que se plantea en el ciclo de trabajo de una cuchara para acero bruto de una acería, con el fin de estimar la temperatura de su superficie interior durante el mencionado ciclo, al objeto de poderla conocer y, por tanto, optimizar el proceso, es decir, conseguir aumentar la vida y propiedades de su recubrimiento. El problema se aborda con las no linealidades propias del amplio rango de temperaturas que se manejan y, de la radiación y convección que existe en la pared externa del recipiente. A estos efectos, el trabajo se remonta a un estudio de los distintos métodos de resolución del IHCP, debido a la importancia que tiene la elección del procedimiento adecuado en cada caso concreto. En este sentido, se ha considerado que el método de especificación de función (FSM, Function Specification Method) es el más adecuado para resolver el problema que se plantea. El estudio se prolonga dese la implementación de un código compilado hasta la aplicación práctica del algoritmo sleccionado (FSM), pasando por la fase de ajuste de los parámetros necesarios y haciendo un tratamiento estadístico de los resultados para verificar la exactitud conseguida. La segunda parte se centra en la investigación de un nuevo método secuencial de resolución del IHCP unidimensional y lineal, usando datos de temperatura con un significante contenido de ruido. El método emplea la descomposición en valores singulares (SVD, Singular Value Decomposition) de una matriz para condicionar bien el problema. El análisis de su comportamiento y bondad de estimación se realiza por comparación de otros métodos, que tienen un gran reconocimiento en la literatura, ante la resolución de un problema típico en el estudio del IHCP.

Autor: SUAREZ RAMON INES M. .
Año: 2003.
Universidad: OVIEDO.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE GIJÓN.

Resumen: La acumulación de ensuciamiento en las superficies de transferencia de calor es uno de los principales factores que producen la disminución de la eficiencia térmica en los condensadores de centrales térmicas. Sin embargo, la medida del ensuciamiento es muy complicada, por lo que generalmente el ensuciamiento se estima de forma indirecta a partir de otras variables mediante la utilización de códigos de diseño elaborados por algunos fabricantes de condensadores, siendo el propuesto por The Heat Exchange Institute el más utilizado actualmente. Este método sólo se puede aplicar con fiabilidad para un reducido rango de las condiciones de operación del condensador y, además, presenta otras limitaciones, siendo la más importante el hecho de que el parámetro utilizado para evaluar el ensuciamiento, denominado factor de limpieza, refleja no sólo éste, sino también otros factores de funcionamiento del condensador que no se tienen en cuenta en el método. En esta Tesis se plantean dos modelos numéricos en tres dimensiones, uno monofásico y otro bifásico y se aplican al condensador principal de una central térmica de 535 MW, equipo que presenta grandes diferencias en cuanto a la geometría, las dimensiones y el diseño del sistema de extracción de gases incondensables respecto a los pequeños condensadores experimentales utilizados en la mayoría de los trabajos existentes en la bibliografía. Los modelos engloban los efectos de los que carecen los métodos tradicionales y otros modelos numéricos que aparecen en la bibliografía, cuya influencia en el funcionamiento del condensador se ha considerador se ha considerado importante. Se analizan las distribuciones de las principales variables de operación del condensador obtenidas con los modelos numéricos y se realiza un estudio comparativo del método tradicional propuesto por The Heat Exchange Institute y el modelo numérico monofásico, ya que no se conocen estudios de este tipo publicados en la bibliografía. Com aplicación de los modelos numéricos a la realización de estudios que no es posible llevar a cabo mediante los métodos clásicos, finalmente se estudia la influencia de diferentes distribuciones de una misma masa de ensuciamiento en el interior de los tubos del condensador. Los modelos numéricos reflejan una importante variación de la presión en el interior del condensador, en contraste con la consideración de una presión única en el método propuesto por The Heat Exchange Institute. Además, el modelo numérico predice presiones mayores, coeficientes globales de transferencia de calor menores y flujos másicos de vapor condensado menores que el método de The Heat Exchange Institute, por lo que el análisis de la operación de condensadores será más conservador y el diseño de condensadores conducirá a equipos mayores. En esta Tesis se ha demostrado la utilidad de los modelos numéricos como complemento a los métodos clásicos en el diseño de condensadores, aportando información adicional en cuanto a la presencia de zonas de acumulación de aire o respecto a las distribuciones de ensuciamiento más perjudiciales para la transferencia de calor en el condensador y, por otro, posibilitando la simulación de cambios en la geometría en el sentido de contrarrestar estos efectos negativos y mejorar el rendimiento termodinámico del ciclo.

Autor: QUISPE FLORES MARCOS OSWALDO.
Año: 2003.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ETS ENGINYERIA INDUSTRIAL DE TERRASSA.

Resumen: Se ha desarrollado una infraestructura numérica, que permite el estudio de problemas donde están presentes fenómenos periódicos espaciales, haciendo uso de dominios computacionales reducidos con condiciones de contorno periódicas. Se enfoca en particular el estudio de la convección natural del aire, numérica y experimentalmente, en estructuras honeycomb de tipo rectangular, de interés aplicativo en aislamientos transparentes para sistemas solares térmicos. Para abordar el estudio, la tesis se ha estructurado en tres bloque, cuyos contenidos abarcan: 1) El estudio del tratamiento numérico de condiciones de contorno periódicas, en base al método de volúmenes finitos, estableciéndose estrategias adecuadas de transferencia de información entre contornos periódicos en una forma explícita. Los tratamientos se sustentan en dos procedimientos; (i) en estrategias que tratan directamente con el valor de las variables del problema sobre nodos de los volúmenes de control (ubicados en los contornos periódicos y en posiciones anexas al contorno) y (ii) en interpolaciones sobre los contornos periódicos utilizadas en el método multibloque: interpolaciones de tipo conservativas e interpolaciones matemáticas. Se proponen tres formulaciones: DIF (Direct Interpolation Formulation), EPF (Exact Position Formulation) y CTF (Conservative Treatment Formulation). En la formulación DIF la transferencia de información se basa en la aplicación de interpolaciones Lagrangianas, en la formulación EPF la información se transfiere nodo a nodo entre posiciones geométricamente semejantes, mientras que en la formulación CTF la transferencia de información se basa en forzar la conservación de los flujos físicos (masa,momento y energía). Las formulaciones son comparadas entre si. Para el análisis comparativo se reproduce un caso de la literatura científica, cuyos campos de velocidad y temperatura presentan un comportamiento periódico espacial. Los criterios de comparación se basan en la verificación de las soluciones numéricas obtenidas por cada formulación. Se resuelven otros casos con la finalidad de presentar nuevos detalles acerca del tratamiento de condiciones de contorno periódicas, en base a las metodologías propuestas. 2) Se aborda el estudio numérico del comportamiento periódico del aire en cavidades alargadas e inclinadas 45º, ne cuyo interior se ubica una estructura honeycomb rectangular.se reproducen casos de la literatura, numéricos y experimentales, con la finalidad de verificar y validar el código numérico para geometrías específicas. Aprovechando la naturaleza periódica del flujo,se proponen expresiones matemáticas para representar el comportamiento periódico de las variables velocidad, temperatura y presión dinámica. Dichas expresiones fueron utilizadas como modelos para definir las condiciones de contorno periódicas aplicables a una celda de honeycomb. Se establecen estudiso comparativos entre los resultados numéricos conseguidos sobre dominios computacionales completos y los obtenidos aplicando condiciones de contorno periódicas sobre dominios computacionales reducidos a una celda de honeycomb. Mediante un estudio específico, se demuestra la utilidad de las simulaciones numéricas para solucionar geometrías de interés tecnológico, próximas al aislamiento transparente para sistemas solares térmicos, aplicando condiciones de contorno periódicas en dominios computacionales reducidos. 3) El estudio numérico de la convección natural del aire en una cavidad rectangular, con estructuras honeycomb en su interior. Se lleva a cabo la validación de los resultados numéricos, contrastando sus valores con resultados experimentales obtenidos en base a técnicas PIV (Particle Image Velocimetry), las cuales permitieron visualizar y cuantificar el campo de velocidades. Las simulaciones numéricas de todo el trabajo se basaron en el método de volúmenes finitos. Las ecuaciones gibernantes discretizadas fueron resueltas en forma segregada, utilizándose el algoritmo SIMPLEC. Las geometrías fueron discretizadas en base a mallas Cartesianas desplazadas. Los resultados numéricos fueron verificados a través de herramientas de post- proceso basadas en la extrapolación de Richardson generalizada y en el concepto del GCI(Grid Convergence Index).

Autor: FERNÁNDEZ RODRÍGUEZ M. DOLORES .
Año: 2002.
Universidad: SANTIAGO DE COMPOSTELA.
Centro de lectura: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR.
Centro de realización: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR.

Resumen: La climatización en invernaderos va encaminada hacia la aplicación de estrategias de control óptimo cuya base fundamental radica en la consecución del máximo rendimiento con el mínimo consumo de recursos, prestando especial atención a la eficiencia energética de las instalaciones. Este concepto global, que incorpora la automatización de las instalaciones y la monitorización de los efectos que provoca, tiene una importante aplicación sobre las de calefacción, que representan el mayor consumo energético en invernaderos. Para su aplicación, el control óptimo, requiere modelos precisos del comportamiento de los elementos que forman parte de las instalaciones y que influyen en el desarrollo y crecimiento vegetal. Esto, centrado en la calefacción del sustrato por cable radiante (C.R.), que proporciona mayores temperaturas en la zona radicular, pero presenta costes energéticos elevados, conduce a la realización de cálculos térmicos en régimen transitorio, para la resolución de la ecuación de Fourier de conducción de calor, para geometrías complejas y variabilidad de las propiedades térmicas del medio conductor de calor, con objeto de modelizar los fenómenos que en él se producen. Para la modelización de este tipo de fenómenos se dispone de métodos analíticos y numéricos, siendo estos últimos los más adecuados para los requerimientos del análisis. Los principales métodos numéricos aplicados en modelos de predicción de temperatura en sustratos son: diferencias finitas, elementos finitos, analogía electromagnética y redes neuronales. El método de elementos finitos (;.E.F.) ha mostrado capacidad para la modelización del estado térmico de sustratos sin aporte artificial de calor, a lo cual hay que añadir gran utilidad del mismo en el ámbito de la ingeniería, gracias a la contribución de aplicaciones informáticas creadas para su empleo, a las cuales no resulta difícil la accesibilidad. A parte de los problemas que se plantean en la resolución de la ecuación de calor en régimen transitorio, hay que añadir la variabilidad de las propiedades térmicas , debidas a la variación del grado de humedad y a su dependencia de la temperatura, lo cual va vinculado a la heterogeneidad de este medio, que incide en el análisis. Esta problemática ha conducido al desarrollo de dos líneas de investigación: 1,- Consecución de métodos de cálculo de las propiedades térmicas a partir de otras propiedades físicas. 2,- Generación de métodos experimentales de obtención indirecta de las mismas. Expuesta la problemática existente y la situación actual de la investigación, se presenta el objetivo fundamental de esta Tesis Doctoral: el desarrollo de un modelo basado en M.E.F.. Implementado por códigos comerciales que proporcione la descripción del estado térmico del sustrato calefactado. El código empleado en su desarrollo ha sido ANSYS v.6.0. Los pasos destinados a la elaboración del modelo han sido: 1,- Desarrollo geométrico parametrizable y flexible que permita la introducción de distintas disposiciones geométricas del elemento calefactor y dimensiones del sustrato. 2,- Elección del elemento que define el sustrato y las expresiones que rigen su comportamiento físico. 3,- Generación del mallado. 4,- Discretización del tiempo que se dividirá en pasos y subpasos de análisis. 5,- Definición de las condiciones de contorno. Durante la fase de planteamiento, al modelo se han incorporado dos métodos de cálculo de propiedades térmicas, a partir de otras propiedades físicas del sustrato: el determinado por Campbell et al. (1994) para el cálculo de la conductividad térmica efectiva y el propuesto por de Vries (1963) para el cálculo del calor específico volumétrico. El modelo tiene en cuenta la humedad y compacidad en distintas capas del sustrato, la variación de las propiedades térmicas con la temperatura e incorpora una capa superficial con menor humedad. Planteado el modelo, se ha procedido a su validación, para lo cual se han simulado 9 configuraciones de calefacción con distintas geometrías y bajo condiciones de funcionamiento diferentes, durante 3 días cada una, para, posteriormente, comparar los resultados obtenidos con datos experimentales medidos en invernadero. El modelo físico basado en M.E.F., aporta una descripción detallada del comportamiento térmico de sustratos calefactados por C.R., en una sección transversal al cable, proporcionando información numérica y gráfica de la distribución de temperaturas y flujos de calor. Además permite la evaluación virtual de distintas configuraciones del sistema de calefacción bajo condiciones ambientales y de funcionamiento que se requieran, lo cual lo capacita para garantizar el diseño y manejo de la instalación antes de su puesta en marcha.

Autor: MORA ACOSTA JOSUE.
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S. ENGINYERIA INDUSTRIAL DE TERRASSA.

Resumen: El trabajo de tesis se centra en la solucion numerica de las ecuaciones de navier-Stokes en regimen transitorio, tridimensional y laminar. Los algoritmos utilizados son del tipo segregado (SIMPLEC)y se basan en el uso de tecnicas de volumenes finitos, con mallas estructurales del tipo staggered y discretizaciones temporales implicitas. En este contexto, el pricipal, problema son los elevados tiempos de calculo de las simulaciones, que en buena parte se deben a la solucion de los sistemas de ecuaciones lineales. Se hace una revision de diferentes metodos utilizados tipicamente en ordenadores secuenciales: GMRES, BICGSTAB, ACM, MSPIP. A fin de reducir los tiempos de calculo se emplean ordenadores paralelos de memoria distribuida, basados en la agrupacion de ordenadores personales convencionales (PC clusters). Por lo que respecta a la potencia de calculo por procesador, estos sistemas son comparables a los ordenadores paralelos de memoria distribuida convencionales (como el Cray T3E) siendo, su principal problema la baja capacidad de comunicación (elevada latencia, bajo ancho de banda). Este punto condiciona toda la estrategia computacional, obligando a reducir al maximo el numero y el tamaño de los mensajes intercambiados. Este aspecto se cuantifica detalladamente en la tesis, realizando medidas de tiempos de calculo en ambos ordenadores para diversas operaciones criticas para los algoritmos lineales. Tambien se miden y comparan los tiempos de calulo y speed ups obtenidos en la solucion de los sistemas lineales con diferentes algoritmos paralelos (Jacobi, MSIP, GMRES, BICGSTAB) y para diferentes tamaños de malla. Finalmente, se utilizan las tecnicas anteriores para resolver el caso denominado driven cavity, en situacionies tridimensionales y con numeros de Reynolds de hasta 8000. Los resultados obtenidos se utilizan para validar los codigos desarrollados, en base a resultados de otros codigos y tambien se basa en la comparacion con resultados experimentales procedentes de la bibliografia. Se utilizan hasta 12 procesadores, obteniendose spped ups de hasta 9.7 en el cluster de PCs. Se analizan los tiempos de calculo de cada fase del codigo, señalandose areas para futuras mejoras. Se comparan los tiempos de calculo con los algoritmos implementados en otros trabajos. La conclusion final es que los clusters de PCs son una plataforma de gran potencia en los calculos de dinamica de fluidos computacional.

Autor: ALARCÓN GARCÍA MARIANO.
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE CARTAGENA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA.

Resumen: Se estudia distintos aspectos del transporte de calor en sistemas con aletas. En primer lugar se busca el modelo físico-matemático de sistema de aletas que da resultados suficientemente fiables, encontrando que el conjunto aleta-pared es el mínimo sistema que es capaz de reflejar el comportamiento del sistema en el estudio del transitorio y estacionario. El sistema aleta-pared se estudia sometido a excitación escalón y escalón-armónica en una dimensión. Se realiza un estudio paramétrico respecto a los parámetros adimensionales de la frecuencia, número de Biot referido a la superficie desnuda de la pared y número de forma M de aletas, llegando a la conclusión de que los dos últimos son inconsistentes. También se estudia el transitorio del sistema aleta pared en dos dimensiones sometido a excitación escalón. La simulación de los distintos casos estudiados se ha realizado por el Método de simulación por redes (MESIR), que es un método numérico basado en la similitud formal existente entre las ecuaciones diferenciales (en diferencias finitas de las coordenadas espaciales) de procesos físicos asociados a los mismos y las leyes de los circuitos eléctricos. Se construye un modelo en red equivalente al proceso, que es un circuito eléctrico, que finalmente se simula mediante un sortware adecuado, en este caso Pspice. Como forma de evaluar los sistemas aleta-pared alternativo a los modelos empíricos y analíticos, se introduce el concepto de Red de transferencia, o función en forma de grafo que relaciona las variables de entrada y salida del sistema de aletas. A diferencia de las matrices de transferencia, la Red contiene "toda" la información del comportamiento "interno" del sistema, permite tratar las asociaciones de aletas y definir unos nuevos coeficientes para la cuantificación del rendimiento de los sistemas de aletas. Del estudio de los coeficientes de rendimiento de aletas más utilizados hasta la fecha (eficiencia, efectividad, factor de aumento, coeficiente de mejora y admitancia de entrada) se deduce una serie de deficiencias de fundamenteo y funcionales que dan pie a definir las características de un "coeficiente ideal". A partir del concepto de Red de transferencia y estas características se definen los coeficientres admitancia térmica inversa, admitancia específica y admitancia relativa, que superan a los coeficientes al uso en consistencia, operatividad e información. También permite la realización del análisis de respuesta en frecuencia de sistemas térmicos, que permite conocer con precisión la respuesta del sistema en un rango de exictación armónicas. Los anteriores conceptos se aplican al estudio de transitorio y estacionario de una aguja cilíndrica sometida a multiebullición. El proceso es altamente no lineal y además se ha considerado conductividad dependiente de la temperatura. Finalmen se te implementan procedimientos de optimización de aletas. Unprimer método utiliza las herramientas del software Pspice, y es apto para problemas altamente no lineales y el transitorio en una o dos variables. Para sistemas más complejos se ha implementado la aplicación de optimización NLPQL-Pspice, que combian un algoritmo matemático de optimización contenido en la librería ISML de Visual FORTRAN con la simulación de modelos (utilizando el software Pspice). En este sentido se logra la implementación del MESIR como herramienta de diseño y no tan sólo de análisis de los sistemas térmicos. También se realiza un análisis paramétricos de los óptimos del sistema aleta-pared longitudinal.

Autor: ECHEVARRIETA SAZATORNIL IGNACIO.
Año: 2001.
Universidad: CADIZ.
Centro de lectura: CIENCIAS NÁUTICAS .
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS NÁUTICAS.

Resumen: En el proceso de cálculo de los generadores de vapor, que comprende el cálculo térmico del hidráulico y el mecánico, hay algunas partes cuya complejidad impide el cálculo analítico exacto. Para resolverlo se han propuesto métodos empíricos o semiempíricos por parte de diversos autores con grandes diferencias entre los mismos. El cálculo del área de intercambio de las paredes del hogar es una de estas partes debido a que la temperatura es variable de forma no lineal en el mismo y la radiación es emitida por diferentes sólidos y gases. Para la verificación de la circulación natural se debe proceder al cálculo de pérdidas de carga en los circuitos de agua y mezcla de agua y vapor. El cálculo de estos es particularmente difícil debido a la presencia de dos fases. En esta Tesis Doctoral se recopilan los diferentes métodos de cálculo propuestos en la literatura especializada, se homogeneizan conceptualmente y en cuanto a la nomenclatura utilizada, seguiendo, cuando es posible, su procedencia analítica. Se establecen diversos casos prácticos representativos de los existentes y se calculan utilizando los diferentes métodos; posteriormente se comparan los resultados entre sí y con datos experimentales obtenidos en la bibliografía, de donde se desprenden las conclusiones relativas a la precisión de los distintos métodos.

Autor: CADAFALCH RABASA JORDI.
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ETX ENGINYERIA INDUSTRIAL DE TERRASSA.

Autor: CÓNSUL SERRACANTA RICARD.
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ETS ENGINYERIA INDUSTRIAL DE TERRASSA.

Autor: VICENTE QUILES PEDRO GINÉS.
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE CARTAGENA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES DE CARTAGENA.

Resumen: La tesis doctoral es una investigación principalmente experimental de dos técnicas de mejora de la transferencia de calor del tipo denominado "rugosidad arficial". Se trata de producir una deformación en frío en tubos lisos con el objeto de mejorar la transferencia de calor. Este proceso de deformación tiene un bajo coste de fabricación y produce mejoras de la transferencia de calor interesantes para su aplicación práctica en intercambiadores de calor de tipo industrial. El trabajo ha comprendido el diseño y construcción de una nueva instalación experimental, así como del desarrollo de procedimientos de medida para asegurar amplios rangos experimentales de flujo con precisiones de medida adecuadas. En la tesi se han caracterizado dos familias de tubos mejorados: 1,- Tubos corrugados en espiral: se trata de tubos rugosos fabricados por la rodadura de una herramienta cilíndrica provista de un relieve en forma de corona. 2,- Tubos con abolladuras en espiral: en este caso la rueda que produce la deformación está provista de protuberancias semiesféricas equiespaciadas. Se han proporcionado correlaciones prácticas para las regiones laminar, transición y turbulenta, válidas para aplicaciones prácticas de diseño en amplios rangos tanto geométricos como de flujo. Además se ha establecido la influencia de la geometría de la rugosidad en el aumento de la pérdida de presión y transferencia de calor, proponiéndose un gráfico para seleccionar la geometría más óptima en función de las características del flujo. Por último, se ha realizado, calibrado y validado un modelo computacional del elemento directo para predecir factores de fricción y números de Nusselt en tubos deformados mecánicamente mediante abolladuras en espiral.

Autor: MEDRANO MARTORELL MARCO.
Año: 2000.
Universidad: ROVIRA I VIRGILI.
Centro de lectura: INGENIERIA QUIMICA.

Resumen: La presente tesis doctoral se situa en el marco del proyecto portugues ECOCLIMAT (Ecologically Safe air Conditioning). Uno de los subproyectos de ECOCLIMAT, titulado ABSES, tiene por objetivo el desarrollo de un prototipo de climatizador por absorcion simple efecto de 5 kW de potencia, con agua-bromuro de litio como mezcla de trabajo, de expansion directa, enfriamiento por aire y accionamiento por energia solar. Los aspectos innovadores de dicho prototipo son el enfriamiento por aire del conjunto absorbedor-condensador (en contraposicion al tradicional enfriamiento con agua de torre), la utilizacion de energia solar y la aplicación de la ventajosa tecnologia de absorcion en el sector residencial y comercial de acondicionamiento de aire, practicamente monopolizado por los equipos por comprension. Este trabajo se centra en el estudio del fenomeno de absorcion en pelicula descendente de una solucion acuosa de bromuro de litio por el interior de un tubo vertical. Los resultados serviran para el diseño de absorbedores enfriados por aire de climatizadores de absorcion y expansion directa. Con este proposito, se han llevado a cabo una serie de etapas que se describen a continuacion. En una primera etapa, se ha realizado un analisis termodinamico del ciclo de absorcion simple efecto para determinar el intervalo de condiciones de trabajo en que es posible el funcionamiento del nuevo prototipo enfriado por aire, limitado por el riesgo de cristalizacion de la sal. Los resultados han mostrado que el funcionamiento del ciclo con agua-LiBr en condiciones de enfriamiento por aire es posible, siempre que se utilize un evaporador de expansion directa (temperatura de trabajo de 10º C). Asimismo, se ha analizado el efecto de sustituir la mezcla de trabajo agua-LiBr por el nuevo sistema agua-LiBr+LiI+LiNO3+LiC1(5:1:1:2 molar), de mayor solubilidad. Las propiedades termofisicas de dichas mezclas, necesarias para realizar la simulacion, se han compilado en forma de bases de datos externa para poder ser utilizadas por paquetes de software comerciales. En segundo lugar, se ha desarrollado un modelo matematico unidimiensional del proceso de absorcion en pelicula descendente por el interior de un absorbedor de tubo vertical para predecir el funcionamiento del absorbedor frente a las condiciones de entrada. El modelo se ha validado con datos experimentales y tecnicos de la literatura y ha servido para diseñar y construir un absorbedor experimental. A continuacion, se ha diseñado y construido una instalacion experimental para estudiar la transferencia simultanea de materia y calor que tiene lugar en el proceso de absorciion de vapor de agua por una pelicula descendente de agua-bromuro de litio en el interior de un absorbedor de tubo vertical de 1 kW de carga termica. Los valores calculados del flujo de vapor absorbido en el absorbedor experimental concuerdan bien con los de otros absorbedores experimentales similares, para las mismas condiciones de entrada. El analisis de sensibilidad realizado muestra que el flujo de vapor absorbido disminuye con la temperatura del agua de enfriamiento y aumenta con la presion de absorbedor y con la concentracion de sal de la solucion pobre. A una concentracion de la solucion del 0% en peso, de LiBr, 45ºC del agua (condiciones tipicas de enfriamiento por aire) y numeros de Reynolds de 80-280, se han obtenido flujos de vapor absorvido de 0.00030-0.00075 kg/m2.s. A partir de los valores de transferencia de materia y calor experimentales y de los resultados de las etapas previas, se ha elaborado un diseño del absorbedor tubular vertical enfriado por aire con aletas exteriores de aluminio, que se implementara en el prototipo. Se han considerado dos casos de diseño, uno con el aditivo para la transferencia de masa y calor 2-etil-1-hexanol en la solucion y otro sin aditivo. En el caso mas favorable de presencia de aditiva, el absorbedor esta formado por 28 tupos de cobre-niquel en 2 filas, de 0.8 de altura y 15.88 mm de diametro exterior.

Autor: NOGUES AYMAMI MIQUEL.
Año: 2000.
Universidad: ROVIRA I VIRGILI.
Centro de lectura: INGENIERIA QUIMICA .

Resumen: El crecimiento de la demanda electrica en Cataluña entre 1986 y 1999 ha sido alrededor de un 70% y se preve para el año 2010 que dicha demanda sea un 43% superior a la actual. Incrementos similares en otras comunidades pueden provocar un colapso en el sistema electrico español. A pesar de que el crecimiento del consumo energetico se debe principalmente al incremento de la capacidad productiva de nuestro pais, cada vez es mas significativo el efecto de la proliferacion de equipos de climatizacion electricos en el computo global de dicha demanda. Actualmente, y aun siendo el sector de la climatizacion un mercado emergente en nuestro territorio, ya se considera que el 12% de la demanda electrica esta destinada a la climatizacion de edificios y viviendas y es la principal causante de los picos de demanda anuales situados en los meses de julio y diciembre. Ante tal situacion, y con las grandes perspectivas de expansion del mercado del aire acondicionado en nuestro pais, en esta tesis se propone desarrollar un equipo de climatizacion que permita contribuir a satisfacer las necesidades termicas en el sector residencial y pequeño comercio. Para ello, se propone un equipo de absorcion que puede funcioinar como bomba de calor en invierno con una potencia nominal de 24.5 kW y como equipo de refrigeracion en verano con 20 kW,ya que la energia de activacion es termica a temperaturas de 120-150 ºC, pudiendose utilizar tanto el calor procedente de la combustion o bien de energia solar. Los equipos de absorcion convencionales presentan ciertas limitaciones derivadas de los fluidos que utilizan (cristalizacion y corrosion en el caso del Agua-Bromuro de Litio, y presiones elevadas y rectificacion para el Amoniaco-Agua). En este trabajo, se ha adoptado la mezcla de fluidos organicos Metanol-Tetraetilenglicol-dimetileter para solventar dichas limitaciones. Esta mezcla se caracteriza por ser completamente miscible, ser compatible con la mayor parte de materiales utilizados actualmente en los equipos de aire acondicionado y presentar una buena estabilidad termica y quimica a las temperaturas de operación previstas. El equipo desarrollado opera en modo refrigeracion bajo un ciclo de absorcion-comprension de doble efecto, con un COP>1.2, mientras que en modo calefaccion se convierte en un ciclo de simple efecto con un COP>1.4. En abmos casos, se ha incorporado una etapa de comprension con el fin de aumentar el intervalo de temperaturas de operación. De esta forma, no es necesario el uso de torres de refrigeracion, pudiendose utilizar aerorefrigeradores en su lugar. La utilizacion de intercambiadores de placas ha permitido contar con unas superficies de intercambio de calor elevadas, en un reducido volumen. Como resultado, el equipo presenta una baja inerca termica y un tamaño aceptable. El equipo se ha experimentado en un banco de ensayos, contruido a tal efecto, sometiendose a las condiciones de operación previstas. Los resultados obtenidos confirman el buen comportamiento del equipo y del sistema de control adoptado.

Autor: RUIZ ARROYO GREGORIO.
Año: 1999.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: QUIMICA.
Centro de realización: FACULTAD DE C.C. QUIMICAS.

Resumen: El objetivo de la presente tesis doctoral es estudiar y simular la transferencia de calor en el interiro de la cavidad central de contenedores utilizados para el almacenamiento y transporte de combustible nuclear gastado. Se emplea un sitema experimental consituido por un haz de barras generadoreas de calor y una carcas exterior. Se ha desarrollado un modelo matemático que permite cuantificar la transferencia de calor por convección natural en el interior del sistema prdecir us temperatura máxima, teniendo en cuenta los diferenes aspectos geométricos del haz de barras y de la carcasa, la tasa de generación de calor, la presencia de elementos distorisonantes del flujo térmico, como rejillas el valor de la temperatura en la carcasa. Se han obtenido correlaciones que pueden ser aplicadas, para el intervalo de condiciones de operaciónestudiado, a un conjunto de barras verticales con generacióninterna de calor. Las correlaciones incluyen los números de Nusselt y Rauyleigh y parámetros adiminsionales de tipo geométrico del sistema. La expresión general es una ecuación de tipo exponencial, Nux= cte (Rax). El exponente n depende únicamente de la geometría de la carcasa y tiene un valor de 0,248 para carcasa cilíndrica y 0,296 para casrcasa cuadrada. La constante de la correlaciónd epende de los parámetros geométricos del haz (posición de barra,hueco anular entre haz y carcasa, espaciado entre barras y núemro de barras) y del tipod e geometría de rejilla situada en la base inferior del sistema. La principal aplicaciónd e las correlaciones es predecir la temperatura máxima en el interior del haz de barras. Puede ser obtenida a partir del núemro de Nussetl, del caudal de calor neto total transferido por conveción, parámetros geométricos del haz y valores de las propeidades termofísicas del aire a la temperatura media entre carcasa y barra central. Una comparaciónd e los valroes experimetnales de temperatura máxima conlos resultados de las predicciones refleja que los errores cometidos se encuentran en un margen inferior al 5%.

Autor: SORIA GUERRERO MANEL.
Año: 1999.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES .
Centro de realización: E.T.S. INGENIERIA INDUSTRIAL DE TERRASSA.

Resumen: El principal propósito de la tesis es el de contribuir al desarrollo de técnicas numéricas para dinámica de fluidos computacional y transferencia de calor, adecuadas para ordenadores paralelos de bajo coste. Se centra en esquemas de tipo implícito, utilizando volúmenes finitos y métodos multigrid. Se presenta una panorámica de diferntes algoritmos multrigrid secuenciales. Se realiza una descripción detallada del ACM segregado. La simulación directa DNS de un flujo turbulento de convección natural se presenta ocmo un ejemplo de aplicación. Se analizan las dificultades que presenta la dinámica de fluidos pralela, así como las limitaciones de los ordenadores paralelos de bajo coste. Se examinan diferentes alternativas para métodos multigrid geométricos, especialmente el ciclo DDV propuesto pro Brandt y Diskin. En la disertación, el ciclo se extiende a descomposiciones bidimensionales. Se desarrolla un método directo muy eficiente, basado en la descomposición complementaria de Shur para resolver el nivel más basto de los algoritmos multigrid algebraicos. Finalmente, todos los elementos considerados en la tesis (ACM, DDV y Shur) se combinan para formar el algoritmo que se propone (DDACM). Todos los algoritmos analizados y desarrollados se ha probado en un conjunto de 16 PCs (Beowulf Cluster) con una red conmutada de 100 Mbits/s. La conclusión general es que los algoritmos paralelos desarrollados son adecuados para resolver la ecuación de corrección de presiones, que es el principal cuello de botella para la solución de flujos incompresibles. Como aplicaciones inmediatas de los métodos desarrollados se destacan las simulaciones LES y DNS de flujos turbulentos.

Autor: CHIVA VICENT SERGIO.
Año: 1999.
Universidad: POLITECNICA DE VALENCIA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S.I. INDUSTRIALES.

Resumen: En esta Tesis se desarrollan y validan distintas correlaciones para los procesos de transferencia de calor por condensación en presencia de gases no condensables en el interior de tubo verticales, así como para los procesos referentes a la convección natual en el exterior de los mismos. Estas correlaciones se aplican al estudio de la respuesta de los elementos de seguridad pasiva de la contención de los rectores nucleares avanzados y simplificados frente accidentes con pérdida de refrigerante. Se adapta el código termohidráulico TRAC/BF1 para que incluya entre sus capacidades las correlaciones desarrolladas, y además se corrigen las deficiencias que el código presenta para la correcta simulación de los fenomenos que en este tipo de escenarios se producen. Por último, se crea un modelo adecuado para la simulación de la contención de un reactor tipo ESBWR con el código TRAC/BF1, y se comparan los resultados con datos experimentales, apuntando las características más adecuadas para la correcta modelización, las limitaciones del código, así como algunas soluciones a las mismas, y sus límites de aplicabilidad.

Autor: VALLÉS RASQUERA J. MANEL.
Año: 1999.
Universidad: ROVIRA I VIRGILI.
Centro de lectura: QUÍMICA .
Centro de realización: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA.

Resumen: Los equipos de absorción utilizados en aplicaciones de aire acondicionado usan como fluidos de trabajo la mezcla Amoníaco-Agua o bien soluciones acuosas, de bromuro de litio. A pesar del buen funcionamiento de tales sistemas, las prestaciones de tales equipos se ven limitadas por las propiedades químico-físicas de dichos fluidos (corrosión, solubilidad limitada,presiones excesivamente bajas o elevadas, …) Las mezclas de fluidos orgáncios metanol (MeOH)-tetraetilenglicol-dimetileter (TEGDME) y trifluoroetanol (TFE)-TEGDME no tienen estos inconvenientes pero su utilización se ve limitada por los pobres resultados obtendios en los absorbedores convencionales. El objetivo de este trabajo es el desarrollo de un absorbente adaptado a estos fluidos orgánicos que sea compacto, eficiente y de bajo costo. La configuración seleccionada está integrada pro una cámara adiabática donde se distribuye la solución en el seno del vapor, y un intercambiador de placas en el cual la absorcion es completada gracias al enfriamiento de la solución por una corriente de agua. Un absorbedor experimental de tales características se dimensionó para operar con cualquiera de dichas mezclas en un ciclo de absorción de doble efecto que incorpora una etapa de compresión entre el evaporador y el absorbedor. Para caracterizar su funcionamiento, dicha unidad se implementó en una planta piloto de dicho cilco de 10 kW de potencia frigorífica. Un estudio experiemental preliminar con diferenes boquillas de aspersión, permitió soleccionar la más adecuada, que resultó ser de cono lleno y ángulo de 15º. Para dicha boquilla, se estudió el efecto de la temperatura del agua de enfriamiento, del absorbedor. Los resultados muestran que la carga térmica del absorbedor aumenta con el caudal de solución y la presión del absorbedor y diminuye con la temperatura del agua de refrigeración. Los valores de subenfriamiento de la solución rica obtenidos con los dos refrigerantes han sido muy diferentes; entre 4 y u 7ºC para el MeOH, y entre 9 y 12ºC para el TFE. Asimismo, la eficacia y potencia térmica del absorbedor experimental son claramente superiores para la mezcla MeOH-TEGDME. Este mejor comportamiento del absorbedor con esta mezcla, unido a las mejores propiedades termodinámicas y de trasnporte del MeOH como refrigerante, explica los buenos resultados a nivel de COP que se pueden alcanzar en el ciclo de absorción-comprensión.

Autor: NAVARRO GOMEZ JOAQUIN.
Año: 1999.
Universidad: MURCIA.
Centro de lectura: QUIMICA .

Resumen: Dada la sensibilización, cada vez mayor, de la sociedad ante los efectos provocados por los accidentes derivados de las instalaciones industriales, y en particular de la industria química, las distintas administraciones públicas se plantean la necesidad de disponer de sistemas de prevención y de protección ante tales accidentes. En esta Memoria se aborda el estudio de los incendios en la Industria Química, en concreto, los efectos provocados por la radiación térmica derivada de incendios en charco y bolas de fuego sobre personas. A partir de una amplia revisión bibliográfica, se recopilan modelos para estimar intensidades y dosis de radiación, se analizan umbrales de daño sobre personas y materiales y se comenta la legislación vigente sobre el tema. Para los incendios en charco, se comparan los modelos más importantes para estimar la intensidad de radiación y se observa la idoneidad del modelo de llama sólida, aunque presenta el inconveniente de la complejidad de las expresiones matemática resultantes. Se justifica la propuestade un nuevo modelo, denominado potencial-puntual, que permite abordar el cálculo de la dosis, siendo el error cometido con respecto al modelo anterior aceptable. En cuanto a las bolas de fuego, se presenta el problema de la movilidad del foco emisor, que hace inaplicable la metodología desarrollada para los incendios en charco. Para resolver el problema se proponen una serie de simplificaciones al desarrollo del fenómeno que permiten relacionar la intensidad y la dosis de radiación con la masa y producto implicados, las condiciones atmosféricas y la distancia emisor-receptor. Una vez obtenidas las expresiones para la dosis y fijados los umbrales de daño para personas, relacionados con quemaduras de distinto grado, se definen y proponen nuevas zonas de planificación ante este tipo de incendios, frente a las establecidas en la legislación vigente. Finalmente se ha desarrollado un programa informático que permite calcular, para ambos tipos de incendio, las intensidades, dosis de radiación y zonas de planificación para las actuaciones en caso de emergencia.

Autor: PASCUAL ALBEROLA PEDRO JUAN.
Año: 1997.
Universidad: POLITECNICA DE VALENCIA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: TERMODINAMICA APLICADA PROGRAMA DE DOCTORADO: INGENIERIA TERMICA Y PROPIEDADES TERMICAS DE LA MATERIA.

Resumen: La presente Tesis se ha estructurado en dos partes diferenciadas. El objetivo de la primera ha sido la determinación de un modelo físico - matemático para la evolución de la presión frente al tiempo durante el periodo transitorio de elevación de la temperatura del agua en termoacumuladores de A.C.S. (Agua Caliente Sanitaria). Una vez realizado el modelo y validado mediante los ensayos pertinentes, se ha utilizado para determinar los parámetros de diseño idóneos en función de las condiciones de uso e instalación que presenta cada aparato. Es decir, se ha averiguado la temperatura de corte del termostato y la cámara inicial de aire adecuadas que permiten no sobrepasar la presión máxima de operación y reducir el deterioro producido por los ciclos de expansión - compresión sufridos en el funcionamiento normal del acumulador. Además, el estudio de la problemática completa del transitorio, incluido el proceso de difusión del aire en el agua, común a todos los recipientes a presión, ha permitido la introducción de pautas de mantenimiento que, junto a todas las medidas comentadas previamente, prolongarán la vida media de los aparatos. La segunda parte de este trabajo se ha dedicado al estudio de la evolución de la temperatura de descarga en termoacumuladores, con el objeto final de realizar una optimización del diseño del difusor de entrada al acumulador que permita maximizar la capacidad de utilización de la energía almacenada en el mismo. En primer lugar, se ha llevado a cabo un estudio de caracterización de las distintas alternativas que presentan los fabricantes europeos, a partir del cual se han determinado cuáles son los parámetros de diseño más importantes que condicionan el proceso. Seguidamente, se ha analizado el funcionamiento del difusor, elemento responsable, en mayor medida, de la estratificación del agua que se produce durante el proceso de descarga. Para ello, se ha realizado un estudio del flujo que produce el difusor en el interior del acumulador mediante el programa FLUENT basado en el método de los volúmenes finitos. A partir de las conclusiones de ambos estudios, finalmente se ha propuesto un diseño de difusor que, una vez ensayado, ha demostrado ser el que mejores prestaciones proporciona tanto en posición vertical como en horizontal.

Autor: SCHWEIGER HANS.
Año: 1997.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: MAQUINES I MOTORS TERMICS PROGRAMA DE DOCTORADO: ENGINYERIA TERMICA .

Resumen: El trabajo de la tesis se ha centrado en el estudio de los elementos de captacion de energia solar con materiales de aislamiento transparente (TIM)s del tipo "Honey-Comb". Se han desarrollado algoritmos numericos y un software para la simulacion a alto nivel, transitorio y tridimensional del comportamiento termico y optimo de estructuras complejas de captacion de energia solar con TIMs. Para la simulacion simultanea de radiacion y transferencia de calor por conduccion y conveccion se ha aplicado el metodo estandard de volumenes finito simplec en combinacion con un nuevo algoritmo monte carlo para problemas de transferencia de calor con transitorios. El codigo desarrollado se ha validado y aplicado para la prediccion del comportamiento optico y termico de TIMs. Se ha desarrollado una estrategia para la optimizacion de elementos de captacion de energia solar termica con cobertura de aislamiento transparente para unas determinadas condiciones climaticas. Se ha construido y ensayado un colector solar plano de alto rendimiento para aplicaciones a temperaturas medias (80-150 C). Se ha construido un banco de ensayo para mediciones del rendimiento en todo el rango de temperaturas posible (50-150 C). Se han comparado datos experimentales y resultados de la simulacion numerica para el colector solar. Basado en la experiencia, se hace una propuesta de colector mejorado con aislamiento transparente. Se ha hecho una prediccion de rendimiento de este nuevo prototipo mediante simulacion numerica. Se ha estudiado el potencial de aplicaciones TI en las condiciones climaticas de la peninsula en los sistemas solares: colectores planos de alto rendimiento, sistemas integrados colector-tanque, aislamiento transparente de fachadas de edificios y en sistemas de iluminacion natural. Se ha hecho una comparacion con sistemas convencionales en simulacion dinamica de sistemas.