PROCESOS DE TRANSFERENCIA VAPOR-LIQUIDO

Autor: GARCIA CASALES JOSE RAMON.
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE VALENCIA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES .
Centro de realización: ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES.

Resumen: Esta tesis esta dedicada al modelado de mezclas bifasicas no estacionarios de liquido y vapor. Esta motivada por la gran cantidad de aplicaciones industriales en ls que podemos encontrar estos fenomenos. Los transitorios en flujo bifasico son un aspecto muy importante en diferentes apliaciones quimicas, nucleares e industriales. En el caso de la industria nuclear, el estudio de transitorios en flujo bifasico es fundamental, debido a la importancia que tiene prevenir accidentes con perdida de refrigerante (LOCA), asi como garantizar un buen funcionamiento del circuito del refrigerante. Esto nos permite introducir algunos de los codigos mas importantes desarrollados en las dos ultimas decadas tanto en el campo nuclear como en la industria del petroleo. Muchos de ellos desarrollados para resolver algunas de las dificultades que aparecen al tratar problemas que involucran flujo bifasico. Para justificar nuestros desarrollos señalamos que los primeros codigos utilizan tecnicas de mallado "staggered" asociadas con el principio de "donor cell", el cual produce soluciones estables en los casos en los que proporcionamos suficiente difusion. Esto ocurre cuando consideramos mallados groseros, ya que son muy difusivos y añaden suficiente difusividad numerica para suprimir posibles oscilaciones. Este estado del arte es completado citando los ultimos avances en la aplicación de diferentes esquemas centrados y "upwind" para resolver problemas con flujo multifasico, muchos de ellos basados en la solucion exacta o aproximada de problemas de Riemann usando metodos tipo Godunov tales como "approximate Riemann Solvers" o metodos "Flux Vector Splitting". No nos olvidamos de mencionar trabajos pioneros en este campo asi como los de mayor actualidad. Nuestra contribucion esta centrada en la extension de algunos esquemas explicitos conservativos para obtener soluciones aproximadas del sistema de ecuaciones en flujo bifasico unidimensional. Estos son los esquemas TVD, TVD Adaptados y la familia de esquemas AUSM. El proposito del capitulo 1 es introducir el sistema de ecuaciones de flujo bifásico con el que trabajaremos a lo largo de esta tesis. De esta forma iremos desde las ecuaciones instaneas al sistema de ecuaciones doblemente promediadas en tiempo y area. En el capitulo 2 estudiamos los distintos regimenes de flujo bifasico y algunas de las relaciones de cierre mas importantes que nos permitiran cerrar el sistema de ecuaciones. A diferencia de lo que ocurre en el caso de flujo monofasico, la existencia de tales regimenes impide conocer la verdadera posicion de los fluidos cada instante. Tambien describimos brevemente algunos de estos fenomenos tales como transmision de calor o friccion a traves de las paredes y de la interfase haciendo algunas consideraciones sobre las ecuaciones de estado. Bajo diferentes hipotesis podemos encontrar varios sistemas de ecuaciones los cuales son descritos en el capitulo 3. El modelo homogeneo, el modelo isoentropico y el modelo separado son tratados con algo de detalle. Otros modelos son considerados de forma resumida. Estudiamos los sistemas de ecuaciones que consideran una sola presion, asi como el problema que implica la existencia de valores propios complejos, lo cual conduce a soluciones no fisicas del sistema. Avanzamos que este problema lo evitamos mediante el uso de terminos de correcion de presion, aunque termminos como la masa virtual u otros de regularizacion pueden ser considerados. El capitulo 4 analiza la evaluacion de los valores y vectores propios de flujo bifasico homogeneo y separado. Ademas se analizan algunos de los modelos mas utilizados para determinar los valores propios. Un metodo general para determinar de forma analitica los vectores propios es tambien estudiado. En la segunda parte del capitulo nos concentramos en revisar los esquemas desarrollados y aplicados mas recientemente a flujo bifásico. En el capitulo 5 extendemos a flujo bifasico diferentes esquemas conservativos cuyo buen comportamiento en flujo monofasico ha sido sobradamente probado. Ellos son basicamente los esquemas de Lax-Wendroff, esquemas TVD, los Lax-Wendroff y TVD Adaptados desarrollados por Gascón y Corberan y la familia de esquemas AUSM primeramente introducida por Steffen y Liuy y despues desarrollada y mejorada por Liou entre otros. El primer grupo, los esquemas TVD, corresponden a las esquemas del tipo "Flux Difference Splittin"(FDS) y los segundos a la categoria "Flux Vector Splitting" (FVS). La mayoria de las extensiones desarrolladas en esta tesis se basan en incluir los terminos no conservativos de la ecuacion de momento y energia en el termino fuente. Siguiendo el esquema de desarrollo de la tesis en primer lugar, hemos demostrado la pobre resolucion de los esquemas centrados bajo algunos de los test propuestos. Hemos presentado los esquemas TVD y una version extendida de los mismos, estudiando tanto las versiones de primer como de segundo orden. Este ultimo conseguido mediante la utilizacion de la estrategia MUSCL-Hancick y con limitadores de pendientes para limitar oscilaciones. El esquema ATVD es el siguiente esquema introducido, es construido con la idea de la inclusioni del termino fuente en el vector de flujo. Se ha hecho una inclusion parcial, unicamente los terminos con derivadas espaciales. Finalmente hemos desarrollado una segunda version del esquema ATVD, que hemos llamado ATVDA2, en la que hemos desacoplado las fases. En un primer paso cada sistema de ecuaciones es analizado separadamente cuando resolvemos el problema de Riemann en la interfase. En una segunda etapa componemos ambos flujos con el fin de determinar las variables que caracterizan los puntos en estudio. En cierta forma esta es la misma idea que aplicaremos en el desarrollo de los esquemas AUSM. Con respecto a los esquemas AUSM, hemos estudiado dos esquemas, el AUSM+ y el AUSMDV. Estan basados en la descomposicion del vector de flujos en una parte convectiva y otra de presion. Su implementacion de primer y segundo orden son tambien tratadas. Para conseguir segundo orden hemos probado diferentes opciones usando la estrategia MUSCL junto con limitadores de pendientes para quitar el carácter oscilatorio del segundo orden, diferentes limitadores han sido probabos. Despues decada desarrollo hemos analizado su comportamiento mediante los siguientes test tipo: -grifo de agua (Water faucet) -Tubo de choque (Shock tube) -sedimentacion (Sedimentation) -Manometro oscilatorio (Oscillating manometer) -Tubo de ebullicion ( Boiling tube, only for the homogeneuous model) Toda la programacion ha sido realizada en Fortran. -Este trabajo nos ha permitido concluir que ambos esquemas, TVD, y AUSM son capaces de modelar problemas de flujo bifasico en los que las fases son compresibles y que ademas son capaces de competir con otros de los recientes metodos numericos aplicados a flujo bifasico. En particular los esquemas AUSM han demostrado algunas ventajas tales como : Son computacionalmetne mas eficientes debido al hecho de que no es necesario realizar diagonalizacion alguna en cada interfase lo cual los hace muy atrativos incluso cuando cambiamos de sistemas de ecuaciones o de modelo para los fluidos. -Buena representacion de las discontinuidades. A lo largo de los distintos test estudiados mostramos su buen nivel de exactitud en la representacion de choques y de discontinuidades de contacto. Este capitulo es completado con otras conclusiones sobre los resultados numericos obtenidos y futuras direcciones a seguir. Finalmente acabamos esta memoria con dos apendices en los que describimos algunas herramientas matematicas utilizadas en nuestros desarrollos, asi como los test utilizados en el analisis del comportamiento de los esquemas estudiados.

Autor: ALONSO TRISTAN CRISTINA.
Año: 2001.
Universidad: VALLADOLID.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S. INGENIEROS INDUSTRIALES.

Resumen: La creciente y necesaria preocupación por los problemas medioambientales que se registran en la sociedad actual ha llevado a los gobiernos a adoptar importantes medidas de protección del medio ambiente que afectan a todos los ámbitos de la vida. Uno de los sectores que más contribuyen a la contaminación atmosférica es el de la automoción, por lo que cualquier iniciativa para mejorar la calidad del aire, debe considerar tanto la tecnología del automovil, como la calidad de los combustibles empleados. La normativa sobre control de la contaminación de la Unión Europea exige un importante cambio en la composición de los combustibles de automoción y más concretamente en las gasolinas, obligando en el año 2000 a la desaparición completa de los compuestos antidetonantes derivados del plomo, sustituyéndolos por compuestos oxigenados de tipo éter o alcohol, con objeto de evitar el envenenamiento de los catalizadores para prevención de la contaminación atmosferica. En estas nuevas gasolinas sin plomo, el aditivo oxigenado modifica de forma acusada las propiedades de la gasolina tradicional y son muy escasos los datos termodinamicos que existen sobre las mezclas constitutivas de las nuevas gasolinas. Resulta de gran importancia conocer cómo varían las propiedades termodinámicas de la mezcla final en función del tipo de aditivo y de la concentración. El objetivo del trabajo es la determinación experimental de las propiedades termodinámicas Entalpía de exceso, Energía libre de Gibbs de mezclas binarias y ternarias de hidrocarburos de sustitución y aditivos oxigenados tipo éter y alcohol, con lo que se conseguirán la caracterización termodinámica completa de las mezclas estudiadas, contribuyendo al desarrollo de modelos predictivos a partir de los parámetros obtenidos del ajuste de los datos experimentales de los sisteas medidos. La medida experimental de los parámetros termodinámicos del equilibrio entre fases fluidas liquido-vapor de lo sistemas objeto de estudio, se realiza mediante una celda de equilibrio de presión total isoterma. Esta técnica, de muy alta precisión y fiabilidad, consigue el equilibrio estático entre las dos fases y permite medir la presión de vapor de la mezcla, en función de la composición, dato a partir del cual se puede determinar la energia libre de Gibbs. La entalpia de exceso es determinada mediante calorimetria de flujo isotermo. El equipo experimental ha sido modificado para adaptarse a las necesidades de exactitud necesarias para el trabajo. La combinación de los datos de energia libre de Gibbs y de entalpía de exceso, permite el cálculo de la función entropía de exceso, con lo que se completa la descripción termodinámica de los sistemas estudiados.

Autor: RIGOLA SERRANO JOAQUÍN.
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ETS ENGINYERIA INDUSTRIAL DE TERRASSA.

Autor: GARCIA VALLADARES OCTAVIO .
Año: 1999.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S. INGENIERIA INDUSTRIAL DE TERRASSA.

Resumen: La presente Tesis centra la atención en la simulación numérica y validación experimental del comportamiento térmico y fluido-dinamico de flujos bifásicos(liquido-vapor), asi como su aplicación en sistemas y equipos termicos, propios del campo de la refrigeración y del aire acondicionado. Consecuencia del estudio realizado ha sido la elaboración de codigos informaticos para la simulación numerica de condensadores, evaporadores y dispositivos de expansión del tipo capilar, en base a la formulación de las ecuaciones gobernantes sobre volumenes de control finitos. La Tesis tambien aborda la simulacion de sistema frigorificos y de aire acondicionado completos en base a algoritmos que acoplan la resolución de los elementos que lo integran.

Autor: RODIL RODRIGUEZ EVA.
Año: 1998.
Universidad: SANTIAGO DE COMPOSTELA.
Centro de lectura: QUIMICA.

Resumen: Este trabajo de investigación se presenta como una aportación al conocimiento termodinámico de mezclas ternarias formadas por un éter (MTBE, ETBE o TAME) y dos alcoholes (entre el metanol, etanol, 1-butanol), debido al interés de estos compuestos en la industria petroquímica por su aplicación como aditivos de las gasolinas. El trabajo está dirigido fundamentalmente a la determinación experimental de diversas propiedades físicas y el cálculo de otras derivadas, así como de los equilibrios isobáricos líquido-vapor de los sistemas mencionados anteriormente. Los datos de ambos estudios experimentales se han correlacionado con diferentes modelos analizando la valided relativa de cada correlación. Asimismo se ha investigado la capacidad predictiva de propiedades físicas con ecuaciones empíricas y de los datos de ELV mediante modelos termodinámicos y métodos de contribución de grupos. Finalmente se presenta un ejercicio de simulación de destilación extractiva para los sistemas que contienen 1-butanol, en el que se demuestra el valor ingeneriel del estudio previo.

Autor: REYES LABARTA JUAN ANTONIO.
Año: 1997.
Universidad: ALICANTE.
Centro de lectura: CIENCIAS.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: INGENIERIA QUIMICA PROGRAMA DE DOCTORADO: INGENIERIA QUIMICA.

Resumen: Se ha desarrollado un método y se han puesto a punto una serie de programas de cálculo destinados al diseño por ordenador de columnas de rectificación y extracción multicomponente. En primer lugar se estudian las columnas de rectificación, proponiéndose métodos de diseño tanto rigurosos como aproximados, que eliminan algunos de los cálculos iterativos normalmente necesarios en este tipo de problemas, reduciéndose así el tiempo de cálculo requerido. Por otro lado se analiza el cálculo de la razón de reflujo mínima para sistemas multicomponentes ideales y no ideales, y se proponen métodos de cálculo basados en las condiciones que se requieren para que una columna de rectificación opere a reflujo mínimo. La segunda sección se centra en el estudio de columnas de extracción multicomponente. Algunos de los métodos desarrollados para el cálculo de la rectificación se aplican al caso de la extracción líquido-líquido de mezclas cuaternarias, utilizando el mismo esquema de cálculo etapa a etapa basado en una extensión del método de Ponchon y Savarit para sistemas multicomponentes.

Autor: DOMINGUEZ SANTIAGO ANGELES.
Año: 1991.
Universidad: VIGO.
Centro de lectura: CIENCIAS .
Centro de realización: DEPARTAMENTO: INGENIERIA QUIMICA PROGRAMA DE DOCTORADO: INGENIERIA QUIMICA .

Resumen: SE HA DESARROLLADO UN METODO DE PREDICCION DEL EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR, METODO MAGA, QUE SUPONE UNA MODIFICACION DEL METODO ASOG EMPLEANDO LA ECUACION NRTL, EN LUGAR DE LA ECUACION DE WILSON PARA EL CALCULO DE LOS COEFICIENTES DE ACTIVIDAD DE GRUPO. CON EL FIN DE ANALIZAR LA IDONEIDAD DEL METODO MAGA SE HA REALIZADO LA PREDICCION DEL EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR DE 41 SISTEMAS BINARIOS ISOTERMICOS E ISOBARICOS, Y LOS RESULTADOS OBTENIDOS SE HAN COMPARADO CON LOS CALCULADOS MEDIANTE LOS METODOS ASOG Y UNIFAC, CON RESULTADOS SIMILARES. ADEMAS, SE HA DETERMINADO EXPERIMENTALMENTE EL EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR DEL SISTEMA TERNARIO METANOL + BENCENO + CICLOHEXANO A 760 MM HG.