Ciencias Exactas y Ciencias de la Salud
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11285/551039
Pertenecen a esta colección Tesis y Trabajos de grado de las Maestrías correspondientes a las Escuelas de Ingeniería y Ciencias así como a Medicina y Ciencias de la Salud.
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- Case studies in electric arc furnace Off-gases transport and steam explosion onset(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2018-05-15) Contreras Serna, Jorge; García Cuéllar, Alejandro Javier; Rivera Solorio, Carlos Iván; López Salinas, José LuisSteel production in an EAF may pose a serious security risk in the event of water leaks into the molten steel, causing violent steam explosions. This thesis presents two important topics related to the Steel Making Industry. The first one is about the detection of water vapor (steam) inside the off-gas duct of an Electric Arc Furnace (EAF). And the Second one is about knowing the preconditions of melt fragmentation in a steam explosion. A way to detect the presence of large quantities of water inside the EAF is by monitoring its off-gas duct content of water vapor. Determining where to place a probe for water vapor detection inside the duct, is of the greatest importance as this might be the first warning for the appearance of a risk situation. A computational fluid dynamics (CFD) simulation is carried out using ANSYS Fluent software to obtain the point with highest concentration of water vapor. Water vapor channeling is assumed in the inlet of the off-gas duct so that a worst-case scenario is presented. Three-dimensional simulations were run with the inlet gas containing CO2, CO, H2O (steam), and air. The first three components enter through the duct while air enters through small gaps in the duct. Different combinations of the inlet position of CO2, CO and H2O were considered to estimate a pattern for the water vapor flow through the duct. The results show that if the steam enters in a channelized way, it will tend to continue in that path along the duct. The simulation results show the zones of the off-gas duct with a higher concentration of steam. These results can guide locating the gas probe and provide a better warning of a water leak. About the other topic, fragmentation of molten metal is an important process in steam explosions caused by melt-coolant interactions. This part of the research is dedicated to investigating how the fragmentation of the melt droplets occurs and melt jets formation in different mechanisms like a metal droplet falling in water or in a stratified water/liquid metal system. Also, an explanation of the most significant parameters in these processes is performed. 2-D computational fluid dynamics (CFD) simulations are carried out using ANSYS Fluent software to study these phenomena. The results show that the larger the pressure or density, the greater the melt jet length for a stratified system. And the larger velocity or density, the greater deformation for a melt droplet in a water pool. The formation of melt jets of Ciccarelli and Frost’s experiments is observed, and fragmentation of melt droplets was also observed during current simulations.
- Diseño de un enfriador con el sistema de absorción agua/bromuro de litio operado con energía solar-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2015-08-17) Cortés Espinosa, Fátima; García Cuéllar, Alejandro Javier; Rivera Solorio, Carlos Iván; Lozano del Río, Luz MaríaEn el presente proyecto se analiza un sistema de absorción de H2O/LiBr para evaluar la posibilidad de operarlo con energía solar. Este estudio, basado en la modelación matemática y simulación computacional del ciclo de refrigeración, es una aplicación del uso de fuentes alternas de energía para la disminución de la demanda eléctrica y las emisiones de CO2 a la atmósfera. En el primer capítulo se exponen los antecedentes de este concepto, una introducción a los colectores solares, a la energía solar y a la Casa Solar del Tecnológico de Monterrey; de la que se recibió el apoyo para la realización de esta investigación con los datos de los colectores solares y la carga de enfriamiento a analizar. El ciclo de refrigeración por absorción es descrito en el segundo capítulo; se presentan las propiedades del refrigerante y del absorbente, obtenidas mediante el software Engineering Equation Solver (EES) para facilitar los cálculos. Aquí se describirá brevemente las ventajas de este tipo de enfriamiento, las funciones de cada componente y la explicación del proceso de absorción. El tercer capítulo describe el ciclo de refrigeración por absorción. Se determinan las variables fijas para la investigación y se presentan las cargas térmicas de cada parte del ciclo. El dimensionamiento de los componentes se plantea en el cuarto capítulo. Esta sección es auxiliada por el software HTRI Xchanger Suite 5.0 que además de utilizar los valores previamente calculados en el análisis termodinámico del ciclo, presenta la geometría, forma y tamaño del generador, el condensador, el intercambiador de calor de la solución, el evaporador, el absorbedor y la torre de enfriamiento.
- Modelación de enfriamiento de cinta de acero(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2009-12-01) Portillo Sánchez, Héctor; García Cuéllar, Alejandro Javier; Micheloud, Osvaldo Miguel; Rivera Solorio, Carlos Iván; Leduc Lezama, Luis; Programa de Graduados en Ingeniería; División de Ingeniería y Arquitectura; Campus Monterrey
- Modelación y Simulación de Flujo en Ebullición con Aplicación en Refrigeración por Absorción-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2009-05-01) Torres Bravo, Manuel Francisco; García Cuéllar, Alejandro Javier; González Magaña, Enrique; Rivera Solorio, Carlos Iván; Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey; Acevedo Mascarúa, JoaquínEl ciclo de refrigeración por absorción-difusión no tiene partes móviles y funciona con calor. Se utiliza una bomba de burbujas para hacer circular el fluido. En el presente estudio se modela la bomba de burbujas del sistema de refrigeración por absorcióndifusión. Primero se realiza un modelo de flujo en ebullición de agua saturada, utilizando el modelo de dos fluidos. Este modelo se resuelve de manera numérica. Después, se investigan las capacidades de la dinámica de fluidos computacional para resolver este problema. Se realizan simulaciones con el programa Fluent, y se propone una función para realizar el cambio de fase. Aunque los resultados de las simulaciones no son definitivos: no se llega a un estado estable en el tiempo. Por lo que no se realiza la comparación con el modelo de flujo en ebullición de agua saturada. La bomba de burbujas se modela como flujo en ebullición de la mezcla de agua y amoniaco. Se realiza un modelo similar al modelo de flujo en ebullición de agua saturada. Al no encontrar resultados experimentales publicados en la literatura, se hace la comparación con un modelo analítico del ciclo de refrigeración por absorcióndifusión (Zohar et al. 2009). Se tiene una diferencia aproximada de 0.002 g/s al comparar el flujo de refrigerante a la salida de la bomba de burbujas para el caso de prueba que se utilizó. La tesis está organizada de la siguiente manera: en el primer capítulo se da una introducción al problema. Se describen los ciclos de refrigeración, y se explica el funcionamiento de la bomba de burbujas. Después se presenta el objetivo de la investigación y la forma en que se resolverá el problema. En el segundo capítulo se exponen las investigaciones encontradas acerca del ciclo de refrigeración por absorción-difusión y de la bomba de burbujas. Se explican los x conceptos de ebullición y flujo multi-fase, y los trabajos encontrados relacionados con la modelación de flujo en ebullición. Por último, se presentan los trabajos consultados para determinar las propiedades del agua y de la mezcla de agua y amoniaco. En el tercer capítulo se modela el flujo en ebullición de agua saturada y se presenta la forma en que se resuelve el modelo. En el cuarto capítulo se explica la modelación de flujo en ebullición de agua con ayuda de la dinámica de fluidos computacional. En el quinto capítulo se presenta la modelación de la bomba de burbujas. El sexto capítulo abarca los resultados de los modelos de flujo en ebullición de agua saturada, de los modelos resueltos con dinámica de fluidos computacional, de las comparaciones de las propiedades para la mezcla de agua y amoniaco, y de la modelación de la bomba de burbujas. Las conclusiones y recomendaciones para trabajos futuros se presentan en el séptimo capítulo.
- Producción de Hidrógeno Utilizando Paneles Fotovoltaicos -Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-12-01) González Cruz, Héctor Manuel; García Cuéllar, Alejandro Javier; Rivera Solorio, Carlos Iván; González Magaña, Enrique; ITESM-Campus Monterrey; Ángel Bello, FranciscoEn los próximos años, el costo de combustibles fósiles será muy alto debido a la escasez de reservas de petróleo. Es necesario desarrollar nuevas fuentes de energía para satisfacer las necesidades del ser humano. El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el planeta y es un buen transportador de energía, por lo que puede utilizarse como combustible renovable para la mayoría de las actividades humanas. El hidrógeno puede obtenerse por procesos de separación de compuestos como el metano o el agua. Al utilizar energía renovable como fuente principal para la producción de hidrógeno se evita la emisión de gases de efecto invernadero (GEI). La presente tesis presenta una de tantas maneras de aprovechar la energía del Sol para producir hidrógeno por el método de electrólisis. El aprovechamiento de la energía solar se realiza mediante paneles fotovoltaicos, que alimentan un electrolizador alcalino para producir hidrógeno utilizando corno electrolito hidróxido de potasio (KOH). El material utilizado para este sistema fue de bajo costo para establecer su factibilidad de funcionamiento y su posible aplicación a futuro. Se llevó a cabo una recolección de datos (temperatura, corriente, voltaje) para establecer las cantidades y las condiciones de producción del hidrógeno. Como resultados se encontró que bajo las condiciones de diseño de 20A y IV los paneles fotovoltaicos trabajan con una eficiencia entre 7% y el 12%, el electrolizador tiene un rendimiento entre 43% y 51% y todo el sistema en conjunto tiene una eficiencia entre 3% y 6%. Estos valores dependen de las condiciones ambientales (soleado, nublado, nubes). Considerando los valores promedios se encontró que las eficiencias de los paneles fotovoltaicos, el electrolizador y el sistema completo trabajan con una eficiencia del 8 %, 50 % y 4 % respectivamente.
- Diseño de una Caldereta para un Sistema de Refrigeración por Absorción Amoniaco-Agua-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-07-01) López Navarro, Gloria Margarita; García Cuéllar, Alejandro Javier; Rivera Solorio, Carlos Iván; López Salinas, José Luís; ITESM-Campus Monterrey; Ángel Bello, FranciscoEl presente proyecto tiene como principal objetivo, diseñar una caldereta termosifón con el fin de sustituir una chaqueta de agua, la cual es un elemento de la planta piloto de aire acondicionado de la Casa Solar del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Monterrey. La planta piloto de acondicionamiento (o también conocida como chiller) está basada en un ciclo de absorción amoniaco-agua. Primeramente, se analizó este ciclo tal como se encuentra actualmente, incluyendo la chaqueta (componente que proporciona el calor necesario dentro del ciclo), con el fin de obtener parámetros que especificaran al sistema, además de justificar el diseño del termosifón. Posteriormente, con los datos obtenidos se realizó una simulación en ASPEN agregando varios componentes que representaran la caldereta termosifón, para poder obtener los parámetros de proceso para el diseño del intercambiador de calor. Finalmente, con ayuda de la literatura abierta y el uso de un software especializado (HTRI), se realizó el diseño completo de la caldereta, obteniendo resultados termodinámicos y geométricos. Simular el cambio de la chaqueta de agua por el intercambiador de calor o caldereta termosifón, permitió comparar ambos diseños, obteniendo una mejora en la transferencia de calor, lo cual impacta favorablemente al desempeño del sistema. Además de los resultados termodinámicos favorables en este proyecto, también se presentan planos y resultados geométricos, al igual que una estimación de costos del plan del proyecto.
- Modelación y Diseño de un Refrigerador de Ciclo Difusión-Absorción-Edición Única(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2007-05-01) Guzmán Méndez, Carlo Enrique; García Cuéllar, Alejandro Javier; González Magaña, Enrique; Rivera Solorio, Carlos Iván; ITESM - Campus Monterrey; Francisco Ángel BelloEn la presente investigación se desarrolla un modelo termodinámico del ciclo de Refrigeración por Difusión-Absorción para diseñar un sistema que utiliza como fluido de trabajo el sistema ternario amoníaco-agua-hidrógeno. Actualmente el diseño de estos equipos es predominantemente empírico. Esto representa un área de oportunidad en el campo de la investigación ya que esta tecnología ofrece ventajas tales como: no genera ruido ni vibraciones, sólo requiere una fuente de calor para su funcionamiento, no tiene partes móviles, es portátil, puede utilizar energía solar o calor de desecho, prácticamente es libre de mantenimiento, utiliza fluidos amigables con el ambiente. En este trabajo se modela completamente el ciclo de Refrigeración por DifusiónAbsorción a través de conceptos de termodinámica y transferencia de calor y se llevan a cabo simulaciones por medio de programas computacionales para realizar estudios paramétricos que ayuden a tomar decisiones en el diseño final del equipo. Para lograr la circulación del fluido de trabajo en contra de la fricción y la gravedad, se requiere una bomba de burbujas, la cual opera como un termosifón vertical con flujo en dos fases y solamente requiere una fuente de calor para su funcionamiento. El diseño de este componente es crítico en el desempeño del refrigerador por DifusiónAbsorción ya que afecta variables importantes como los flujos másicos de refrigerante y solución débil además del flujo de calor necesario en el generador. La presión total del sistema determina la temperatura máxima de operación del equipo y afecta el requerimiento de calor en el conjunto de la bomba de burbujasgenerador.