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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- Comparison of driving patterns using dimensionless numbers(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2024-06-13) Escamilla Serrano, Rogelio; Huertas Cardozo, José Ignacio; emimmayorquin; Díaz Ramírez, Jenny; Vallejo Borda, Jose Agustin; Giraldo Galindo, Michael Daniel; Moreno Sanchez, Ricardo; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus MonterreyThe following study explores alternatives for comparing driving patterns across various regions or drivers to identify strategies to reduce fuel consumption and the emissions of greenhouse gases and air pollutants from the transport sector. The method implied isolates the factors influencing driving patterns such as external, human, and technological through the application of dimensionless numbers, an innovative methodology proposed to assess the energy use in vehicles. Aiming to demonstrate the applicability of the methodologies, the daily operative conditions of samples of vehicles were observed and registered second by second with the same technology in three very diverse regions for a prolonged period (>2.5 years). Results show actionable insights that could be used by governmental authorities interested in improving transport infrastructure and fleet managers interested in reducing fuel consumption.
- Air pollutants near urban roadways(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2024-01-29) Leyva Sanjuan, Moisés Alejandro; Huertas Cardozo, José Ignacio; emimmayorquin; González Rocha, Javier; Mendoza Domínguez, Alberto; School of Engineering and Sciences; Campus MonterreySeveral studies have analyzed pollutant concentration near roads. Most experimental studies rely on short-term monitoring campaigns, where in some cases emissions are simulated using tracer gases. It is still unclear what are the actual concentrations of pollutants near roads and how that information can be used to design strategies addressed to mitigate the exposure to air pollutants of citizens living near roads. To address this need, we conducted a long term (> 1 year) experimental study measuring the variables involved in the emissions of pollutant over the road (traffic) and their dispersion downwind the road (meteorology, atmospheric stability, and pollutant concentration). We selected a straight horizontal track, with negligible buildings on the surroundings, of a major road within the Monterrey Metropolitan Area, Mexico, and measured the upwind and downwind pollutant concentrations utilizing low-cost sensors in conjunction with instruments homologated by environmental authorities. It was observed that 𝑃𝑀10 and 𝑃𝑀2.5 were the main air pollutants, frequently exceeding the threshold values established by the local environmental authority. A moderate correlation (𝑟=0.8) between coarse and fine particle concentrations indicates the influence of multiple sources of PM. Furthermore, road emissions were found to increase 𝑃𝑀2.5 concentrations by 2.4±0.2𝜇𝑔/𝑚3 relative to background concentrations, according to measurements performed with low-cost sensors. The low-cost sensors displayed high correlations (𝑟>0.95) between them proving they are effective for determining trends of particulate matter (PM) concentrations downwind the road. The 𝑃𝑀2.5 concentration profile under neutral atmospheric conditions showed a decreasing exponential trend with distance from the road, strongly correlated (𝑟=0.96) with the profile observed under slightly stable conditions, which agrees with results from previous studies.
- Finding the path to smart mobility: Design of bike routes(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2022-12) Ocaciones Mejia, Daniela; Huertas Cardozo, José Ignacio; puemcuervo, emipsanchez; Probst Oleszewski, Oliver Matías; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus Monterrey; Trigos Salazar, FedericoDentro de las políticas públicas de movilidad de los centros urbanos se busca aumentar el uso de modos de transporte no motorizados, entre los cuales se encuentra el uso de bicicletas. Uno de los acercamientos para incentivar el uso de la bicicleta es la implementación de ciclovías. Sin embargo, el trazado de las rutas para bicicletas sigue basándose en el sentido común de acuerdo con lo establecido en los manuales de Ciclo ciudades. Por lo que este proyecto tiene como objetivo principal, generar una metodología para definir el trazado de ciclovías en centros urbanos que satisfagan las necesidades de viaje de los usuarios con un máximo beneficio en movilidad. La contribución de esta tesis es la integración de diversos modelos existentes para una metodología del trazado de rutas para bicicleta, se definió el trazado de rutas, utilizando un modelo de simulación de tráfico basado en información de población, actividades y horarios de fuentes como el INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía), el DENUE (Directorio Estadístico Nacional de Unidades Económicas), incluyendo estudios previos tales como el PIMUS ZMM (Programa Integral de Movilidad Urbana Sustentable) y validado a partir de mediciones reales de flujo vehicular. Las rutas se obtienen cumpliendo las necesidades de viaje de los usuarios, sin restricciones de movimiento al usar la bicicleta. Posteriormente, el simulador de tráfico evalúa el impacto en movilidad, consumo energético y emisiones que genera incrementar el número de viajes realizados en bicicleta, en caso de que las rutas encontradas fueran implementadas. Como caso de estudio, se usó un distrito universitario en la ciudad de Monterrey, México. Los resultados muestran que en el escenario actual el 0.9% de viajes son realizados en bicicleta y 63.4% en vehículo privado, un incremento en los recorridos en bicicleta al 10.9% disminuye hasta 16.9% los viajes en vehículos privados, se estima que reduce cerca del 39% en el consumo de combustible y aproximadamente 36% en las emisiones de CO2.
- Adjusting MOVES’ emission factors in light-duty vehicles for a specific region using local measurements(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2022-06-15) Evangelista Palma, Gabriel; Huertas Cardozo, José Ignacio; puelquio, emimayorquin; Mancilla Méndez, Yasmany; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus Monterrey; Castellanos Rodríguez, SergioIt was initially observed that experimental and analytical emissions data exhibit cubic exponential behavior when expressed in terms of emissions mass flow vs. specific power (VSP). Consequently, for each year-model of a given technology, a representative experimental value of emissions at a given VSP is sufficient to fit that curve to reproduce the behavior over the entire VSP range. The experimental value can be obtained by measurements from inspection and maintenance programs, such as RSD or on rollers. As an illustrative example, this methodology was applied to the case of the city of Monterrey (MOVES MTY). Additionally, the tool's potential was illustrated by determining the vehicle emissions in each road of a reduced region (in this case, a university district) from traffic simulation data. The emissions inventory obtained showed that using unadjusted emission factors estimates between 10.5% and 32.3% less CO emissions and between 6.9% and 20.0% fewer NOx emissions than using the MOVES MTY emission factors.
- Evaluación técnica y económica de implementar trigeneración en centrales termoeléctricas de Iberdrola en México: Cogeneración Monterrey como caso de estudio(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2022-06-14) Solorio Martínez, Jocelyn Pamela; HUERTAS CARDOZO, JOSE IGNACIO; 30581; Huertas Cardozo, José Ignacio; puemcuervo; Juaréz Trujillo, Armando; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus Monterrey; López Zavala, Miguel ÁngelLas centrales tipo cogeneración se caracterizan por tener elevadas eficiencias, al adicionar la producción de energía térmica en forma de calor (vapor sobrecalentado) a la producción de energía eléctrica a partir de un mismo combustible. No obstante, durante la generación de este tipo de energías existen perdidas que son liberadas al medio ambiente en forma de energía residual. Por ende, se plantea adicionar la producción de energía frigorífica, aprovechando la energía excedente en las centrales termoeléctricas, con el objetivo de aumentar la eficiencia y disminuir sus emisiones al medio ambiente. Dentro de las unidades de enfriamiento comercialmente disponibles, el chiller de absorción se considera una de las mejores opciones de implementación en centrales termoeléctricas. Por lo tanto, con la ayuda del software Engineering Equation Solver (EES), en el presente trabajo se realizó un modelo termodinámico de la central Cogeneración Monterrey, perteneciente a Iberdrola México, la cual cuenta con una capacidad instalada de 45 MWe y 35 MWt de vapor, con una eficiencia promedio del 36%. Al modelo se le añadió un chiller de absorción de una y dos etapas, usando LiBr-H2O como solución absorbente/refrigerante. Se analizó el comportamiento del sistema bajo las condiciones actuales de operación, incluyendo las condiciones ambientales y demanda de vapor por parte de los usuarios. Por último, se realizó un análisis económico de los sistemas propuestos para su implementación en la central de cogeneración, tomando en cuenta la venta de frio como una línea de negocio en la industria de México. Como resultado del proyecto, con 21.35 MWt disponibles en el escape de la chimenea se pueden recuperar 7.91 MWt, produciendo un total de 9.5 MW de energía frigorífica, con un aumento de la eficiencia en 8.14%. Bajo este escenario, y manteniendo un precio de venta mínimo de 0.05 US$/Ton-h, se obtiene un VPN de US$6,299,399 con un IRR del 27%, resultando en un periodo de recuperación de 5.77 años. Con el vapor sobrecalentado se disponen de 10.7 MWt, de los cuales es posible recuperar 6.05 MW y producir 7.26 MW de energía frigorífica, aumentando la eficiencia un 6.28%. Bajo este escenario, y con el precio de venta mínimo de frio en 0.05 US$/Ton-h, el VPN es de US$4,611,372 con un IRR del 36% y una recuperación de la inversión a 3.12 años. Por otro lado, al usar el frío como autoconsumo se observa un incremento del 7% en la eficiencia, con un ahorro promedio 2.72 MW, equivalente a 0.05 kg/s de gas natural, en este escenario el mejor de los casos registró un periodo de recuperación de 11 años con un IRR del 12%.
- Real fuel consumption in the main logistic corridors of Colombia(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2021-06-15) Serrano Guevara, Oscar Sebastián; Huertas Cardozo, José Ignacio; tolmquevedo; Huertas Bolaños, María Elena; Prato Sánchez, Daniel; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus MonterreyFleet managers state that fuel consumption accounts for 50% of the operating costs of their cargo and passenger vehicle fleets. Aiming to reduce these costs, transport companies contract telematics services to track their units and monitor fuel consumption along with other variables. The gathered information is used to alert managers on events like excessive fuel consumption, abrupt breaks and needs of mechanical maintenance. We propose the use of this information to determine the fuel consumption of cargo vehicles at each km of the main roads of a given region and the influence of altitude, road grade and vehicle age on it. As a case study we studied the fuel consumption in the main logistic corridor of Colombia which are characterized by having a highly variable topography. Toward that end, we compared the fuel consumption monitored by a telematic system on 46 vehicles of different cargo capacity with the estimated by an energy balance model and observed that they are highly correlated (R2>0.99). Then, we used the calibrated model to obtain the km-by-km fuel consumption. This information is used by authorities to obtain a close estimation of the cost of cargo transport, the greenhouse gases emissions, and to identify locations with unusual high fuel consumption. Furthermore, the slope of the linear correlation (Cf) decouples the fuel consumption associated to driving style (human factors) from other influencing factors. Then, we observed that the effects of altitude and vehicle age on fuel consumption are negligible and that most of the vehicle technologies studied has not improved in practice their real energy performance during the last 20 years.
- Design of road-side barriers to mitigate air pollution near roads(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2020-12-03) Aguirre Gutiérrez, Javier Eduardo; Huertas Cardozo, José Ignacio; tolmquevedo; López Mejia, Omar Darío; Huertas Bolaños, María Elena; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus MonterreyWe quantified the effects of the use of solid barriers on the dispersion of air pollutants emitted from the traffic of vehicles on roads located over flat areas, aiming to identify the geometry that maximizes the mitigation effect of air pollution near the road at the lowest barrier cost. Toward that end, we systematically used the near road CFD (NR-CFD) model that simulates the physics occurring in the atmosphere in a small computational domain (<1 km long) by numerically solving, via computational fluid dynamics (CFD), the equations that describe the dynamics of the atmosphere in the near surface layer (ASL) (<250 m high). Results from the NR-CFD model were highly correlated (R2>0.96) with the SF6 concentrations measured by the US-NOAA in 2008 downwind a line source emission, for the case of a 6m near road solid straight barrier and for the case of without any barrier. We considered the effects of different geometries, sizes, and locations. We observed that, under all barrier configurations, the normalized pollutant concentrations downwind the barrier are highly correlated (R2>0.86) to the concentrations observed without barrier. Best cost-effective configuration was observed with a quarter-ellipse barrier geometry with a height equivalent to 15% the road width and located at the road edge, where the pollutant concentrations were 76% lower than the ones observed without any barrier.
- Estudio del efecto de la transferencia de calor debida a la radiación en la dispersión de contaminantes atmosféricos por medio de CFD(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2018-05-11) González González, Edwin Gustavo; Huertas Cardozo, José Ignacio; Montesinos Castellanos, Alejandro; Mejía Velázquez, GerardoLa actividad antropogénica del hombre ha permitido que las emisiones de partículas contaminantes se acrecienten día a día. Una fuente especial de emisión es debida al tránsito de vehículos en carreteras sin pavimentar, los cuales producen re-suspensión de material particulado, el cual viaja con ayuda de las corrientes de viento que circulan los alrededores. Se desarrollará entonces un estudio el cual resuelve con ayuda de CFD las ecuaciones diferenciales que describen la dispersión de contaminantes atmosféricos alrededor de vías no pavimentadas y en especial para el caso en el que se tiene en cuenta la contribución de la radiación solar en el cálculo. Ésta última se modelará con ayuda de un modelo de radiación, adicional al sistema de ecuaciones que describen la física de las partículas que interactúan con el viento que las transporta. Se encuentra que la radiación solar hace que la dispersión de contaminantes atmosféricos sea mayor en un 40% con respecto a un caso en el cual no se tiene en cuenta dicha contribución. Cerca de la zona de emisión se observan los cambios más importantes en la dispersión. Finalmente, se propone un número adimensional que representa la concentración de partículas, el cual tiene en cuenta el efecto de la radiación. Este número, permite correlacionar las concentraciones obtenidas en estudios de dispersión de contaminantes sin radiación con concentraciones obtenidas para estudios realizados con el efecto de la radiación, con ello, es posible representar un caso con presencia de la radiación por medio de un caso simple, en ausencia de esta.
- Estudio del proceso de atemperación mediante CFD(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2018-05-11) López Pulido, Amayraní; Huertas Cardozo, José Ignacio; Xicale de Aquino, Alfredo; Hernández Ramírez, Isaías; Huertas Cardozo, José Ignacio; Montesinos Castellanos, Alejandro; Xicale de Aquino, Alfredo; Hernández Hernández, IsaíasActualmente, la búsqueda de una mayor generación eléctrica a partir de energías renovables ha posicionado al ciclo combinado como la tecnología capaza de realizar esta transición. Estos ciclos consisten en la integración de un ciclo Brayton por medio de una caldera de recuperación de vapor a un ciclo Rankine. Un componente fundamental para el correcto funcionamiento de las calderas de recuperación de vapor es el atemperador de vapor. Este sirve como sistema de control de la temperatura del vapor, por medio de la inyección de agua subenfriada. Se contruyeron simulaciones mediante CFD con la finalidad de observar a detalle lo que ocurre cuando el agua es inyectada a un flujo de vapor sobrecalentado, entender los fenómenos de transferencia de masa, energía y momentum es fundamental para el proceso de diseño de estos sistemas de atemperación. En base a los resultados se definieron zonas termodinámicas para asegurar una evapoación completa en base a la relación de flujos másicos. Se observó también, el comportamiento de ambas fases en el proceso de evaporación que se dividió en dos regiones, ahondando en el estudio de la segunda. Se obtuvo una ecuación que permite describir la evolución de la temperatura promedio de la mezcla y con la que se puede tener una estimación de la longitud mínima de evaporación. A su vez se estudió el efecto que tiene el tamaño de gota en el proceso y se concluyó que gotas más pequeñas permiten aumentar la transferencia de masa y calor entre las fases, lo que propicia una mejor evaporación en una distancia menor.