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.
- Study of heat transfer in tubular-panel and spray cooling systems applied to the electric arc furnace walls(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2018-05-15) Contreras-Serna, Josué; Rivera Solorio, Carlos Iván; García Cuéllar, Alejandro Javier; López Salinas, José LuisThis project consists in a heat transfer study in the electric arc furnace (EAF) walls, focused in the tubular-panel and spray cooling systems for the EAF located at Ternium-Guerrero plant, in the northeastern region of Mexico. The tubular-panel system is the one currently used to keep the walls cooled, composed of a total of 14 tubular panels. More dangerous accidents in the EAF operation, are the water steam explosions, which occur due to water leaks in the piping system inside the furnace. Spray cooling is given from the outside of the EAF, reducing the possibility of water directly impacting molten steel. The main purpose of this research is to know the operational conditions of both systems, verifying if the spray cooling system could be as good as the tubular system for the removal of heat on walls, efficiency and keeping the walls at low temperatures. The following procedures were used to estimate the water flow distribution in the cooling systems and the heat transfer in the walls. Piping network configurations are proposed for both systems. Models that consider surface-energy balances between different layers of the EAF’s walls and the heat radiated onto the walls by the electric arc and the molten-slag surface are developed herein. Conventional correlations were used for determining the heat transfer coefficients inside the tubular panels (Internal convection) and alternate correlations for determining the heat transfer coefficients for the external convection (spray cooling). Additional scenarios were done trying to improve the operational conditions and heat removal of each system. Water flow regulation by valves in each panel in tubular system and jet nozzles are used instead of spray nozzles in the spray system to verify the effectiveness of the spray cooling. The study was conducted via a parametric analysis in which the principal factors governing the process—the arc coverage and slag-layer thickness adhering to the walls—were varied. The results of the tubular-panel system were compared with experimental measurements of the outlet water temperature in each panel, showing a good approximation; allowing us to predict the operational conditions of the furnace. For both systems the optimal operating condition of the EAF, is when the arc is completely covered and the maximal thickness of the slag-layer that can be reached is around to 4.5 cm, it does that energy losses to decrease significantly and to keep walls at low temperatures. The minimal temperature difference between the inlet and final flow is around to 3 K. The spray cooling system operates with a lower heat removal capacity and pressure than the tubular-panel, causing that inner wall surface temperature to be approximately 20 degrees higher than when using the tubular system for critical operating conditions. Under optimal operating conditions each nozzle removes approximately 8.5 kW of thermal power. It is concluded that each cooling system has different temperatures and heat-removal capacity, which are highly dependent on the water flow within them. It is proved that slag-layer thickness and arc-coverage factors significantly affect the safe operation of the EAF, as well as its energy efficiency. This is a semi-analytical study; the equations of models were obtained analytically, and an equation-solver program is necessary to treat the non-linear equations obtained. Relatively few computational resources are required for this method.
- Pronósticos de venta de energía en el nuevo mercado eléctrico mexicano para modelo de oportunidad del parque fotovoltaico Schneider Electric PIIT operando con baterías(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2018-05-14) Jorge Armando Orozco Martínez; Llamas Terrés, Armando Rafael; Viramontes Brown, Federico Ángel; Gutiérrez Villanueva, Efraín; Hernández Ramírez, José Martin; Viramontes Brown, Federico ÁngelLa generación de electricidad por medio de paneles fotovoltaicos se presenta a nivel mundial como una de las alternativas más adecuadas debido a la necesidad de disponer de una fuente de energía limpia y compatible con el medio ambiente. Este proyecto implica entender todo el panorama del nuevo mercado eléctrico, para establecer bajo que modalidades puede participar la compañía Schneider Electric PIIT con su parque fotovoltaico, y bajo cuál esquema sería más conveniente vender su energía producida. El precio al que se paga la energía en el nuevo mercado se le llama “Precio Marginal Local” el cuál varia cada hora y cada día, debido a esto es necesario establecer pronósticos y dimensionar un banco de baterías, para tener un control respecto a qué hora vender la energía (cuando el precio es punta) y cuando cargar banco de baterías (cuando el precio es bajo). Se estudiaron todas la implicaciones que trajo consigo los nuevos reglamentos con respecto a la nueva reforma energética del 2014 y el nuevo mercado eléctrico planteado con esta, analizando a detalle la Ley de la Industria Eléctrica (LIE) publicada en agosto del 2014, la Ley de la Transición Energética (LTE) publicada en diciembre 2015, los Diarios Oficiales de la Federación (DOF’s) que relacionan directamente los temas de generación distribuida (generación con capacidad menor a 500kW de capacidad) siendo estos: “Manual de Interconexión de Centrales de Generación con Capacidad menor a 0.5 MW” publicado en Diciembre del 2016, “disposiciones administrativas de carácter general, los modelos de contrato, la metodología de cálculo de contraprestación y las especificaciones técnicas generales, aplicables a las centrales eléctricas de generación distribuida y generación limpia distribuida” publicado en Marzo del 2017, “Las Bases del Mercado Eléctrico” publicadas en septiembre del 2015 y también el DOF que establece las bases de los Certificados de Energías Limpias (CELs) “criterios para el otorgamiento de Certificados de Energías Limpias y los requisitos para su adquisición.” Publicado en octubre del 2014. Además, también fue necesario estudiar otros documentos relacionados con el nuevo mercado eléctrico publicados de manera extraoficial para tener otras perspectivas y un entendimiento más claro de varios conceptos, como los publicados por la empresa “PWC México”. Los resultados obtenidos en esta investigación ofrecen la oportunidad de analizar a detalle la posibilidad de verificar la factibilidad o no, de participar en el nuevo mercado eléctrico mexicano con un parque fotovoltaico operando con un banco de baterías ofertando en horas estimadas con precios elevados, a través de, la implementación de pronósticos.
- Modelado y Control de un Convertidor CD-CD Boost Intercalado(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2017-05-16) Villarreal-Hernández, Carlos A.; Mayo Maldonado, Jonathan C.; Valdez Reséndiz, Jesús E.; Micheloud Vernackt, OsvaldoEl convertidor propuesto es de tipo intercalado, con alta ganancia y con capacidad de eliminación del rizo de corriente a la entrada. Esta última característica es altamente deseable en un convertidor, pues se ha demostrado que la presencia de rizo de corriente disminuye la vida útil de paneles solares y su eficiencia. La ventaja que se presenta sobre otras topologías, es la posibilidad de seleccionar el punto de operación arbitrario donde se cancela el rizo de corriente. Esto representa una ventaja sobre otras topologías cuyo punto de operación está restringido.
- Modelación del comportamiento térmico y extracción de energía de un estanque solar(2017-05-15) Vallejo Narro, Adriana; Rivera Solorio, Carlos Iván; López Salinas, José Luis; García Cuéllar, Alejandro JavierSe realizó un modelo computacional para estudiar el comportamiento térmico y extracción de energía de un estanque solar. Éste modelo depende de las condiciones ambientales del sitio y de las dimensiones del estanque solar. Se calcularon y analizaron las pérdidas de calor de cada mecanismo (convección, evaporación, radiación y a través de las paredes y el suelo), utilizando diferentes modelos de absorción de radiación, de evaporación y de convección. Se acopló al modelo el cálculo de la extracción de energía mediante un intercambiador de calor situado en la LCZ. Para resolver las ecuaciones gobernantes, se utilizó el método de diferencias finitas explícito y se tomó la medición del perfil de temperatura inicial del estaque como condición inicial. Por otro lado, como condición de frontera con la zona no convectiva, se tomaron las temperaturas de las zonas convectivas superior e inferior, calculadas a partir de un balance de energía. Se diseñó e instaló un estanque solar de 5m3 con un intercambiador de calor CFI, en la Casa Solar del Tecnológico de Monterrey, y se validaron los resultados numéricos con los experimentales. Por último, se estudió la aplicación del modelo al estudio de un caso práctico y se calculó una estimación de ahorros y retorno simple de inversión.