Ciencias Exactas y Ciencias de la Salud
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11285/551014
Pertenecen a esta colección Tesis y Trabajos de grado de los Doctorados correspondientes a las Escuelas de Ingeniería y Ciencias así como a Medicina y Ciencias de la Salud.
Browse
Search Results
- Comparative study of mass-accommodation methods and energy balances for melting paraffin wax in cylindrical thermal energy storage systems(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2025-12-03) Silva Nava, Valter; Otero Hernández, José Antonio; Hernández Cooper, Ernesto Manuel; emimmayorquin, emipsanchez; Santiago Acosta, Rubén Darío; Melo Máximo, Dulce Viridiana; School of Engineering and Sciences; Campus Ciudad de México; Chong Quero, Jesús EnriqueThis study introduces two innovative methods for modeling how paraffin wax melts inside a centrally heated annular space. Both approaches tackle the challenge of volume changes during melting by ensuring total mass is conserved, keeping the material mass constant, and adding a new equation of motion. To manage these volume shifts in a cylindrical setup, one method allows the outer radius to expand or contract radially, while the other treats the extra liquid volume as a dynamic variable along the central axis. Each method’s energy–mass balance at the boundary between the liquid and solid yields equations that describe how the interface moves, with only slight differences that still respect mass conservation. When melting occurs rapidly, the steady-state values for both volume and interface position are directly linked to the densities of the liquid and solid forms. The methods were put to the test in a vertical annular region filled with para!n wax, where thermodynamic properties were fine-tuned by minimizing the gap between measured and predicted temperatures. The widely used local energy balance at the melting front can sometimes mislead, depending on starting conditions, boundaries, and material traits. In contrast, the total energy balance method aligns closely with equilibrium, as shown by its agreement with thermodynamic equilibrium in saturated mixtures, and it delivers much smaller errors than the local approach. In a melting experiment using para!n RT50 inside a thermally insulated cylinder, the local energy balance underestimated the melting front position by 2.4% to 6.9%, whereas the total energy balance method kept discrepancies between 0.28% and 5.71%.
- Método semi-analítico para el cálculo de las propiedades efectivas termoelásticas en materiales compuestos reforzados por fibras(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2021-06) Avellaneda González, Rodolfo; ; Otero Hernández, José Antonio; puelquio; Hernández Cooper, Ernesto Manuel; Martínez Rosado, Raúl; Espinosa Almeyda, Yoanh; Rodríguez Ramos, Reinaldo; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus Estado de MéxicoEn la presente investigación se generaliza el Método Semi-Analítico de Elementos Finitos (SAFEM, por sus siglas en inglés) reportado en las Refs. [1] y [2], para su aplicación en el cálculo de las propiedades efectivas de materiales compuestos periódicos termoelásticos reforzados por fibras de sección transversal elíptica. Los refuerzos fibrosos se consideran distribuidos periódicamente en celdas cuadradas o hexagonales. En particular, se estudian materiales compuestos cuyos constituyentes son materiales isotrópicos o transversalmente isotrópicos. El SAFEM consiste en modelar un problema físico definido en un medio heterogéneo mediante una combinación entre el Método de Homogeneización Asintótica (AHM, por sus siglas en inglés) y el Método de Elementos Finitos (FEM, por sus siglas en inglés). El AHM transforma el problema original definido en un medio heterogéneo obteniendo nuevas propiedades en un medio homogéneo equivalente, llamadas coeficientes efectivos. Para calcular el valor de los coeficientes efectivos es necesario solucionar ciertos problemas diferenciales que se definen sobre la celda periódica del compuesto, llamados también problemas locales. Para solucionar los problemas diferenciales se emplea el FEM. Se implementan dos versiones del FEM: la primera, una aproximación lineal que utiliza cuadriláteros de 4 nodos y la segunda, una aproximación cuadrática que emplea cuadriláteros de 8-nodos. En particular, las propiedades efectivas de materiales compuestos reforzados por fibras de sección transversal circular o elíptica distribuidas en celdas cuadradas y hexagonales son calculadas. También se estudian las distribuciones de la sección transversal de la fibra elíptica con diferentes orientaciones. En el caso de compuestos reforzados por fibras circulares, se comprueba la validez del modelo desarrollado a través de comparaciones con los resultados obtenidos mediante las fórmulas semi-analíticas reportadas en las referencias [3] y [4], para las distribuciones de celda cuadrada y hexagonal, respectivamente. Además, se demuestra que los coeficientes efectivos de un material compuesto con varias orientaciones en las fibras de sección transversal elíptica, muestran un comportamiento no-isotrópico. Adicionalmente, se ilustra que a medida que aumenta el ángulo de orientación, el comportamiento del material compuesto se aproxima suavemente a un comportamiento transversal isotrópico. Se implementó una herramienta computacional usando MATLAB que aprovecha la simetría de la celda periódica para realizar los cálculos usando solamente 1\4 de la celda. La solución concebida requiere de la entrada por parte del usuario de las constantes elásticas y térmicas de los materiales constituyentes del compuesto. Como salida del programa se obtienen los coeficientes efectivos termoelásticos, gráficas de los coeficientes efectivos en función de la fracción volumétrica y las mallas generadas por el programa para discretizar la región. La implementación realizada constituye una herramienta de gran utilidad para el diseño de materiales compuestos. El diseño presentado contempla la entrega al usuario de los coeficientes efectivos termoelásticos para un conjunto de fracciones volumétricas en una sola ejecución. Con los parámetros de entrada definidos por el usuario se itera por los distintos valores de fracción volumétrica y se realizan los cálculos de las propiedades efectivas.