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.
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- 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%.
- Propuesta de un nuevo modelo para la transición de fase líquido-sólido en materiales de cambio de fase(Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2020-11-27) Rodríguez Alemán, Suset Graciella; RODRIGUEZ ALEMAN, SUSET GRACIELLA; 781347; Otero Hernández, José Antonio; emipsanchez; Pérez Álvarez, Rolando; Martínez Rosado, Raúl; Castillo Aranguren, Francisco; Escuela de Ingeniería y Ciencias; Campus Estado de México; Hernández Cooper, Ernesto ManuelEl comportamiento incorrecto de las soluciones numéricas en sistemas térmicamente aislados se ha explicado recientemente al considerar cambios de volumen durante la transición de fase líquido-sólido a través de la conservación de masa total. En este trabajo se encuentran ejemplos donde las soluciones numéricas aún muestran un comportamiento incorrecto en sistemas térmicamente aislados. Las soluciones en el equilibrio termodinámico revelan la existencia de casos patológicos en algunos materiales, aunque se conserve la masa total del sistema. A través de los ejemplos mostrados en este trabajo se encuentra un error conceptual en la ecuación de movimiento de la interfaz. El tamaño del sistema y la cantidad de masa fundida o solidificada obtenida de un balance de masa-energía local en la interfaz no son invariables y pueden sobrestimar o subestimar los valores del estado estacionario cuando el sistema se encuentra térmicamente aislado. La ecuación de movimiento propuesta para la interfaz se halla imponiendo la conservación de energía en sistemas adiabáticos y los valores de equilibrio termodinámico se reproducen bien a través de la ecuación propuesta. La conservación de energía conduce a un término adicional en la ecuación de movimiento para la interfaz que es proporcional a la diferencia de densidad entre las fases líquida y sólida. Adicionalmente, en sistemas con condiciones de contorno isotérmico-adiabático se propone el balance térmico total a través de todo el sistema. El balance térmico total también conduce a un término adicional en la ecuación de movimiento para la interfaz que puede tener contribuciones significativas según el tipo de material y las condiciones de operación. Finalmente, la dinámica de la transición de fase se puede representar mediante la introducción de un calor de fusión latente equivalente que incorpora los efectos del equilibrio térmico total. La solución numérica del modelo propuesto consiste en emplear un método híbrido que trata la variable espacial y la temporal independientemente. Primero se discretiza el espacio usando Elementos Finitos lo cual lleva a la solución de un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias. Para solucionar el sistema de EDO resultante se usa un Método Implícito en Diferencias Finitas. Se calcula el problema de transición de fase en distintos PCM y se comparan los resultados obtenidos con los brindados por el Método Integral de Balance de Calor.