Papers by PhD. Alberto Cervantes Garcia
Modelado de la biodegradación en biorreactores de lodos de hidrocarburos totales del petróleo int... more Modelado de la biodegradación en biorreactores de lodos de hidrocarburos totales del petróleo intemperizados en suelos y sedimentos (Biodegradation modeling of sludge bioreactors of total petroleum hydrocarbons weathering in soil and sediments)
Revista Mexicana de Ingeniería Química, 2018
The most common methodology to describe the complex phenomena occurring during quenching operatio... more The most common methodology to describe the complex phenomena occurring during quenching operations is based on
measuring cooling curves inside metal test probes instrumented with thermocouples. There are many variants regarding specimen
shape, although the preferred shape is a flat-end cylindrical probe. However, mathematical and physical modeling studies, carried
out under isothermal conditions, regarding the hydrodynamic behavior of the quenchant around flat-end cylindrical probes
suggest that this type of probe should not be recommended for studies quenching. In this paper, we study fluid dynamics around
an instrumented flat-end cylindrical probe, both under isothermal (un-heated probe) and non-isothermal conditions (probe heated
to 900 ºC and cooled in water at 60 ºC). For this purpose, water at 60 ° C was used as cooling fluid; three free-stream water
velocities (0.2, 0.4 and 0.6 m/s) were studied. Visualization techniques using a high-speed camera and optical filters were applied
to characterize the flow around the probe and, at the same time, thermal histories were measured within the probe. The results
show that fluid dynamics under non-isothermal conditions is very di erent from that under isothermal conditions; therefore, it
is not advisable to directly correlate fluid dynamics around metal probes characterized under isothermal conditions with cooling
curves or the evolution of the wetting front during an actual quench.
Keywords: quenching, cooling curves, flat-end cylindrical probe, wetting front, fluid dynamics
measuring cooling curves inside metal test probes instrumented with thermocouples. There are many variants regarding specimen
shape, although the preferred shape is a flat-end cylindrical probe. However, mathematical and physical modeling studies, carried
out under isothermal conditions, regarding the hydrodynamic behavior of the quenchant around flat-end cylindrical probes
suggest that this type of probe should not be recommended for studies quenching. In this paper, we study fluid dynamics around
an instrumented flat-end cylindrical probe, both under isothermal (un-heated probe) and non-isothermal conditions (probe heated
to 900 ºC and cooled in water at 60 ºC). For this purpose, water at 60 ° C was used as cooling fluid; three free-stream water
velocities (0.2, 0.4 and 0.6 m/s) were studied. Visualization techniques using a high-speed camera and optical filters were applied
to characterize the flow around the probe and, at the same time, thermal histories were measured within the probe. The results
show that fluid dynamics under non-isothermal conditions is very di erent from that under isothermal conditions; therefore, it
is not advisable to directly correlate fluid dynamics around metal probes characterized under isothermal conditions with cooling
curves or the evolution of the wetting front during an actual quench.
Keywords: quenching, cooling curves, flat-end cylindrical probe, wetting front, fluid dynamics
Se presenta una propuesta de diseño aerodinámico para la
reducción de turbulencia en la estela de... more Se presenta una propuesta de diseño aerodinámico para la
reducción de turbulencia en la estela de rotación de
turbinas eólicas de eje horizontal. La propuesta surge del
análisis de diversas alternativas para la modificación de
los álabes de una turbina diseñada bajo la teoría BEM
(Teoría de Momento-Álabe). Se emplearon diversos
programas de cómputo para el diseño, modelado y
simulación de las diversas propuestas. Los resultados
experimentales de anemometría de hilo caliente en túnel
de viento utilizando un modelo fabricado con tecnología
de impresión 3D, son comparados con los obtenidos en
CFD (Dinámica de Fluidos por Computadora). Como
trabajo adicional, se integró un sistema de medición de
velocidad de viento para caracterización del túnel de
viento empleado. Pruebas adicionales para obtención de
líneas de corriente mediante un generador de humos y
medición de torque de arranque son también llevadas a
cabo. Los resultados experimentales y CFD presentan
buena concordancia, con lo cual se logró la validación de
la metodología empleada para el análisis. Como resultado
del análisis, se demostró que es posible lograr un diseño
con baja generación de turbulencia y una potencia de
salida aceptable.
reducción de turbulencia en la estela de rotación de
turbinas eólicas de eje horizontal. La propuesta surge del
análisis de diversas alternativas para la modificación de
los álabes de una turbina diseñada bajo la teoría BEM
(Teoría de Momento-Álabe). Se emplearon diversos
programas de cómputo para el diseño, modelado y
simulación de las diversas propuestas. Los resultados
experimentales de anemometría de hilo caliente en túnel
de viento utilizando un modelo fabricado con tecnología
de impresión 3D, son comparados con los obtenidos en
CFD (Dinámica de Fluidos por Computadora). Como
trabajo adicional, se integró un sistema de medición de
velocidad de viento para caracterización del túnel de
viento empleado. Pruebas adicionales para obtención de
líneas de corriente mediante un generador de humos y
medición de torque de arranque son también llevadas a
cabo. Los resultados experimentales y CFD presentan
buena concordancia, con lo cual se logró la validación de
la metodología empleada para el análisis. Como resultado
del análisis, se demostró que es posible lograr un diseño
con baja generación de turbulencia y una potencia de
salida aceptable.
Este trabajo está encaminado a la resolución mediante métodos numéricos de la capa límite, así co... more Este trabajo está encaminado a la resolución mediante métodos numéricos de la capa límite, así como a la obtención de magnitudes físicas importantes como es el espesor de las capas límites y poder tener un mejor entendimiento de este fenómeno.
Vamos a emplear el método numérico de Runge-Kutta que nos permitirá resolver sistemas de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales no lineales. Debido a que la velocidad cerca de la placa plana este tipo de ecuaciones en la capa límite, este método nos permitirá obtener la evolución de las magnitudes a lo largo de la estrecha zona por encima de la superficie de la placa que constituye la capa límite.
Si consideramos el problema completo que se origina cuando un fluido pasa alrededor de un objeto, tenemos que resolver conjuntamente la ecuación de continuidad y la de cantidad de movimiento, imponiendo las condiciones de contorno. Este problema es muy complicado. Pero a altos números de Reynolds existe una capa límite donde los términos de viscosidad son importantes. Se sugiere resolver el problema por partes, la exterior y la capa límite. El hecho de que la capa límite sea pequeña lleva a simplificaciones. Se puede tratar como si fuese plana, sin importar la geometría del objeto (se consideran coordenadas cartesianas). La capa límite no tiene importancia en el flujo exterior. Sólo interesa el valor del flujo interior muy cerca de la superficie.
Vamos a emplear el método numérico de Runge-Kutta que nos permitirá resolver sistemas de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales no lineales. Debido a que la velocidad cerca de la placa plana este tipo de ecuaciones en la capa límite, este método nos permitirá obtener la evolución de las magnitudes a lo largo de la estrecha zona por encima de la superficie de la placa que constituye la capa límite.
Si consideramos el problema completo que se origina cuando un fluido pasa alrededor de un objeto, tenemos que resolver conjuntamente la ecuación de continuidad y la de cantidad de movimiento, imponiendo las condiciones de contorno. Este problema es muy complicado. Pero a altos números de Reynolds existe una capa límite donde los términos de viscosidad son importantes. Se sugiere resolver el problema por partes, la exterior y la capa límite. El hecho de que la capa límite sea pequeña lleva a simplificaciones. Se puede tratar como si fuese plana, sin importar la geometría del objeto (se consideran coordenadas cartesianas). La capa límite no tiene importancia en el flujo exterior. Sólo interesa el valor del flujo interior muy cerca de la superficie.
Uno de los campos de la física más complicados de estudiar son los fluidos, el comportamiento de ... more Uno de los campos de la física más complicados de estudiar son los fluidos, el comportamiento de gases y líquidos en movimiento. Comprender, por ejemplo, los flujos de aire turbulento o los remolinos que se forman cuando el agua escurre por una tubería o la sangre por una arteria son de suma importancia, tanto para la ingeniería como para la medicina.
Las ecuaciones que rigen la dinámica de fluidos son las conocidas como ecuaciones de Navier-Stokes, producto del francés constructor de puentes Claude-Louis Navier y del matemá-tico irlandés George Stokes. El primero en obtener estas ecuaciones fue el francés en una época (1822) en que no se comprendía muy bien cuál era la física de la situación que estaba matematizando. De hecho, lo único que hizo fue modificar unas ecuaciones ya existentes y obtenidas por el famoso matemático Euler, de modo que incluyesen las fuerzas existentes entre las moléculas del fluido. Aproximadamente 20 años después, Stokes justificó las ecuaciones del ingeniero francés deduciéndolas adecuadamente. A pesar de que las ecuaciones de Navier-Stokes son sólo una aproximación del comportamiento real de los fluidos, se utilizan para estudiar cualquier aspecto que tenga que ver con éstos; el problema es que si uno estudia el movimiento de un fluido con estas ecuaciones, es incapaz de prever si ese movimiento se va a mantener siempre o se va a complicar.
Las ecuaciones que rigen la dinámica de fluidos son las conocidas como ecuaciones de Navier-Stokes, producto del francés constructor de puentes Claude-Louis Navier y del matemá-tico irlandés George Stokes. El primero en obtener estas ecuaciones fue el francés en una época (1822) en que no se comprendía muy bien cuál era la física de la situación que estaba matematizando. De hecho, lo único que hizo fue modificar unas ecuaciones ya existentes y obtenidas por el famoso matemático Euler, de modo que incluyesen las fuerzas existentes entre las moléculas del fluido. Aproximadamente 20 años después, Stokes justificó las ecuaciones del ingeniero francés deduciéndolas adecuadamente. A pesar de que las ecuaciones de Navier-Stokes son sólo una aproximación del comportamiento real de los fluidos, se utilizan para estudiar cualquier aspecto que tenga que ver con éstos; el problema es que si uno estudia el movimiento de un fluido con estas ecuaciones, es incapaz de prever si ese movimiento se va a mantener siempre o se va a complicar.
La evolución de la frontera móvil donde rompe
la capa de vapor e inicia la ebullición nucleada,
t... more La evolución de la frontera móvil donde rompe
la capa de vapor e inicia la ebullición nucleada,
también llamada frente de mojado, es una
característica determinante en el control de la
distorsión durante el temple de piezas
metálicas. Es por esto que en este trabajo se
estudió el comportamiento del frente de
mojado para tres probetas: a) probeta cilíndrica
de cara plana, b) probeta cilíndrica de punta
esférica y c) probeta cilíndrica de punta cónica.
Las probetas cilíndricas (fabricadas con acero
inoxidable AISI 304) fueron sometidas a temple
en una corriente de agua a 60 °C y fluyendo a
0.6 m/s. La evolución del frente de mojado se
caracterizó utilizando: 1) termopares colocados
al interior de las probetas en posiciones
cercanas a la superficie de la probeta y 2)
analizando videos tomados durante cada
experimento. De acuerdo a los resultados
experimentales se encontró que las probeta
cilíndrica de punta cónica es la que tiene una
mejor reproductibilidad y nos proporciona una
familia de curvas, las cuales pueden ser
predecibles . También se logro obtener un
nuevo tipo de curvas de rapidez de enfriamiento
superpuestas con curvas de aceleración de
enfriamiento las cuales nos proporcionan mayor
información en cuanto a la caracterización de
cada uno de los fenómenos de ebullición que
ocurren e la superficie cuando se templa una
pieza metálica
la capa de vapor e inicia la ebullición nucleada,
también llamada frente de mojado, es una
característica determinante en el control de la
distorsión durante el temple de piezas
metálicas. Es por esto que en este trabajo se
estudió el comportamiento del frente de
mojado para tres probetas: a) probeta cilíndrica
de cara plana, b) probeta cilíndrica de punta
esférica y c) probeta cilíndrica de punta cónica.
Las probetas cilíndricas (fabricadas con acero
inoxidable AISI 304) fueron sometidas a temple
en una corriente de agua a 60 °C y fluyendo a
0.6 m/s. La evolución del frente de mojado se
caracterizó utilizando: 1) termopares colocados
al interior de las probetas en posiciones
cercanas a la superficie de la probeta y 2)
analizando videos tomados durante cada
experimento. De acuerdo a los resultados
experimentales se encontró que las probeta
cilíndrica de punta cónica es la que tiene una
mejor reproductibilidad y nos proporciona una
familia de curvas, las cuales pueden ser
predecibles . También se logro obtener un
nuevo tipo de curvas de rapidez de enfriamiento
superpuestas con curvas de aceleración de
enfriamiento las cuales nos proporcionan mayor
información en cuanto a la caracterización de
cada uno de los fenómenos de ebullición que
ocurren e la superficie cuando se templa una
pieza metálica
RESUMEN El aprovechamiento de fuentes de energía renovable ha presentado un incremento importante... more RESUMEN El aprovechamiento de fuentes de energía renovable ha presentado un incremento importante en los últimos años; siendo la energía eólica una de las cuales presenta mayor crecimiento. Según estudios realizados, México cuenta con un gran potencial eólico disponible de más de 50,000 MW. Para hacer uso del recurso eólico es necesaria la implementación de turbinas eólicas. Aunque en la actualidad se han desarrollado turbinas muy eficientes, su desempeño está por debajo de lo esperado de acuerdo a la teoría de diseño. Uno de los factores que reducen su rendimiento es la turbulencia, presente en la corriente de viento y generada por cambios (espacio-temporales) súbitos de presión y velocidad. El presente trabajo muestra la metodología empleada para validación de un modelo computacional a fin de ser empleado en futuros análisis. Se hace una descripción de la teoría de diseño de turbinas eólicas de eje horizontal, así como del desarrollo de un algoritmo para diseño y modelado en MATLAB. Además, menciona la metodología para mallado y simulación en ANSYS Fluent ®. Finalmente se realiza la comparación de los resultados en CFD con datos experimentales, obtenidos empleando anemometría de hilo caliente y cámara de alta velocidad a partir de un modelo fabricado con tecnología de impresión 3D. Palabras Clave – CFD, Simulación, Turbina Eólica, Hilo Caliente, Intensidad de Turbulencia.
Se presenta una propuesta de diseño aerodinámico para la
reducción de turbulencia en la estela de... more Se presenta una propuesta de diseño aerodinámico para la
reducción de turbulencia en la estela de rotación de
turbinas eólicas de eje horizontal. La propuesta surge del
análisis de diversas alternativas para la modificación de
los álabes de una turbina diseñada bajo la teoría BEM
(Teoría de Momento-Álabe). Se emplearon diversos
programas de cómputo para el diseño, modelado y
simulación de las diversas propuestas. Los resultados
experimentales de anemometría de hilo caliente en túnel
de viento utilizando un modelo fabricado con tecnología
de impresión 3D, son comparados con los obtenidos en
CFD (Dinámica de Fluidos por Computadora). Como
trabajo adicional, se integró un sistema de medición de
velocidad de viento para caracterización del túnel de
viento empleado. Pruebas adicionales para obtención de
líneas de corriente mediante un generador de humos y
medición de torque de arranque son también llevadas a
cabo. Los resultados experimentales y CFD presentan
buena concordancia, con lo cual se logró la validación de
la metodología empleada para el análisis. Como resultado
del análisis, se demostró que es posible lograr un diseño
con baja generación de turbulencia y una potencia de
salida aceptable.
reducción de turbulencia en la estela de rotación de
turbinas eólicas de eje horizontal. La propuesta surge del
análisis de diversas alternativas para la modificación de
los álabes de una turbina diseñada bajo la teoría BEM
(Teoría de Momento-Álabe). Se emplearon diversos
programas de cómputo para el diseño, modelado y
simulación de las diversas propuestas. Los resultados
experimentales de anemometría de hilo caliente en túnel
de viento utilizando un modelo fabricado con tecnología
de impresión 3D, son comparados con los obtenidos en
CFD (Dinámica de Fluidos por Computadora). Como
trabajo adicional, se integró un sistema de medición de
velocidad de viento para caracterización del túnel de
viento empleado. Pruebas adicionales para obtención de
líneas de corriente mediante un generador de humos y
medición de torque de arranque son también llevadas a
cabo. Los resultados experimentales y CFD presentan
buena concordancia, con lo cual se logró la validación de
la metodología empleada para el análisis. Como resultado
del análisis, se demostró que es posible lograr un diseño
con baja generación de turbulencia y una potencia de
salida aceptable.
La velocimetría de imágenes por partículas, conocida como PIV (Particle Image Velocimetry), es un... more La velocimetría de imágenes por partículas, conocida como PIV (Particle Image Velocimetry), es una técnica óptica de medición y visualización de flujo de fluidos utilizada en campos tales como la educación, la investigación e incluso a nivel industrial. Esta técnica permite determinar de manera instantánea el campo de velocidades, así como las líneas de corriente y diferentes propiedades en flujos laminares y turbulentos. La técnica consiste en sembrar pequeñas partículas trazadoras con propiedades físicas similares a las del fluido (principalmente la densidad), esto con el fin de que sigan fielmente la dinámica del fluido. Las partículas trazadoras son iluminadas por un plano láser en la sección de interés y son capturadas por una serie de imágenes tomadas con cámara de alta velocidad. Como es conocido, el intervalo de tiempo entre cada par de imágenes y el espacio recorrido por la partícula se puede correlacionar estadísticamente para estimar dirección y mangnitud de los componentes de velocidad del fluido estudiado. En este trabajo se propone el diseño y construcción de un sistema PIV ad hoc con fines educativos y de investigacion, principalmente para la medición de flujos con números de Reynolds bajos (flujos laminares). El sistema esta diseñado a partir de dispositivos básicos de bajo costo como un apuntador láser y un espejo cilindrico, del plano láser, una cámara de alta velocidad y software de licencia libre para el procesamiento y análisis de imágenes.
El aprovechamiento de fuentes de energía renovable ha
presentado un incremento importante en los ... more El aprovechamiento de fuentes de energía renovable ha
presentado un incremento importante en los últimos
años; siendo la energía eólica una de las cuales presenta
mayor crecimiento. Según estudios realizados, México
cuenta con un gran potencial eólico disponible de más de
50,000 MW. Para hacer uso del recurso eólico es
necesaria la implementación de turbinas eólicas. Aunque
en la actualidad se han desarrollado turbinas muy
eficientes, su desempeño está por debajo de lo esperado
de acuerdo a la teoría de diseño. Uno de los factores que
reducen su rendimiento es la turbulencia, presente en la
corriente de viento y generada por cambios (espaciotemporales)
súbitos de presión y velocidad. El presente
trabajo muestra la metodología empleada para
validación de un modelo computacional a fin de ser
empleado en futuros análisis. Se hace una descripción de
la teoría de diseño de turbinas eólicas de eje horizontal,
así como del desarrollo de un algoritmo para diseño y
modelado en MATLAB. Además, menciona la
metodología para mallado y simulación en ANSYS
Fluent ®. Finalmente se realiza la comparación de los
resultados en CFD con datos experimentales, obtenidos
empleando anemometría de hilo caliente y cámara de
alta velocidad a partir de un modelo fabricado con
tecnología de impresión 3D.
presentado un incremento importante en los últimos
años; siendo la energía eólica una de las cuales presenta
mayor crecimiento. Según estudios realizados, México
cuenta con un gran potencial eólico disponible de más de
50,000 MW. Para hacer uso del recurso eólico es
necesaria la implementación de turbinas eólicas. Aunque
en la actualidad se han desarrollado turbinas muy
eficientes, su desempeño está por debajo de lo esperado
de acuerdo a la teoría de diseño. Uno de los factores que
reducen su rendimiento es la turbulencia, presente en la
corriente de viento y generada por cambios (espaciotemporales)
súbitos de presión y velocidad. El presente
trabajo muestra la metodología empleada para
validación de un modelo computacional a fin de ser
empleado en futuros análisis. Se hace una descripción de
la teoría de diseño de turbinas eólicas de eje horizontal,
así como del desarrollo de un algoritmo para diseño y
modelado en MATLAB. Además, menciona la
metodología para mallado y simulación en ANSYS
Fluent ®. Finalmente se realiza la comparación de los
resultados en CFD con datos experimentales, obtenidos
empleando anemometría de hilo caliente y cámara de
alta velocidad a partir de un modelo fabricado con
tecnología de impresión 3D.
Se presenta una propuesta de diseño aerodinámico para la
reducción de turbulencia en la estela de... more Se presenta una propuesta de diseño aerodinámico para la
reducción de turbulencia en la estela de rotación de
turbinas eólicas de eje horizontal. La propuesta surge del
análisis de diversas alternativas para la modificación de
los álabes de una turbina diseñada bajo la teoría BEM
(Teoría de Momento-Álabe). Se emplearon diversos
programas de cómputo para el diseño, modelado y
simulación de las diversas propuestas. Los resultados
experimentales de anemometría de hilo caliente en túnel
de viento utilizando un modelo fabricado con tecnología
de impresión 3D, son comparados con los obtenidos en
CFD (Dinámica de Fluidos por Computadora). Como
trabajo adicional, se integró un sistema de medición de
velocidad de viento para caracterización del túnel de
viento empleado. Pruebas adicionales para obtención de
líneas de corriente mediante un generador de humos y
medición de torque de arranque son también llevadas a
cabo. Los resultados experimentales y CFD presentan
buena concordancia, con lo cual se logró la validación de
la metodología empleada para el análisis. Como resultado
del análisis, se demostró que es posible lograr un diseño
con baja generación de turbulencia y una potencia de
salida aceptable.
reducción de turbulencia en la estela de rotación de
turbinas eólicas de eje horizontal. La propuesta surge del
análisis de diversas alternativas para la modificación de
los álabes de una turbina diseñada bajo la teoría BEM
(Teoría de Momento-Álabe). Se emplearon diversos
programas de cómputo para el diseño, modelado y
simulación de las diversas propuestas. Los resultados
experimentales de anemometría de hilo caliente en túnel
de viento utilizando un modelo fabricado con tecnología
de impresión 3D, son comparados con los obtenidos en
CFD (Dinámica de Fluidos por Computadora). Como
trabajo adicional, se integró un sistema de medición de
velocidad de viento para caracterización del túnel de
viento empleado. Pruebas adicionales para obtención de
líneas de corriente mediante un generador de humos y
medición de torque de arranque son también llevadas a
cabo. Los resultados experimentales y CFD presentan
buena concordancia, con lo cual se logró la validación de
la metodología empleada para el análisis. Como resultado
del análisis, se demostró que es posible lograr un diseño
con baja generación de turbulencia y una potencia de
salida aceptable.
La velocimetría de imágenes por partículas, conocida como PIV (Particle Image Velocimetry), es un... more La velocimetría de imágenes por partículas, conocida como PIV (Particle Image Velocimetry), es una técnica óptica de medición y visualización de flujo de fluidos utilizada en campos tales como la educación, la investigación e incluso a nivel industrial. Esta técnica permite determinar de manera instantánea el campo de velocidades, así como las líneas de corriente y diferentes propiedades en flujos laminares y turbulentos. La técnica consiste en sembrar pequeñas partículas trazadoras con propiedades físicas similares a las del fluido (principalmente la densidad), esto con el fin de que sigan fielmente la dinámica del fluido. Las partículas trazadoras son iluminadas por un plano láser en la sección de interés y son capturadas por una serie de imágenes tomadas con cámara de alta velocidad. Como es conocido, el intervalo de tiempo entre cada par de imágenes y el espacio recorrido por la partícula se puede correlacionar estadísticamente para estimar dirección y mangnitud de los componentes de velocidad del fluido estudiado. En este trabajo se propone el diseño y construcción de un sistema PIV ad hoc con fines educativos y de investigacion, principalmente para la medición de flujos con números de Reynolds bajos (flujos laminares). El sistema esta diseñado a partir de dispositivos básicos de bajo costo como un apuntador láser y un espejo cilindrico, del plano láser, una cámara de alta velocidad y software de licencia libre para el procesamiento y análisis de imágenes.
Resumen La extracción de calor en procesos industriales de temple ocurre mediante dos mecanismos:... more Resumen La extracción de calor en procesos industriales de temple ocurre mediante dos mecanismos: convección forzada acompañada de ebullición (en presencia de una película de vapor o de burbujas discretas), seguida de convección forzada pura. Para efectos de diseño es importante caracterizar a la evolución del frente de mojado, que es la frontera entre la zona de película de vapor y el área cubierta con burbujas durante el enfriamiento con ebullición. En este trabajo, se templaron probetas cilíndricas de punta cónica (fabricadas con acero inoxidable austenítico) en agua a 60 °C fluyendo a velocidades de 0.2, 0.4 y 0.6 m/s. La evolución del frente de mojado se caracterizó utilizando: 1) mediciones de la respuesta térmica en posiciones cercanas a la superficie de la probeta y 2) videos tomados durante los experimentos. La velocidad del frente de mojado se obtuvo analizando imágenes de los videos; este parámetro aumentó de 4.4 a 5.7 mm/s al aumentar la velocidad del agua de 0.2 a 0.6 m/s. Al aumentar la velocidad del agua se observó una disminución del tamaño de las burbujas, del espaciamiento entre ellas y de la longitud de la zona fría que precede al frente de mojado. Las respuestas térmicas medidas se utilizaron para estimar a la densidad de flujo de calor en la superficie como función del tiempo. De estas curvas se determinó una correlación lineal entre el máximo flux de calor y la velocidad del agua Abstract Heat extraction during industrial quenching operations occurs in the presence of two mechanisms: boiling forced convection (in the presence of either a vapor blanket or discrete bubbles), followed by pure forced convection. For designing purposes it is important to characterize the wetting front kinematics, i.e., the loci between stable film blanket and bubbling. In this work, austenitic stainless steel conical-end cylindrical probes were quenched in water at 60 °C flowing at 0.2, 0.4 and 0.6 m/s. The wetting front kinematics was characterized by: 1) measuring the thermal response inside the probe near the probe surface and 2) video-recording the events at the probe surface. The wetting front velocity was obtained analyzing images from the video-recordings; it increased from 4.4 to 5.7 mm/s as the water velocity was increased from 0.2 to 0.6 m/s. As the water velocity increased the bubble size, bubble density and the length of the cold area ahead of the wetting front diminished. The measured thermal responses were used to estimate the surface heat flux as a function of time. From these curves, a linear correlation between maximum surface heat flux and water velocity was obtained. INTRODUCCIÓN El tratamiento térmico de temple se utiliza ampliamente en la industria metal-mecánica; se basa en la modificación de la microestructura como respuesta a un enfriamiento súbito desde la temperatura de
La evolución de la frontera móvil donde rompe la capa de vapor e inicia la ebullición nucleada, t... more La evolución de la frontera móvil donde rompe la capa de vapor e inicia la ebullición nucleada, también llamada frente de mojado, es una característica determinante en el control de la distorsión durante el temple de piezas metálicas. Es por esto que en este trabajo se estudió el comportamiento del frente de mojado para tres probetas: a) probeta cilíndrica de cara plana, b) probeta cilíndrica de punta esférica y c) probeta cilíndrica de punta cónica. Las probetas cilíndricas (fabricadas con acero inoxidable AISI 304) fueron sometidas a temple en una corriente de agua a 60 °C y fluyendo a tres velocidades: 0.2 m/s, 0.4 m/s y 0.6 m/s. La evolución del frente de mojado se caracterizó utilizando: 1) termopares colocados al interior de las probetas en posiciones cercanas a la superficie de la probeta y 2) analizando videos tomados durante cada experimento. De acuerdo a los resultados experimentales la temperatura de Leidenfrost no es un valor constante, sino que depende significativamente de la geometría de la probeta y de la hidrodinámica del medio de enfriamiento. Para las probetas de punta cónica y punta esférica, la temperatura de Leidenfrost aumenta a medida que la velocidad del agua se incrementa; por el contrario, para la probeta de base plana, la temperatura de Leidenfrost disminuye a medida que la velocidad del agua aumenta. Esta diferencia en el comportamiento se debe a diferencias en estabilidad y espesor de la capa de vapor así como el tiempo que tarda ésta en romper.
Este trabajo presenta el procedimiento empleado
para la construcción de tubo vórtex, conocido
tam... more Este trabajo presenta el procedimiento empleado
para la construcción de tubo vórtex, conocido
también como tubo Ranque – Hilsch (tubo RH).
El tubo fue construido realizando un maquinado
de una barra de acrílico a partir de un
procedimiento previamente publicado [1]. Una
vez construido el tubo, se instaló un montaje
experimental para llevar a cabo diversas
pruebas y ver el efecto del flujo de entrada y
salida, así como el efecto de la presión de
entrada sobre diversos parámetros, utilizando
aire como fluido de operación. Con los datos
medidos se procedió finalmente a caracterizar
termodinámicamente el tubo RH utilizando la
segunda ley de la termodinámica. Los resultados
indican de forma general que la entropía
generada depende fuertemente de la presión de
entrada al tubo.
para la construcción de tubo vórtex, conocido
también como tubo Ranque – Hilsch (tubo RH).
El tubo fue construido realizando un maquinado
de una barra de acrílico a partir de un
procedimiento previamente publicado [1]. Una
vez construido el tubo, se instaló un montaje
experimental para llevar a cabo diversas
pruebas y ver el efecto del flujo de entrada y
salida, así como el efecto de la presión de
entrada sobre diversos parámetros, utilizando
aire como fluido de operación. Con los datos
medidos se procedió finalmente a caracterizar
termodinámicamente el tubo RH utilizando la
segunda ley de la termodinámica. Los resultados
indican de forma general que la entropía
generada depende fuertemente de la presión de
entrada al tubo.
Este trabajo está enfocado a analizar los efectos
de la longitud del tubo caliente y la longitud ... more Este trabajo está enfocado a analizar los efectos
de la longitud del tubo caliente y la longitud del
tubo frío en un tubo vórtice, el cual se ve
afectado por los efectos del flujo de entrada y
salida regulado por una válvula cónica, así
como el efecto de la presión en la entrada
tangencial. Para tal análisis se colocaron
termopares a lo largo del tubo caliente y a lo
largo del tubo frio. Además se verificó la
temperatura superficial del tubo Ranque-Hilsch
utilizando una cámara termográfica, esto con el
fin de determinar de forma cualitativa el efecto
de los principales parámetros sobre el
comportamiento de los flujos de aire caliente y
aire frío. Se instaló un montaje experimental
para llevar a cabo diversas pruebas y ver los
efectos antes mencionados, utilizando aire como
fluido de operación. Las mediciones indican que
la longitud del tubo caliente tiene un efecto muy
significativo sobre el efecto de separación de
temperaturas y para el tubo frío la longitud no
tiene mucha relevancia.
de la longitud del tubo caliente y la longitud del
tubo frío en un tubo vórtice, el cual se ve
afectado por los efectos del flujo de entrada y
salida regulado por una válvula cónica, así
como el efecto de la presión en la entrada
tangencial. Para tal análisis se colocaron
termopares a lo largo del tubo caliente y a lo
largo del tubo frio. Además se verificó la
temperatura superficial del tubo Ranque-Hilsch
utilizando una cámara termográfica, esto con el
fin de determinar de forma cualitativa el efecto
de los principales parámetros sobre el
comportamiento de los flujos de aire caliente y
aire frío. Se instaló un montaje experimental
para llevar a cabo diversas pruebas y ver los
efectos antes mencionados, utilizando aire como
fluido de operación. Las mediciones indican que
la longitud del tubo caliente tiene un efecto muy
significativo sobre el efecto de separación de
temperaturas y para el tubo frío la longitud no
tiene mucha relevancia.
By means of physical and mathematical simulation, it is studied the fluid dynamics in a tundish o... more By means of physical and mathematical simulation, it is studied the fluid dynamics in a tundish of continuous casting with delta form, with 4 exits and a inhibitor of turbulence of hexagonal form, it found that the turbulence inhibitor does not work good, the value of dead volume is high , the value of piston volume is low. all this, are bad for the quality of the steel. by this reason, the dead volume and the piston volume were improved when proposing a new design of a turbulence inhibitor. The results obtained, show that the new design of turbulence inhibitor reduces in a better way the kinetic energy of the entry flow, and redirects the fluid towards the free surface close to the entry shroud, promoting better turbulence dissipation and thereby a more homogeneous flow is created at the outlets of the tundish with better conditions for particle separation, furthermore improves the volume fraction dead, mixed and the volume fraction of plug.
Thesis Chapters by PhD. Alberto Cervantes Garcia
En los procesos de transferencia de calor no estacionarios como es el caso del temple presentan u... more En los procesos de transferencia de calor no estacionarios como es el caso del temple presentan una serie de fenómenos altamente complejos en la superficie de la probeta. Estos fenómenos se presentan primeramente por la formación de una capa de vapor, seguida por la ebullición nucleada y finalmente se presenta la convección forzada. La evolución de la frontera móvil donde rompe la capa de vapor e inicia la ebullición nucleada, también llamada frente de mojado, es una característica determinante en el control de la distorsión durante el temple de piezas metálicas. Es por esto que en este proyecto de tesis se construyó un sistema que garantiza el flujo totalmente desarrollado y estudió el comportamiento del frente de mojado para tres probetas: a) probeta cilíndrica de cara plana, b) probeta cilíndrica de punta esférica y c) probeta cilíndrica de punta cónica. Las probetas cilíndricas (fabricadas con acero inoxidable AISI 304) fueron sometidas a un análisis isotérmico con listones de celofán y posteriormente al proceso de temple en una corriente de agua a una temperatura de 30 °C, 45 °C y 60 °C , fluyendo a tres velocidades: 0.2 m/s, 0.4 m/s y 0.6 m/s.
La evolución del frente de mojado se caracterizó utilizando: 1) termopares colocados al interior de las probetas en posiciones cercanas a la superficie de la probeta y 2) analizando videos tomados con una cámara de alta velocidad durante cada experimento. De acuerdo a los resultados experimentales la temperatura de Leidenfrost no es un valor constante, sino que depende significativamente de la geometría de la probeta y de la hidrodinámica del medio de enfriamiento. Para las probetas de punta cónica y punta esférica, la temperatura de Leidenfrost aumenta a medida que la velocidad del agua se incrementa; por el contrario, para la probeta de base plana, la temperatura de Leidenfrost disminuye a medida que la velocidad del agua aumenta. Ésta diferencia en el comportamiento se debe a diferencias en estabilidad y espesor de la capa de vapor así como el tiempo que tarda ésta en romper.
Se encontró que con la superposición de la curva de rapidez de enfriamiento y la curva de aceleración de enfriamiento relacionadas con las imágenes captadas con la cámara de alta velocidad nos ayuda a caracterizar mejor los fenómenos de ebullición, ya que las curvas que se emplean actualmente no limitan de una manera definida el inicio de cada uno de los fenómenos de ebullición.
Palabras clave: Capa de vapor, ebullición nucleada, convección forzada, frente de mojado, temperatura de Leidenfrost, curva de rapidez de enfriamiento, curva de aceleración de enfriamiento.
In the heat transfer no-stationary processes as the case of the quenching presents a sequence by of highly complex phenomena on the probe surface. These phenomena are presented firstly for the formation of vapor blanket, followed by nucleation boiling and finally the forced convection. The evolution of the moving front where the vapor film collapses and nucleate boiling starts, known as the wetting front, is a critical characteristic in controlling distortion during quenching of metallic parts. Thus, in this work of thesis was constructed system in which is introduced the term of fully developed flow and we present a comparative study of the wetting front kinematics for cylindrical probes of three different geometries: 1) flat-end, 2) spherical-end and 3) conical-end. The cylindrical probes (made with AISI304 stainless steel) were first subject to isothermal probes with cellophane ribbons and afterwards quenched in water at 30 °C, 45 °C and 60 °C flowing at: 0.2 m/s, 0.4 m/s and 0.6 m/s.
The wetting front evolution was characterized using: 1) thermocouples placed within the probe, near its surface; and 2) analyzing high-speed videos taken during the test. From the experimental results it is clear that the Leidenfrost temperature is not a constant value but depends heavily on the probe geometry and quenching medium hydrodynamics. For the conical-end and spherical-end cylindrical probes the Leidenfrost temperature increases as the water velocity increases; on the other hand, for the flat-end cylindrical probe, the Leidenfrost temperature decreases as the water velocity increases. This difference may be explained based on the stability and thickness of the vapor blanket as well as the duration of the film boiling stage.
It was found that with the overlap of the curves of speed of cooling and acceleration of cooling related with the pictures recorded with high-speed camera, we were able to characterize better the phenomena of boiling. The curves that are used nowadays do not limit in an exact way the onset of each one of the boiling phenomena.
Key words: Vapor blanket, nucleate boiling, forced convection, wetting front, Leidenfrost temperature, curve of speed of cooling and curve of acceleration of cooling.
La evolución del frente de mojado se caracterizó utilizando: 1) termopares colocados al interior de las probetas en posiciones cercanas a la superficie de la probeta y 2) analizando videos tomados con una cámara de alta velocidad durante cada experimento. De acuerdo a los resultados experimentales la temperatura de Leidenfrost no es un valor constante, sino que depende significativamente de la geometría de la probeta y de la hidrodinámica del medio de enfriamiento. Para las probetas de punta cónica y punta esférica, la temperatura de Leidenfrost aumenta a medida que la velocidad del agua se incrementa; por el contrario, para la probeta de base plana, la temperatura de Leidenfrost disminuye a medida que la velocidad del agua aumenta. Ésta diferencia en el comportamiento se debe a diferencias en estabilidad y espesor de la capa de vapor así como el tiempo que tarda ésta en romper.
Se encontró que con la superposición de la curva de rapidez de enfriamiento y la curva de aceleración de enfriamiento relacionadas con las imágenes captadas con la cámara de alta velocidad nos ayuda a caracterizar mejor los fenómenos de ebullición, ya que las curvas que se emplean actualmente no limitan de una manera definida el inicio de cada uno de los fenómenos de ebullición.
Palabras clave: Capa de vapor, ebullición nucleada, convección forzada, frente de mojado, temperatura de Leidenfrost, curva de rapidez de enfriamiento, curva de aceleración de enfriamiento.
In the heat transfer no-stationary processes as the case of the quenching presents a sequence by of highly complex phenomena on the probe surface. These phenomena are presented firstly for the formation of vapor blanket, followed by nucleation boiling and finally the forced convection. The evolution of the moving front where the vapor film collapses and nucleate boiling starts, known as the wetting front, is a critical characteristic in controlling distortion during quenching of metallic parts. Thus, in this work of thesis was constructed system in which is introduced the term of fully developed flow and we present a comparative study of the wetting front kinematics for cylindrical probes of three different geometries: 1) flat-end, 2) spherical-end and 3) conical-end. The cylindrical probes (made with AISI304 stainless steel) were first subject to isothermal probes with cellophane ribbons and afterwards quenched in water at 30 °C, 45 °C and 60 °C flowing at: 0.2 m/s, 0.4 m/s and 0.6 m/s.
The wetting front evolution was characterized using: 1) thermocouples placed within the probe, near its surface; and 2) analyzing high-speed videos taken during the test. From the experimental results it is clear that the Leidenfrost temperature is not a constant value but depends heavily on the probe geometry and quenching medium hydrodynamics. For the conical-end and spherical-end cylindrical probes the Leidenfrost temperature increases as the water velocity increases; on the other hand, for the flat-end cylindrical probe, the Leidenfrost temperature decreases as the water velocity increases. This difference may be explained based on the stability and thickness of the vapor blanket as well as the duration of the film boiling stage.
It was found that with the overlap of the curves of speed of cooling and acceleration of cooling related with the pictures recorded with high-speed camera, we were able to characterize better the phenomena of boiling. The curves that are used nowadays do not limit in an exact way the onset of each one of the boiling phenomena.
Key words: Vapor blanket, nucleate boiling, forced convection, wetting front, Leidenfrost temperature, curve of speed of cooling and curve of acceleration of cooling.