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https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/997
2024-03-29T10:33:31ZAnálisis y modelado CFD de chumaceras en estado estable y transitorio.
https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/6740
Title: Análisis y modelado CFD de chumaceras en estado estable y transitorio.
Authors: Perez Vigueras, Demetrio%771374
Description: En la presente investigación, se presenta el modelado en estado estable y transitorio del espesor 3-D de la película lubricante de una chumacera hidrodinámica plana. El software de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de ANSYS Fluent fue utilizado para determinar el campo de presión de la película lubricante en cada posición del muñón a velocidad de operación constante. Para modificar la posición del muñón, se desarrolló e
implementó un algoritmo de movimiento nodal para actualizar las posiciones de los nodos de la malla del fluido lubricante. En el análisis en estado estable, el muñón se desplazó a unas posiciones de equilibrio estático dadas y se obtuvieron las capacidades de carga. Se aplicaron ajustes polinomiales a las relaciones de la capacidad de carga y del ángulo de attitud con la relación de excentricidad, posteriormente se calcularon los coeficientes dinámicos de rigidez de la chumacera. En el análisis en estado transitorio, se determinaron
las posiciones de equilibrio estático para varias masas del muñón, con y sin el efecto de la masa adicional del muñón. En cada paso de tiempo, los desplazamientos de los nodos fueron calculados al resolver simultáneamente las ecuaciones de movimiento del rotor a partir de las fuerzas hidrodinámicas. Se aplicó la metodología de la linealización de las fuerzas hidrodinámicas, originadas por una perturbación de velocidad constante, para calcular los coeficientes de rigidez y amortiguamiento. Se analizó el efecto que tiene la
masa del muñón en el cálculo de la posición de equilibrio para un paso de tiempo constante, así como el efecto que tiene el paso de tiempo en el cálculo de la posición de equilibrio para una masa constante del muñón. Para llevar a cabo las simulaciones anteriores, se propuso un algoritmo nuevo y novedoso para optimizar el tiempo de simulación en el cálculo de la posición de equilibrio estático del muñón; como resultados obtenidos, el algoritmo propuesto logró una reducción significativa del tiempo de simulación de 8 días (192h) a 5 días (120h) cuando se evaluó una masa de 100 kg, además evitó el monitoreo constante de las fuerzas hidrodinámicas y la modificación manual del paso de tiempo. También se eliminó la presencia del error de volumen negativo que abortaba las simulaciones cuando las aceleraciones crecían descontroladamente.2024-01-12T00:00:00ZIdentificación Algebraica de Coeficientes Rotodinámicos de un Sistema Rotatorio Soportado en Chumaceras Presurizadas
https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/6628
Title: Identificación Algebraica de Coeficientes Rotodinámicos de un Sistema Rotatorio Soportado en Chumaceras Presurizadas
Authors: Landa Damas, Saulo Jesus%697393
Description: Los cojinetes presurizados son soportes altamente utilizados en la maquinaria rotatoria debido a las características que presentan, como capacidad de resistir cargas pesadas, altas velocidades de operación, amplia vida útil, así como un bajo desgaste, debido a que la parte móvil y estacionaria del cojinete están separadas por una película de aceite reduciendo significativamente la fricción entre las partes. El funcionamiento confiable de este tipo de soportes para diferentes condiciones de operación es de suma importancia, para ello es necesaria la predicción y el control dinámico de estos cojinetes, sin embargo este
comportamiento es bastante complejo resultado de la inestabilidad que puede presentar la película de fluido en el cojinete y si a esto se le añaden otras variables como el incremento en la temperatura por la fricción, la complejidad para determinar los parámetros del cojinete aumenta. Actualmente la obtención de los parámetros de rigidez y amortiguamiento del cojinete hidrodinámico se realiza mediante métodos analíticos, numéricos y experimentales que arrojan resultados aproximados pero que no han logrado ser completamente confiables.
En este documento de tesis se propone el desarrollo de un método para identificar experimentalmente los coeficientes rotodinámicos de una chumacera presurizada mediante la técnica de identificación algebraica en línea. Se desarrolló un identificador algebraico, tomando como base para la identificación algebraica un modelo de un sistema rotorchumacera de múltiples grados de libertad a velocidad angular constante. Para el desarrollo del modelo de múltiples grados de libertad se utilizó la técnica de elemento finito considerando un elemento tipo viga de cuatro grados de libertad por nodo (dos desplazamientos y dos rotaciones). Se evaluó y analizó el comportamiento del identificador algebraico propuesto de forma numérica y experimental a través del tiempo, a diferentes velocidades de rotación y diferentes presiones de inyección del fluido en la chumacera
presurizada. Finalmente se validaron los coeficientes rotodinámicos identificados, comparando la respuesta de vibración del rotor experimental con la respuesta de vibración obtenida con el modelo de múltiples grados de libertad considerando como dato de entrada los parámetros rotodinámicos identificados.2023-12-01T00:00:00ZESTUDIO DINÁMICO DE ELEMENTOS TÍPICOS CONSTRUCTIVOS DE MÉXICO INCLUYENDO UN MATERIAL DE CAMBIO DE FASE
https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/6134
Title: ESTUDIO DINÁMICO DE ELEMENTOS TÍPICOS CONSTRUCTIVOS DE MÉXICO INCLUYENDO UN MATERIAL DE CAMBIO DE FASE
Authors: Garcia Perez, Daniel%848568
Description: Se presenta un estudio teórico sobre la evaluación térmica de una pared de block hueco y un techo de bovedilla, ambos con y sin material de cambio de fase (PCM por sus siglas en inglés) bajo las condiciones meteorológicas de Mérida, Yucatán. El estudio se llevó acabo durante el día más cálido y más frío de cada mes del año. Para ello, se modeló la transferencia de calor conjugada en dos modelos de paredes y un modelo de techo con geometría y dimensiones similares a las indicadas en las normas de México. Las componentes estudiadas fueron: una pared de ladrillo (LR), una pared de block hueco (BH), una pared de block hueco con una capa de PCM (BHP), un techo de bovedilla (TB) y un techo de bovedilla con una capa de PCM (TBP). La configuración LR está compuesta por dos capas de revoque y un ladrillo sólido, la BH está conformada por dos capas de revoque y un block hueco y la BHP es la configuración BH con una capa de PCM de 10, 15 y 20 mm de espesor; por su parte, la configuración TB está formada por bovedilla y una capa de compresión y la TBP es la configuración TB con una capa de PCM de 10 mm de espesor.
La capa de PCM se considera entre la capa de revoque interior y la componente, de tal manera que las configuraciones BHP y TBP pueden ser implementadas tanto en edificios en planeación como en operación.
La modelación se realizó en dos dimensiones y en estado transitorio con el método de volumen finito, para el acople de las ecuaciones de masa y momento se utilizó el algoritmo PISO (Pressure-Implicit with Splitting of Operators) y para los términos convectivos y difusivos se utilizaron los esquemas de interpolación híbrido y centrado, respectivamente;
por su parte, para la discretización del término transitorio se implementó un esquema de segundo orden y el paso de tiempo para la modelación fue de 30 s. Para el modelado del PCM se implementó el método de calor específico efectivo.
Respecto a los resultados de las paredes, se observó que la LR produjo un retraso de hasta dos horas la temperatura máxima de la superficie interior respecto a la temperatura máxima de la superficie exterior. Sin embargo, el BH presentó 14.6% menos energía por unidad de área hacia el interior en el día más cálido respecto al LR y 1.9% más energía por unidad de área hacia el interior. Por lo tanto, se seleccionó el BH para observar el aporte de una capa de PCM sobre su comportamiento térmico. Se apreció que la configuración
BHP reduce la energía por unidad de área en los días cálidos entre 6.9 y 48.7% respecto a BH y en los días fríos disminuye entre 9.7 y 65.6 %. Además, la configuración BH presenta emisiones de CO2 anuales de 0.051 tCO2e/m2 y energía por unidad de área anual de 120.2 kWh/m2, los cuales se reducen hasta 25.1, 31.9 y 37.4% con las configuraciones BHP10, BHP15 y BHP20, respectivamente. En general, se observó que la adición del PCM mejora el comportamiento térmico del BH en mayor medida durante los meses con mayor radiación solar.
Por otra parte, los resultados de los techos mostraron que la temperatura de la superficie interior del TB presenta una oscilación entre 24.7 y 30.4 ◦C, mientras que TBP oscila entre 25.9 y 27.3 ◦C; de tal manera que TBP reduce la energía por unidad de área hasta 65.3% en el día más frío del año respecto a TB y 68.7% en el día más cálido del año. También, se observó que la configuración TBP disminuye la energía por unidad de
área mensual hasta 62.2% en enero respecto a TB y la mínima disminución es de 15.6% en junio. Anualmente, la configuración TB muestra una energía por unidad de área de 363.4 kWh/m2 lo cual equivale a 0.154 tCO2e/m2 y se disminuyen hasta 35.7% cuando se implementa un PCM.
De acuerdo con los resultados, se recomienda implementar un espesor de PCM menor o igual a 15 mm en el BH, debido a que el PCM de 20 mm aumenta su volumen 100.0%respecto a 10 mm y 33.3% respecto a 15 mm, no obstante, la configuración BHP20 disminuye el flujo de calor anual solamente un 12.3% respecto a BHP10 y un 5.5% respecto a BHP15. Además, se recomienda la adición de una capa de PCM de 10 mm de espesor en TB disponibles en el mercado mexicano bajo condiciones meteorológicas similares a las de
Mérida, Yucatán. Por lo tanto, se concluye que la capa de PCM es capaz de disminuir la oscilación térmica y el flujo de calor hacia el interior tanto en pared de BH como en TB, lo cual representa una disminución en el costo de consumo eléctrico destinado a acondicionamiento de espacios y las emisiones de gases de efecto invernadero que esto genera en ciudades como Mérida o en regiones climáticas similares.2023-08-31T00:00:00ZModelación numérica de una habitación con una ventana con cubierta de material de cambio de fase
https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/6133
Title: Modelación numérica de una habitación con una ventana con cubierta de material de cambio de fase
Authors: Che Pan, Miguel Angel%814764
Description: In this research work the study of the thermal performance of a PCM shutter implemented in a
window and how it affects the temperatures inside a room was carried out. A hybrid mathematical model was used to perform the evaluation where the mathematical model of the proposed wind ow with the phase change material shading was solved using computational fluid dynamics wh ereas the mathematical model of the cavity representative of the room was developed by means of global energy balances.
The proposed system was subjected to the climate conditions of Mérida Yucatán in the Mexican
Republic and the obtained results were compared against a conventional window thermal
performance. For the study, the warmest and coldest day of each month of the year were selected
to model the proposed syst em. The starting time for the simulations were between 05:00 to
07:00 hours and they extended up to 24:00 hours . It is worth mention ing that the starting hour
of the simulations varie d depending when the solar radiation start ed in each of the selected days .
It was carried out this way to reduce the computational time load, and because at hours without
solar radiation at the beginning of the day, variations in the ambient temperature are not
significant. However, at hours without solar radiation during the n ight, the simulations
continued in order to verify the effectiveness of the delay in the thermal inertia caused by the
use of the PCM shutter.
The results showed that the behavior of the temperatures of the window with the PCM shutter
compared to those of the conventional window, as well as the temperatures inside the room;
were very similar regardless of the season of the year or whether it was the hottest or coldest day
of the season . For all the analyzed days the heat fluxes showed a tendency to be linea r when the
PCM shutter was implemented, preventing the energy from flowing towards the outside
ambient, provoking a rise in the temperatures in the inner surface of the window and in the
room. Therefore, it was concluded that: the PCM shutter alone cannot benefit the temperatures
i nside the room since the rest of the room envelope elements showed higher temperatures than
the window system for all the analyzed day and in both cases under study. However, because of
the thermal storage capability of the PCM, although it raised the temp eratures in the room and
inner surface of the window, it shows to be a promising implementation as a shutter since it did
reduce the total heat fluxes by around 87%. Therefore, its adequate implementation is worth to
be further investigated.2023-08-31T00:00:00Z