1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
2. Tesis de Posgrado
3. Morelos
4. Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
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6. Tesis de Maestría
7. Tesis de Maestría en Ingeniería Mecánica

Title:	Estudio CFD de gradientes térmicos y comportamiento termohidráulico 3D en tubos absorbedores de GVD
Authors:	Zagal Jiménez, Oscar Emilio%1312304
metadata.dc.subject.other:	Flujo bifásico, CFD, captadores solares cilindroparabólicos, generación de vapor directa, gradientes térmicos circunferenciales, patrón de flujo dry-out, OpenFOAM, modelado termohidráulico
Issue Date:	2026-02-20
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Description:	La comprensión y la obtención de datos confiables del fenómeno termo-hidráulico presente en los captadores solares cilindros parabólicos (CCP) de las plantas solares de generación de vapor directa (GVD) sería un avance importante hacia su adopción como tecnología principal para la generación de electricidad de forma comercial. Las plantas GVD son muy prometedoras porque superan en aspectos clave a las de generación indirecta de vapor, uno de estos siendo el menor capital económico para su puesta en marcha y mantenimiento, derivado del reducido número de dispositivos que las componen. Adicionalmente, el fluido de trabajo es agua, lo cual implica una reducción de riesgos ambientales. Sin embargo, la desventaja que presentan es que existe el problema de la flexión del tubo absorbedor (para ciertas condiciones de operación) debido a fuertes gradientes térmicos circunferenciales a causa de ciertos patrones de flujo bifásico agua-vapor y al flujo de calor no uniforme que impacta en el tubo absorbedor. Por esta razón, se necesita una forma de obtener datos numéricos y experimentales lo más cercanos posible a la realidad para proponer diseños más robustos que no pongan en riesgo la integridad de la cubierta de vidrio. Llevar a cabo experimentos conlleva un costo económico muy alto, por ello muchas investigaciones recurren al uso de simulaciones numéricas para estudiar diversos escenarios y/o proponer nuevos diseños, empleando para ello softwares comerciales o código de desarrollo propio. La dinámica de fluidos computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD) es una de las herramientas más usadas para atacar este problema, aunque hasta ahora existen solo un número limitado de trabajos dedicados a estudios tridimensionales íntegros de la transferencia de calor en el tubo absorbedor y del flujo bifásico que circula en su interior. En este trabajo se simula el CCP #9 del sistema Direct Solar Steam (DISS) de la Plataforma Solar de Almería (PSA), España, con el objetivo de calcular las diferencias de temperatura circunferenciales. Este es el captador más crítico de todo el lazo del sistema DISS, porque en él se presentan los gradientes máximos y la mezcla bifásica se encuentra en la región de vapor sobrecalentado con presencia del patrón de flujo dry-out. La principal aportación de este trabajo respecto a los previos publicados por otros autores es la evaluación de las capacidades del software libre y de código abierto OpenFOAM para la modelación termo-hidráulica 3D y 1D con el objetivo de determinar los gradientes térmicos circunferenciales que ocurren en el tubo absorbedor del sistema DISS, considerando su relación con el patrón de flujo dry-out. Los resultados del presente estudio se verificaron con lo reportado por Cundapí (2021) y Cundapí et al. (2025), quienes realizaron sus estudios termo-hidráulicos en 1D. Se desarrolló una simulación numérica tridimensional bajo el enfoque Euler–Euler para resolver el flujo turbulento en ebullición con transferencia de calor conjugada a lo largo de 4.86 m del CCP #9, sin considerar la cubierta de vidrio, a través del solver chtMultiRegionTwoPhaseEulerFoam. Los resultados indican que, mediante la metodología numérica aplicada, se obtiene un Error Porcentual Promedio (EPP) de 0.5% para la fracción de vacío, 4.7% para la velocidad de la fase gas y 16.4% para la velocidad de la fase líquida. No obstante, el EPP máximo registrado para las diferencias de temperatura circunferenciales en el tubo fue de 83.17%. Esta desviación tan elevada pudiera deberse a una prematura aparición del régimen de ebullición de transición, pues a partir de ahí (de acuerdo con Cundapí (2021) y Cundapí et al. (2025)) el gradiente térmico presenta un aumento abrupto, aunque en el caso de los resultados reportados en la presente tesis el aumento es gradual y lento. Esto señala la necesidad de continuar con estudios que consideren simulaciones paramétricas de los coeficientes que integran las relaciones de cerradura, además de simular tramos de tubo absorbedor más largos para favorecer el desarrollo del flujo. Adicionalmente, resulta indispensable estudiar y modificar el código fuente del solver empleado para incorporar el cálculo del parámetro y+ y así determinar la altura de malla adecuada para la modelación de la capa límite. También se concluye que la correcta determinación de los gradientes térmicos circunferenciales no depende en directo del CTC, sino de la conductividad térmica efectiva que engloba la conductividad térmica laminar y turbulenta.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/masterThesis
Appears in Collections:	Tesis de Maestría en Ingeniería Mecánica

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