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Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Pachuca

Maestría en Ingeniería Mecánica Página 1 de 5

Publicaciones en Congresos

LAGC

Termofluidos

2016

�Caracterización de un recuperador de calor con tubos termosifones bifásicos mediante ASPEN�

Abdiel Gómez Mercado*, Alexis Nohemi Ángeles Morelos, Celerino Reséndiz Rosas

División de Estudios de Posgrado e Investigación. Instituto Tecnológico de Pachuca, Edificio U � 2° Piso. Carretera México-Pachuca Km. 87.5, Col. Venta

Prieta 42080 Pachuca, Hidalgo. Teléfono: (01 771) 711 30 73 Ext. 139

*Autor contacto: [email protected]

R E S U M E N

En este trabajo se presenta la simulación de un intercambiador de calor convencional y de un intercambiador compacto

utilizando tubos termosifones bifásicos TTB, el cual aprovecha los gases de escape de una caldera que opera actualmente

en la clínica del ISSSTE en Pachuca, Hgo. Para ello se utiliza el software Aspen Exchanger Design & rating v8.4 �

AspenONE©. Posteriormente se hace una comparación entre un intercambiador de calor convencional y un innovador

diseño con TTB, auxiliándose del software se logró diseñar los dos equipos conforme a la Norma TEMA (Standars of the

Tubular Exchanger Manufactures Association). De esta manera se obtiene el diseño de un recuperador de calor de

aproximadamente 10 veces más eficiente que uno convencional, pero de mucho menor tamaño, debido a la implementación

de los tubos termosifones bifásicos. Así es posible el aprovechamiento de las energías de desecho, que de otra manera no

se podría recuperar.

Palabras Clave: Intercambiadores de calor, Recuperadores, Termosifones, Flujo Bifásico, Simulación, aspen one

A B S T R A C T

This paper presents a compact heat exchanger and conventional heat exchanger simulation using two-phase Thermosiphon

tubes TTB, taking advantage of a boiler exhaust gases currently operating at a hospital in Pachuca, Hgo. (ISSSTE). In

order to do this, the software Aspen Exchanger Design & rating v8.4 � Aspen ONE was used. A comparison between a

conventional heat exchanger and an innovative design with TTB was made; whit aid of the software, the development of

two designs according to the Standard of the Tubular Exchanger Association (TEMA) was achieved. Thus the design of a

heat exchanger of about 10 times more efficient than conventional one but much smaller, due to the implementation of

two-phase Thermosiphon tubes is obtained. So it is possible the use of waste energy, which otherwise could not be

recovered.

Keywords: Heat exchangers, Heat recovery, Thermosiphons, Two-phase flow,simulation, aspen one.

Nomenclatura

A área

as área de flujo lado coraza

at área de flujo lado tubos

B espacio de los deflectores

C factor de Coulburn

Cp poder calorífico fluido caliente

cp poder calorífico fluido frio

De diámetro exterior de la coraza

Di diámetro interior de la coraza

d diámetro nominal

di diámetro interior de los tubos

do diámetro exterior de los tubos

f factor de fricción

Ft factor de corrección de temperatura

g aceleración de la gravedad

Gs velocidad másica de coraza

Gt velocidad másica de los tubos

hio coeficiente de transferencia referido al diámetro

exterior del tubo

ho coeficiente de transferencia de fluido exterior

L longitud

N número de deflectores en la coraza

nt número de pasos por el lado tubos

ns número de pasos lado coraza

Ntu número de Nusselt

Nt número de tubos

Pt pasos de los tubos

Q flujo de calor

Rdi factor de obstrucción interior

Rdo factor de obstrucción exterior

Rd factor de obstrucción total

MEMORIAS DEL XXII CONGRESO DE LA SOMIM DEL 28 AL 30DE SEPTIEMBRE DEL 2016 CD. MÉRIDA, YUCATÁN. MÉXICO

ISSN 2448-5551 7 Derechos Reservados © 2016, SOMIM

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�Análisis de fluido y estructural de hélices para turbinas de generador sumergible para río�

Saul Morales Estevez, Mario Emigdio Rodriguez Castillo , Celerino Resendiz Rosas.

Instituto Tecnológico de Pachuca, Blvd. Felipe Ángeles Km 87.5, Col. Venta Prieta, Pachuca de Soto, Hidalgo, 42080. México. Saul Morales Estevez,

[email protected]

RESUMEN

El presente trabajo tiene como propósito el análisis de perfiles de hélices para la turbina sumergible para río, se

diseñaron diferentes tipos de hélices mediante el software SOLIDWORK, para comparar el comportamiento de flujo con el

medio a interactuar y análisis estructural implementando el uso de software ANSYS FLUENT y ANSYS STRUCTURAL

respectivamente. Los perfiles propuestos se analizaron para seleccionar la hélice y cantidad de hélices en cada turbina, con la

máxima eficiencia de aprovechamiento de conversión de energía mecánica a eléctrica para la generación de energía sustentable

con daño mínimo al ecosistema.

ABSTRACT

This paper aims profiling analysis of propellers for submersible turbine river, different types of propellers designed

by SOLIDWORKS software to compare the behavior of flow with the medium to interact and structural analysis implemented

using software ANSYS FLUENT and ANSYS STRUCTURAL respectively. The proposed profiles analyzed to select the

propeller and propeller amount in each turbine with maximum utilization efficiency of conversion of mechanical energy to

electrical for the generation of sustainable energy with minimal damage to the ecosystem.

Palabras Clave: Hélice, turbina, análisis de fluido, y análisis estructural.

Nomenclatura:

Densidad de flujo v Volumen

V Velocidad Energía cinética

F Fuerza S Superficie de barrido

Coeficiente de potencia Potencia

Q Caudal P Presión

Campo de velocidad de flujo Fuerzas externas

T Tensor de esfuerzos Velocidad angular

Esfuerzo cortante en dirección j y perpendicular en i Viscocidad

1. Introducción

Las energías renovables crecieron a una tasa promedio anual

de 2.9 % de 1990 a 2010, y contribuyeron con 19.4% de la

generación de energía eléctrica mundial. Existe una

tendencia mundial en la implementación de energías

alternas y sustentables, donde este trabajo se enfocará

principalmente en la generación de energía hidráulica.

Muchos países en desarrollo se entrecruzaban con ríos

que transportan volumen significativo de agua todo el año,

provocando un bajo costo y un eficaz mecanismo para el

aprovechamiento de la energía del río que fluía,

revolucionando el escenario de la generación de energía

rural.

Agua y energía son dos bienes esenciales para la vida.

Tanto agua como energía son producidas con base en los

recursos que proporciona la naturaleza [1, 2].

La hidráulica, es la producción de energía eléctrica que

se obtiene a partir de cualquier masa de agua en movimiento.

El análisis de fluido de las hélices y las turbinas

propuestas con los diferentes números de hélices se

obtendrán valores necesarios para valorar cual será la más

apta para introducir esta aplicación de generación de energía

sustentable y el análisis estructural arrojará los resultados

necesarios para saber si el material y diseño cumplen con los

requerimientos necesarios.

El principal requerimiento para implementar esta

tecnología es el acceso a cauces de agua con características

las cuales son velocidades de 0.5 a 2.5 m/s, ancho de 4.0

metros mínimo y una profundidad de 1.0 metros como

mínimo para su implementación.

Dentro de las características a considerar del recurso

hidráulico, es su estado variable, esto significa que el caudal

puede ser inestable a lo largo del año. Siendo necesario

conocer su magnitud promedio mediante un estudio anual,

en donde sus propiedades dependen de las condiciones

atmosféricas de la región.

La reducción del costo efectivo y el desarrollo de un

nuevo mecanismo para el aprovechamiento de la energía del

río o arrollo, puede revolucionar el escenario de la

generación de energía; donde se podrá dar servicio de

energía eléctrica en donde carezcan del suministro o bien la

reducción del costo de este suministro por parte de la

Comisión Federal de Electricidad (CFE).

MEMORIAS DEL XXII CONGRESO DE LA SOMIM DEL 28 AL 30DE SEPTIEMBRE DEL 2016 CD. MÉRIDA, YUCATÁN. MÉXICO

ISSN 2448-5551 6 Derechos Reservados © 2016, SOMIM

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Termofluidos

2015

MEMORIAS DEL XXI CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 23 al 25 DE SEPTIEMBRE DE 2015 COATZACOALCOS, VERACRUZ, MÉXICO

Tema A3a Materiales: Caracterización de ladrillo

“Caracterización y reformulación de materiales para la elaboración de ladrillo artesanal”

Abdiel Gómez Mercado, Isamar Guadalupe Jiménez Islas, Érika Osiris Ávila Dávila

aInstituto Tecnológico de Pachuca, División de Estudios de Posgrado e Investigaciín. Carretera México-Pachuca Km. 87.5, Pachuca, Hgo; C.P 42080,

México

*Autor contacto: [email protected]

R E S U M E N

En este trabajo se caracterizaran y evaluaran los parámetros operacionales con los que se trabaja actualmente para la

elaboración de ladrillo artesanal. Se propondrán formulaciones que ayuden a reducir la cantidad de SCRAP generado

en el proceso de sinterización y se optimizaran las variables operacionales que actualmente no tienen ningún tipo de

regulación. En la caracterización de las formulaciones se evaluaran propiedades mecánicas, térmicas y químicas que

permitan dar patrones de referencia para mejorar el resultado del producto obtenido. Cada una de las variables a

considerar se estandarizara para poder tener un monitoreo constante de la operación y comparar el resultado con el

obtenido en otro horno fuera de la región del estado de Hidalgo que es la zona donde se realizara el estudio

correspondiente.

Palabras Clave: Ladrillo, absorción, esfuerzo, sinterizar, análisis, diseño

A B S T R A C T

In this paper the operational parameters that are currently working on the development of handmade bricks are performed and evaluated. Formulations that help reduce the amount of SCRAP generated in the synthesize process and operational variables that currently have no regulation will be proposed were optimized. In the characterization of the formulations mechanical, thermal and chemical properties that allow for benchmarks to improve the outcome of the product is evaluated. Each of the variables to consider was standardized to have a constant monitoring of the operation and compare the result with that obtained in another furnace outside the region of the state of Hidalgo is the area where the corresponding study will being made.

Keywords: Brick, absorption, effort, synthesize, analyze, design

NOMENCLATURA

Área (m

2)

Espesor (m)

A Porosidad (%)

b Ancho promedio del espécimen (cm)

C Perdidas por calcinación (%)

d2

Peralte promedio del espécimen

DC Distancia calcinada (cm)

E Esfuerzo a la compresión (kgf/cm2)

H Porcentaje de humedad (%)

k Conductividad térmica 0.34 (kcal/mh°C) para

ladrillo común

L Contracción lineal (%)

l Distancia entre apoyos (cm)

LF Ladrillo fórmula actual con granulometría fina

LN Ladrillo fórmula actual

MH Masa húmeda (g)

MS Masa seca (g)

P Carga máxima aplicada (N)

PC Peso calcinado (g)

PH Peso húmedo inicial (g)

PS Peso seco (g)

PV Peso en verde (g)

Q Flujo de calor (kW/m2)

R Módulo de ruptura (MPa)

T1 Temperatura mayor (°C)

T2 Temperatura menor (°C)

1. Introducción

El proceso de elaboración de ladrillo artesanal es una

técnica que se ha llevado a cabo por varios miles de años,

su auge en la construcción es muy importante y día con día

se sigue utilizando.

El método que se emplea para quemar ladrillo es aún

una limitante al no tener un procedimiento que sirva como

base de estudio para poder determinar las condiciones

óptimas para su funcionamiento. Los ladrilleros que

emplean estos métodos aún no tienen parámetros que les

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Tema A5. Termofluidos: Energía solar

“Caracterización experimental de un concentrador solar cilindro-parabólico”

Abdiel Gómez Mercadoa, Sandra Michel García Zepeda

b

aInstituto Tecnológico de Pachuca. División de Estudios de Posgrado e Investigación. Carretera México-Pachuca km. 87.5 Col. Venta Prieta, Pachuca de

Soto, Hidalgo, CP 42080 bInstituto Tecnológico de Pachuca. Departamento de Metal-Mecánica. Carretera México-Pachuca km. 87.5 Col. Venta Prieta, Pachuca de Soto, Hidalgo,

CP 42080

*Autor de contacto: [email protected]

RESUMEN

El presente documento muestra la caracterización experimental de un concentrador solar de tipo cilindro-parabólico en época

otoñal; dicho equipo está ubicado en la parte más alta del edificio de Posgrado del Instituto Tecnológico de Pachuca. La

determinación de sus características es resultado de un continuo monitoreo de las condiciones ambientales en el entorno

inmediato del equipo. La recaudación y procesamiento de datos, serán los indicadores de la viabilidad, para la estación de

otoño, de generación directa de vapor o si en concentrador solar proporcionará el fluido de trabajo a otros equipos térmicos

para así lograr su objetivo final: la generación de energía eléctrica para uso del edificio donde se encuentra ubicado.

ABSTRACT

This document presents the experimental characterization of a parabolic trough solar concentrator in autumn season type;

such equipment is located in the highest part of the building Graduate Institute of Technology Pachuca. The determination of

its characteristics is the result of continuous monitoring of environmental conditions in the immediate surroundings of the

equipment. The collection and data processing will be the indicators of viability, for the autumn season, of direct steam

generation or provide to the solar concentrator the working fluid to other heating systems in order to achieve their ultimate

goal: power generation electricity for use of the building where it is located.


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Tema A5. Termofluidos: Biocombustibles (Fuentes alternativas de energía).

“Simulación de una planta experimental para la producción de biodiesel a partir de la higuerilla”

Abdiel Gómez Mercadoa, Sergio Paulino Santillán Escamilla

a, Alejandro Rodríguez Ortega

b,

René Gómez Mercadoc.

aDivisión de Estudios de Posgrado e Investigación, Instituto Tecnológico de Pachuca,Carretera México–Pachuca km. 87.5, Col. Venta Prieta, C.P. 42080

Pachuca de Soto, Hidalgo, MÉXICO Teléfono: 01 771 71 13140 Ext. 139. bUniversidad Politecnica de Francisco I. Madero, Tepatepec, Hidalgo México, Codigo Postal 42660, Mexico cInstituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agricolas y Pecuarias, Carretera Pachuca-Cd. Sahagun Km. 3.6 No. 200, Torre Norte 1er.Piso Desp.

111, Centro comercial el saucillo, Mineral de la Reforma, Hgo. Codigo Postal 42180

*Autor contacto. Dirección de correo electrónico: [email protected]

RESUMEN

En este trabajo se propone el uso de sistemas de destilación reactiva con acoplamiento térmico como una estrategia para la

reducción del consumo de energía y los costos de producción en el proceso de obtención de biodiesel en dos pasos con

metanol a condiciones supercríticas, también conocido como proceso Saka-Dadan. Se lleva a cabo el análisis del proceso

utilizando una columna de destilación reactiva, una columna Petlyuk reactiva y una secuencia térmicamente acoplada

directa reactiva como sustitutos del reactor de esterificación y la subsecuente separación presentes en el proceso

convencional. Se propone una metodología de diseño y optimización para los sistemas térmicamente acoplados con

reacción química, basando el diseño en el método corto de Fenske-Underwood-Gilliland para el cálculo de la relación de

reflujo y el número de etapas, así como la ecuación de Kirkbride para la determinación de la ubicación de los flujos de

interconexión en la columna Petlyuk reactiva.

ABSTRACT

In this paper the use of distillation systems reactive thermal coupling as a strategy for reducing energy consumption and

production costs in the process of obtaining biodiesel in two steps with methanol at supercritical conditions is proposed also

known as Saka-Dadan process. Process analysis is performed using a reactive distillation column, and one reactive Petlyuk

column thermally coupled direct reaction sequence as substitute of esterification reactor and subsequent separation in the

conventional process present. A technique for design and optimization is proposed for the thermally coupled systems with

chemical reaction, basing the design on the short method Fenske-Underwood-Gilliland for calculating the reflux ratio and the

number of stages and the equation Kirkbride for determining the location of interconnection flows reactive Petlyuk column.


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Termofluidos

2014

Metodología de selección de un álabe para un aerogenerador de uso doméstico

Dr. Abdiel Gómez Mercado1, Ing. Gerardo Zausa Ávila2

Resumen Este trabajo presenta una metodología para el cálculo y selección de un álabe con perfil NACA (National Advisory Commitee for Aeronautics) que se utilizará en el diseño de un aerogenerador de tipo doméstico. Con base en las condiciones del viento (velocidad, densidad, temperatura) que se tienen en la Ciudad de Pachuca, Hidalgo, especifícamente en el edificio de posgrado del Instituto Tecnológico de Pachuca, donde se realizaron mediciones de velocidad y temperatura, con ayuda de un termoanemómetro. Se obtuvieron datos necesarios para determinar la velocidad media, cuyo valor es esencial para determinar la potencia del viento. Se analizaron diferentes valores de potencia del viento, proponiendo distintas potencias del rotor, manteniendo fija la velocidad del viento. Palabras clave: energía eólica, aerogeneradores, electricidad, álabe.

Introducción La constante necesidad de energía eléctrica y su incidencia en el progreso industrial de las naciones conlleva, por

el uso propio de las fuentes energéticas, un alto costo ambiental. La energía eólica es la fuente de energía no convencional más prometedora para obtener energía eléctrica, con grandes pronósticos de crecimiento. La forma más adecuada de transformar la energía cinética del viento en energía utilizable es mediante un aerogenerador o turbina eólica.

Un aerogenerador, es un equipo utilizado para la generación de energía eléctrica, pero a su vez se encuentra funcionando en condiciones muy adversas; la humedad, los cambios bruscos de temperatura, los efectos nocivos de la variación, en dirección y magnitud, de la velocidad del viento.

La Agencia Nacional de Energía Eléctrica (ANEEL, 2002) clasifica como aerogeneradores de pequeño tamaño a máquinas eólica generadoras con potencia nominal igual o inferior a 500 kW. La International Electrotechnical Commission (IEC, 2006) considera de pequeño tamaño a aquellas con área de barrido entre 2 y 200 m².

Un análisis para la selección del alabe corresponde a las características del viento que se tiene en la zona de Pachuca, Hidalgo, donde se localiza el Instituto Tecnológico de Pachuca, localiza

a que por lo regular siempre está soplando el viento a cualquier hora del día, de ahí el interés de desarrollar un aerogenerador de tipo doméstico para la utilización de ese tipo de energía.

Lo que concierne en este artículo está dirigido al cálculo y selección del álabe que se va a utilizar para diseñar y construir un aerogenerador de uso doméstico. El estudio se limita al análisis teórico con ecuaciones derivadas delmétodo del elemento finito, para varios aerogeneradores de 2.5 kW, 2kW, 1.5kW, 1kW y 0.5 kW; capacidades propias para un uso doméstico en casas habitación de algunas zonas rurales, existentes en el estado de Hidalgo.

Metodología El álabe que se obtendrá se utilizará en un aerogenerador de eje horizontal del tipo tripala (3 alabes), que de acuerdo

con diversos estudios previos, es el óptimo para las condiciones del viento que se tiene en la zona. Los datos de velocidad de viento y temperatura fueron medidos en la ciudad de Pachuca, Hgo. en las instalaciones del Instituto Tecnológico de Pachuca sobre el edificio de posgrado que tiene una altura de 10 metros sobre el nivel del suelo. Elequipo utilizado para la realización de las mediciones se especifica en las Tablas 1 y 2.

1 El Dr. Abdiel Gómez Mercado es Profesor de Licenciatura y Posgrado en Ingeniería Mecánica en el Instituto Tecnológico de

Pachuca, Hidalgo, México. [email protected] (autor corresponsal). 2El Ing. Gerardo Sauza Ávila es estudiante de la Maestría en Ingeniería Mecánica del Instituto Tecnológico de Pachuca, Hidalgo,

México. [email protected].

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Termofluidos

2013

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Termofluidos

2012

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