Desarrollo y validación experimental de un modelo fenomenológico de la transferencia de calor en intercambiadores con materiales de cambio de fase. Caso de estudio la estearina de palma hidrogenada

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dc.contributor.advisorKafarov, Viatcheslav Victorovich
dc.contributor.advisorLizcano González, Víctor Alexis
dc.contributor.authorCabrera Ruiz, Nicolás
dc.contributor.evaluatorMartínez Rey, Ramiro
dc.contributor.evaluatorGarcía Navas, Dubán Fabián
dc.date.accessioned2024-11-14T19:55:27Z
dc.date.available2024-11-14T19:55:27Z
dc.date.created2024-11-09
dc.date.issued2024-11-09
dc.description.abstractEste trabajo de investigación presenta el desarrollo y validación experimental de un modelo fenomenológico de la transferencia de calor en intercambiadores de calor con estearina de palma hidrogenada como un nuevo material de cambio de fase (PCM). Este modelo fenomenológico permite estudiar el proceso de fusión de la estearina de palma hidrogenada. Adicionalmente, mediante un análisis adimensional, es posible estudiar el efecto de variables operacionales y parámetros de diseño, y consecuentemente, extrapolarlos en sistemas con dimensiones y volúmenes diferentes. El modelo fenomenológico planteado está basado en el método matemático de las capacidades caloríficas aparentes y presenta errores máximos de alrededor de 8%. El proceso de fusión de la estearina de palma hidrogenada está altamente influenciado por la convección natural mostrando una interfase sólido/líquido ovalada. La energía máxima almacenada al finalizar el proceso de fusión de la estearina de palma hidrogenada es de 303.51 kJ/kg. Además, emplear una configuración de serpentín rectangular causará una alta tasa de fusión en las zonas inferiores del sistema. El análisis adimensional es realizado mediante la variación de los números de Stefan, Reynolds, Rayleigh y Relación de difusividades térmicas. Esto demostró que el número de Reynolds y la Relación de difusividades térmicas no tienen una influencia significativa sobre el tiempo del proceso de fusión del PCM. Sin embargo, el número de Stefan y de Rayleigh causan la mayor influencia sobre el tiempo de fusión del PCM. Adicionalmente, el análisis adimensional permitió desarrollar y expresar una correlación matemática como, γ=10^(-7.54893)*Ste^(-0.99876)*Re^(-0.00098)*Ra^0.77970*φ^0.00325*Fo^0.53233. Además, esta variación adimensional permite recomendar unas mejoras para la transferencia de calor en un equipo a escala planta. Estas recomendaciones consisten en una temperatura de entrada de 95 °C, una velocidad de entrada de 1 l/min y un material de tubería de acero inoxidable con un paso de vuelta corto.
dc.description.abstractenglishThis research work presents the development and experimental validation of a phenomenological model of heat transfer in heat exchangers with hydrogenated palm stearin as a new phase change material. This phenomenological model allows to study the melting process of hydrogenated palm stearin. Additionally, using a dimensionless analysis, it is possible to study the effect of operational variables and design parameters, and consequently extrapolate them to systems with different dimensions and volumes. The phenomenological model proposed is based on the mathematical method of apparent heat capacities and shows maximum errors of about 8%. The melting process of hydrogenated palm stearin is highly influenced by natural convection showing an oval solid/liquid interface. The maximum stored energy at the end of the hydrogenated palm stearin melting process is 303.51 kJ/kg. Employing a rectangular pipe configuration will cause a high melting rate in the lower zones of the system. The dimensionless analysis is performed by varying the Stefan, Reynolds, Rayleigh and thermal Diffusivities Ratio numbers. This showed that Reynolds number and Thermal Diffusivities Ratio have no significant influence on the melting process time of PCM. However, the Stefan number and Rayleigh number cause the greatest influence on the PCM melting time. Additionally, the dimensionless analysis allowed to develop and express a mathematical correlation as, γ=10^(-7.54893)*Ste^(-0.99876)*Re^(-0.00098)*Ra^0.77970*φ^0.00325*Fo^0.53233. This mathematical correlation makes it possible to recommend improvements for heat transfer in a plant scale unit. These recommendations consist of an inlet temperature of 95 °C, an inlet velocity of 1 l/min, a stainless-steel pipe material with a short pitch between turns.
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería Química
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/44719
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectAlmacenamiento de energía solar
dc.subjectAnálisis adimensional
dc.subjectCalor latente
dc.subjectEstearina de palma hidrogenada
dc.subjectModelo fenomenológico
dc.subject.keywordSolar Energy Storage
dc.subject.keywordLatent Heat
dc.subject.keywordHydrogenated Palm Stearin
dc.subject.keywordPhenomenological Model
dc.subject.keywordDimensionless Analysis
dc.titleDesarrollo y validación experimental de un modelo fenomenológico de la transferencia de calor en intercambiadores con materiales de cambio de fase. Caso de estudio la estearina de palma hidrogenada
dc.title.englishDevelopment and experimental validation of a phenomenological model of heat transfer in heat exchangers with phase change materials. Case study of hydrogenated palm stearin
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
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dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
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