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En la presente investigación se detallan los mapas de patrones de flujo que se generan en una tubería horizontal de un colector/evaporador componente de una bomba de calor de expansión directa asistida por energía solar, utilizando el refrigerante R600a como fluido de trabajo. El estudio se realizó en una tubería de 3,8 mm de diámetro interno y 1000 mm de longitud, las velocidades de masa variaron entre 197,59 y 267,26 kg·m−2·s−1, el flujo de calor entre 72,83 y 488,27 W·m−2, durante las pruebas experimentales se presentó una radiación solar incidente entre 0 y 652,9 W·m−2. Se consideró para el análisis la correlación de Wojtan, Ursenbacher y Thome, el modelo utilizado no requiere de cálculos iterativos, además, plantea un análisis detallado de las diferentes zonas presentes a lo largo de la tubería, evidenciando una mayor precisión en los resultados. Las zonas predominantes en los resultados de este estudio son intermitente, anular y secado, encontrados en las cinco pruebas, sin embargo, por las condiciones de trabajo en todas las pruebas a excepción de la prueba A, se encontró el flujo niebla y estratificado-ondulado.// This research work presents a detailed description of the flow patterns maps generated in a horizontal pipe of the collector/evaporator of a direct-expansion solar-assisted heat pump, using R600a refrigerant as working fluid. The study was performed in a pipe with an internal diameter of 3.8 mm and a length of 1000 mm, mass velocities varying between 197.59 and 267.26 kg·m−2·s−1 and heat flux between 72.83 and 488.27 W·m−2; during the experimental tests, an incident solar radiation between 0 and 652.9 W·m−2 was present. The Wojtan, Ursenbacher and Thome correlation was considered for the analysis and the model used does not require iterative calculations; moreover, it carries out a detailed analysis of the different zones present along the pipe. The predominant zones in this study are intermittent, annular and dryout, found in the five tests, however, due to the working conditions in all tests with the exception of test A, mist and stratified-wavy flow were found.

The appropriate characterization of the two-phase flow has been recently considered as a topic of interest at industrial level. The Computational Fluid Dynamics (CFD) is one of the techniques used for this analysis. Commonly, the Volume Of Fluid (VOF) model and the Eulerian model are used to model the two-phase flow. The mathematical formulations of these models cause differences in their convergence, computational time and accuracy. This article describes the differences between these two models for applications in the two-phase upward-flow. In order to accomplish this objective, the CFD models were validated with experimental results. This study modeled six experiments with an orthogonal (butterfly) grid. As a result, the Eulerian model shows mean square errors (13.86%) lower than the VOF model (19.04%) for low void fraction flows (< 0.25). Furthermore, it was demonstrated that Eulerian model performance is independent from grid, spending less computational time than the VOF model. Finally, it was determined that only the VOF model predicts the pattern flow. RESUMEN La correcta caracterización del flujo bifásico se ha vuelto un tema de interés a nivel industrial. La mecánica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés) es una de las técnicas utilizadas para estos análisis. Comúnmente se utiliza en esta herramienta el modelo de volumen de fluido (VOF, por sus siglas en inglés) y modelo Euleriano. La formulación matemática de estos modelos genera diferencias en su convergencia, exactitud y desempeño computacional. Este trabajo pone en evidencia las diferencias de estos dos modelos para aplicaciones de flujo bifásico en dirección vertical. Con el fin de llevar a cabo este objetivo se debe validar estos modelos con resultados experimentales. En este proyecto se realizó la modelación de seis experimentos haciendo uso de un mallado tipo ortogonal (mariposa). Como resultado el modelo Euleriano presenta un error cuadrático medio (13.86%) inferior al modelo VOF (19.04%) para flujos con baja fracción de vacío (< 0.25). Por otro lado, se evidenció que el modelo Euleriano es independiente de la malla permitiendo un tiempo de simulación menor al del modelo VOF. Finalmente, se determinó que el modelo VOF permite predecir el patrón de flujo a diferencia del modelo Euleriano. RESUMO Acaracterização adequada do escoamento bifásico tem se tornado um assunto de interesse no âmbito industrial. A mecânica dos fluidos computacional (CFD, por suas siglas em inglês) é uma das técnicas para essas análises. Nesta ferramenta utiliza-se normalmente o modelo de volume de fluido (VOF, por siglas em inglês) e o modelo Euleriano. A formulação matemática destes modelos gera diferenças na sua convergência, exatidão e desempenho computacional. Este trabalho destaca as diferenças destes dois modelos para aplicações de escoamento bifásico em direção vertical. Para atingir esse objetivo é preciso validar estes modelos com resultados experimentais. Neste projeto realizou-se a modelagem de seis experimentos empregando uma malha ortogonal. Como resultado, o modelo Euleriano apresenta um erro quadrático médio (13.86%) inferior ao modelo VOF (19.04%) para fluxos com baixa fração de vazio (

Objetivo. Demostrar la utilidad de 4D flow para el análisis de patrones y distribución de flujos en pacientes con cardiopatías congénitas. Métodos: Seis pacientes con cardiopatías congénitas fueron escaneados con un protocolo de resonancia magnética cardíaca estándar. Además se incluyeron secuencias de flujo 2D en los principales vasos del tórax y una secuencia 4D flow que cubría todo el corazón. Para la visualización de los patrones de flujo se emplearon vectores de velocidad, líneas de flujo y trazadores de partículas. Resultados: 4D flow reveló vórtices y hélices en la arteria pulmonar de la mayoría de los pacientes, y en la aorta y vena cava superior de un paciente con coartación aórtica reparada y vena cardinal levoatrial. Conclusiones: 4D flow permite identificar patrones de flujo en pacientes con cardiopatías congénitas, difíciles de observar con otros métodos diagnósticos. La evaluación de patrones de flujo podría contribuir a comprender las consecuencias hemodinámicas de diferentes cardiopatías congénitas. Purpose. To demonstrate the utility of 4D flow MR imaging for analyzing blood flow patterns and flow distribution in patients with congenital heart diseases. Methods: Six patients with congenital heart diseases were scanned using a standard cardiac MRI protocol, according to their condition. Additionally, 2D flow sequences of the great vessels, and a 4D flow sequence covering the entire heart were acquired. Flow patterns were visualized by using vector fields, streamlines and particle traces. Results: 4D flow technique depicted vortices and helical flow in the pulmonary artery of most patients, as well as in the aorta and superior vena cava of one patient with corrected aortic coarctation and a levoatrial cardinal vein. Conclusion: 4D flow MR imaging enables the identification of flow patterns difficult to detect with other diagnostic modalities. Comprehensive evaluation of flow patterns might help to understand the hemodynamic consequences of congenital heart diseases and their surgical procedures.

"Resumen Con el fin de obtener el comportamiento dinámico de la presión de formación de las burbujas y de su movimiento al inducir el fenómeno de la cavitación en bombas centrífugas, se experimentó con ag ua y licor amoniacal a dos concentraciones de amoníaco (27 % y 34 %). El comportamiento dinámico de las burbujas se solucionó numéricamente con la aplicación de la ecuación de Rayleigh - Plesset, por medio de los radios de las burbujas y el tiempo de crecimi ento de estas. Se concluye que cuando se induce la cavitación, la presión de formación de las burbujas a 22 ºC es de 10,135.10 3 Pa para el agua; de 45,468.10 3 Pa para el licor amoniacal al 27 % de concentración y de 69,951.10 3 Pa para una concentración de 34 %. Los radios alcanzados por las burbujas en el licor amoniacal son del orden de 30 a 120 veces su radio inicial, mientras que para las burbujas formadas en el agua son del orden de 15 veces solamente."

Este proyecto de fin de carrera tiene como objetivo la caracterización del campo de velocidades en el interior de la cámara de combustión con accesos ópticos del motor maqueta. Como se justificará posteriormente en esta memoria en los estudios realizados de la inyección de chorros, principalmente Diésel, por medio de técnicas ópticas se ha observado que el chorro sufre unas desviaciones que pueden ser debidas a la existencia de patrones de flujo asimétrico dentro de la cámara. Para el registro y análisis de tales patrones de flujo, se propone el uso de la técnica óptica de velocimetría por imágenes de partículas (PIV), ya que esta técnica permite la obtención del campo de velocidades en planos bidimensionales. La caracterización temporal de interés para este proyecto serán los instantes en los que se realiza la inyección, que típicamente corresponde a los ángulos cercanos a PMS. Para la consecución de este objetivo general, se plantean los siguientes objetivos específicos, que se pueden clasificar en dos apartados: primero la aplicación de la técnica de velocimetría dentro de la cámara de combustión y por otra parte la obtención de los campos de velocidades para su análisis. Los objetivos desglosados a cumplir secuencialmente son: -Montaje y puesta a punto del sistema PIV en la instalación del motor maqueta, en la que no se han realizado este tipo de medidas anteriormente. -Realizar las mediciones siguiendo el plan de ensayos elaborado para que los resultados obtenidos en los puntos de medida sean de utilidad, y configurar el equipo óptico y de procesado para que los resultados sean óptimos en esos puntos. -Obtener el patrón de flujo y las variaciones de este con la información obtenida en el análisis de los resultados.

En una evaluación de diagnóstico sobre mecánica de fluidos, en la que se pide a los estudiantes graficar diagramas de flujo de un caso de geometría simple, se observa una notable confusión asociada a cambios de marcos de referencia. Como herramienta didáctica, se propone un análisis comparativo de diagramas de flujo en diferentes condiciones de movimiento relativo de un mismo sistema, consistente en un tubo cilíndrico que contiene líquido y un objeto esférico pequeño. Tales diagramas son mapas de velocidad y líneas de corriente obtenidos por resolución numérica de la ecuación de Navier-Stokes.

Los reactores de flujo oscilatorio (OBR) son equipos tubulares aptos para el mezclado, en los que se superpone un flujo neto y un flujo oscilatorio. La velocidad del flujo neto que atraviesa el tubo es propia de un flujo laminar con muy bajo número de Reynolds, mientras que las velocidades superpuestas por la oscilación de tipo sinusoidal pueden ser de hasta tres órdenes de magnitud mayor. Los tubos contienen elementos insertados que promueven el mezclado radial -típicamente coronas circulares- y que proporcionan características de flujo pistón (plug flow) a la vez que se alcanzan tiempos de residencia muy altos. Una de las técnicas para evaluar el mezclado en este tipo de dispositivo es analizar la evolución temporal de la concentración de un trazador en la salida de los tubos, cuando en la entrada se inyecta un pulso de concentración de los mismos. Basándose en este procedimiento, en este proyecto se acomete la modelización del transporte de trazadores en un reactor tubular avanzado, entendiéndose estos como variaciones de las configuraciones clásicas de tubos con coronas circulares: 1) equipos con placas fijas con flujo oscilatorio anormal; 2) equipos con placas oscilatorias; 3) equipos con flujo oscilatorio superpuesto con placas oscilatorias. Se ha observado una pequeña mejora en la utilización de un flujo anormal (ABN) con respecto al flujo clásico (NRM), aunque creemos que ésta no es significativa comparada con la dificultad de implementar este tipo de flujo en un OBR. La implementación de equipos con placas oscilatorias se puede modelizar mediante la metodología Moving Reference Frame (MRF) y Malla Deformable (MD). Tras el análisis se considera que ambas metodologías son equivalentes. MD presenta la limitación de utilizar un time-step (paso de tiempo) inferior a la condición CFL a causa de la generación de celdas de área negativa. Se observa una gran mejora en la utilización de equipos con placas oscilatorias, obteniéndose curvas RTD mas esbeltas y con menor varianza que en los equipos con flujo oscilatorio. El movimiento de las placas consigue un buen mezclado sin la aparición de zonas muertas en las que el trazador queda retenido. La implementación de equipos con placas oscilatorias y flujo oscilatorio de forma combinada, no mejora el proceso de mezcla, al generar una mayor dispersión axial. La principal conclusión que se ha obtenido en este PFC, es la posibilidad de poder implementar la modelización de OBRs con placas móviles mediante dos metodologías equivalentes, así como también la mejora que se obtiene con este tipo de reactores con respecto a OBRs con flujo oscilatorio. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Universidad Politécnica de Cartagena

En este trabajo se presenta una discusión sobre la metodología para el estudio teórico y experimental en la destilación solar, haciendo un breve recuento de los trabajos más significativos en este campo desde el punto de vista analítico y experimental. A partir de la discusión, se proponen los siguientes retos para promover el avance en el análisis de estos dispositivos: visualización de los patrones de flujo, medición de la velocidad y concentración con técnicas ópticas, métodos de optimización y teoría constructal, entre otros. El estudio refleja que la tendencia en el desarrollo de la destilación solar ha sido la metodología experimental de diversos diseños de destiladores para encontrar correlaciones y poder predecir coeficientes de transferencia de calor, tasa de producción de destilado y eficiencias; mientras que otros métodos analíticos y experimentales novedosos no se han utilizado hasta la fecha, dejando aspectos de la destilación solar pendientes de exploración. In this paper it is presented a discussion about the methodology for the theoretical and experimental study of solar distillation after a brief review of the most representative studies in the field from theoretical, numerical and experimental approaches. From this discussion, the following challenges are proposed in order to promote the advance in the analysis of solar stills: flow pattern visualization, velocity and concentration field measurement using optical techniques, optimization methods, and constructal theory, among others. This study shows that the tendency of solar still development has been the experimental approach to find correlations to predict heat transfer coefficients, distillate yield rate and efficiencies, whereas other theoretical and experimental methods have not been used up to this date, leaving interesting features of solar distillation unexplored.

Se realizó un estudio experimental de patrones de flujo bifásico aire-agua en tuberías horizontales y ligeramente inclinadas. Se realizaron 493 experimentos de flujo bifásico aire-agua de los cuales 191 corresponden a tubería horizontal y 302 corresponden a flujo ascendente. Las distribuciones espaciales de los experimentos incluyen los patrones de flujo estratificado liso y ondulado, tapón, anular y burbuja dispersa. Se desarrollan mapas de patrones de flujo experimentales para cada ángulo de inclinación y se evalúa la capacidad de predicción de cuatro modelos mecanicistas y dos modelos de correlación utilizados comúnmente en la literatura para determinar patrones de flujo. Comparando con los valores experimentales se encuentra que los modelos seleccionados tienen un porcentaje de acierto mayor al 75 %.

This paper introduces a new tank design for dehydrating and desalting large volumes of crude oils previously degasified, crude oil dehydration efficiency is reduced by gas presence in the emulsion interphase. The design presented in this paper is versatile (it is adaptable to any classical dehydration process), highly efficient in terms of separation (values usually greater than 90% and/or treated crude oil BSW less than 0,5% are ensured), low installation and operation costs, less consumption of additives. These are some of the advantages found in pilot tests plants and proven in industrial systems at the Ecopetrol S.A. production fields with treatment capacities from 14 to 50 KBD. Although this process also can be applied to other ranks of flow, maintaining the design critical conditions of each case in particular. This system does not exhibit the typical limitations shown by treatment tradicional systems (FWKO, Gun Barrel, thermal and electrostatic separators, etc.) (Al-Ghamdi, 2007) since it can be easily adapted to system treatments for light, intermediate, and heavy crude oils and to treatments with BSW content ranging from a very low levels of < 1% to very high levels > 95%, values that are not unusual in production fields nowadays, especially where accelerated production methods are used. En este documento se presenta el diseño de un nuevo tanque para deshidratación y desalado de grandes volúmenes de crudo previamente desgasificado, la eficiencia de deshidratación de crudo es reducida por la presencia de gas en la interfase de la emulsión. El diseño presentado es muy versatil (adaptable a cualquier proceso clásico de deshidratación), altamente eficiente en términos de separación (valores de eficiencia mayores a 90% y/o BSW en el crudo menor a 0,5% son asegurados), bajos costos de operación e instalación, menor consumo de aditivos. Estas son algunas de las ventajas encontradas en las pruebas de planta piloto y posteriormente probadas en sistemas industriales en campos de producción de Ecopetrol S.A. cuyas capacidades de tratamiento están entre 14 y 50 KBD, aunque este proceso también puede ser aplicado a otros rangos de flujo, manteniendo las condiciones críticas de diseño para cada caso en particular. Este sistema no tiene las limitaciones típicas mostradas por los sistemas tradicionales de deshidratación (FWKO, Gun Barrel, separadores térmicos y electrostáticos) (Al-Ghamdi, 2007) debido especialmente a que es fácilmente adaptable para el tratamiento de crudos livianos, medios y pesados con contenido de BSW desde niveles muy bajos 95%, los cuales son usuales actualmente en los campos de producción, especialmente donde se usan métodos de producción acelerados.

Se llevó a cabo la visualización de los patrones de flujo dentro de un separador tipo ciclón a diferentes condiciones (Re=123720 y 23860) para determinar la influencia de la velocidad de entrada del gas en el ciclón sobre dichos patrones. Para tal efecto, partículas de humo fueron inyectadas a la corriente de aire entrando a un ciclón construido de acrílico, dichas partículas fueron iluminadas con una luz láser y fotografiadas utilizando una cámara CCD con el fin de visualizar las estructuras turbulentas formadas dentro del ciclón. A partir de estas imágenes se realizó un análisis cualitativo y cuantitativo del cambio en el tamaño de las estructuras turbulentas al modificarse el número de Reynolds, encontrándose que al aumentar el número de Reynolds el tamaño de las estructuras observadas se reduce, modificando los patrones de flujo encontrados en el interior de los separadores ciclónicos. A visualization of the flow patterns within a cyclone separator was carried out. This visualization was performed under different conditions (Re=123720 y Re=23860) to determine the influence of cyclone inlet gas velocity on the flow patterns. Smoke particles were injected into the gas stream entering a cyclone built using cast acrylic. The smoke particles were illuminated using a laser light and images were taken using a CCD camera to visualize turbulent structures formed within the cyclone. From these images, qualitative and quantitative analyses of the changes in turbulent structure size were performed. It was found that as Reynolds number increases, turbulent structure size is reduced, modifying the flow patterns within a cyclone separator.

La libre circulación de las poblaciones piscícolas a lo largo de la red hidrográfica es una necesidad imperiosa para la conservación de las especies migradoras. La infranqueabilidad física de los obstáculos de origen antropogénico es lo que se conoce como efecto barrera. Una de las posibles soluciones para lograr lo conectividad longitudinal de los ríos es la construcción de dispositivos de remonte. Existe una gran variedad de tipologías de dispositivos de franqueo. Una de las tipologías más interesantes por sus características hidráulicas son las escalas de hendiduras verticales (EHV). Se realizó un estudio exhaustivo en modelo reducido de la hidrodinámica de dos diseños de piscinas de EHV. Se establecieron las relaciones caudal-calado, la configuración de los campos de velocidades y los patrones de flujo. Se estudiaron las relaciones entre los caudales experimentales y las velocidades en la piscina y se cuantificaron las velocidades en una sección especialmente crítica como la hendidura. Finalmente se estableció una metodología para realizar una evaluación de la idoneidad de las EHV en función de parámetros hidráulicos (velocidades y dados) y parámetros biológicos (velocidades de natación, talla del individuo)

En una evaluación de diagnóstico sobre mecánica de fluidos, en la que se pide a los estudiantes graficar diagramas de flujo de un caso de geometría simple, se observa una notable confusión asociada a cambios de marcos de referencia. Como herramienta didáctica, se propone un análisis comparativo de diagramas de flujo en diferentes condiciones de movimiento relativo de un mismo sistema, consistente en un tubo cilíndrico que contiene líquido y un objeto esférico pequeño. Tales diagramas son mapas de velocidad y líneas de corriente obtenidos por resolución numérica de la ecuación de Navier-Stokes. In a diagnostic exam on fluid mechanics, in which students are asked to draw flow diagrams of a simple geometry case, there is an apparent confusion associated to reference frame changes. As a didactic tool, we propose a comparative analysis of flow diagrams on different relative movement conditions of the same system, consisting in a cylindric pipe containing liquid and a small spherical object. Such diagrams are velocity maps and streamlines obtained through numerical solutions of Navier-Stokes equation.

[Resumen] La proliferación de obras hidráulcias transversales en los cursos fluviales gallegos supone una grave amenaza para nuestros ecosistemas acuáticos, siendo los efectos negativos especialmente sensibles en la ictiofauna migradora Las escalas de hendidura vertical y las esclas de hendidura profunda alineadas son dispositivos de franqueo de obstáculos. La finalidad de estas infraestrucutras es garantizar la conectividad longitudinal del sistema hidráulico para facilitar el paso de los migradores a través de los osbstáculos existentes en la red fluvial. El estudio experimental en modelo de la hidrodinámica de las escalas nos permitirá conocer el funcionamiento hidráulico de estos dispositivos para diseñar sistemas efectivos de pasos para peces. El objetivo de esta Tesis Doctoral es el estudio experimental en modelo de la hidrodinámica de estas dos tipologías de escalas de peces mediante la evaluación sistemáticas de las variables que caracterizan el flujo, velocidades y calados, para un amplio espectro casuístico. El conocimiento de patrones de flujo, relaciones caudal-calado, velocidades máximas, velocidades en secciones críticas com la hendidura, niveles de turbulencia, disipación de energía por unidad de volumen contribuirá al desarrollo de esta importante tarea de la bioingeniería, siendo una de las claves para mantener la salud del medio ambiente acuático continental., [Resumo] A proliferación de obras hidráulicas transversais nos cursos fluviais galegos supón unha grave ameaza para os nosos ecosistemas acuátios, sendo os efectos negativos especialmente sensibles na icitiofauna migradora. As escalas de fenda vertical e as escalas de fenda profunda aliñadas son dispositivos de franqueo de obstáculos. A finalidade destas infraestructuras é garantir a conectividade lonxitudinal do sistema hidráulico para facilitar o paso dos migradores a través dos obstáculos existentes na rede fluvial. O estudio experimental en modelo da hidrodinámica das escalas permitiranos coñecer o funcionamento hidráulico destes dispositivos para deseñar sistemas de paso para peixes efectivos. O obxetivo desta Tese de Doutoramento é o estudio experimental en modelo da hidrodinámica destas dúas tipoloxías de escalas de peixes mediante a avaliación sistemática das variables que caracterizan o fluxo, velocidades e calados, para un amplo espectro casuístico. O coñecemento de patróns de fluxo, relacións caudal-calado, velocidades máximas, velocidades en seccións críticas como a fenda, niveis de turbulencia, disipación de enerxía por unidade de volumen contribuirá ó desenvolvemento desta importante tarefa da bioenxeñería, sendo unha das claves para manter a saúde do medio ambiente acuático continental., [Summary] The performance of different kinds of vertical slot fishways for two different slopes was studied in a wide range of discharges. Water depths were measured in almost the whole surface of pools. A linear relation between dimensionless discharge and depth of flow, and the same flow patterns for each design were found. With an acoustic Doppler velocimeter (ADV), three-dimensional velocities were measured at several levels in the entire pool to detect the structure of the flow and quantify velocity distribution. Two different regions in flow patterns were found: a direct flow region characterized by maximum velocities; and a recirculation region, defined by low velocities and horizontal eddies. For a given slope, the velocity at any point of the pool (particularly at the slot) may be considered independent of the discharge and constant with the depth. Some suggestions on kinetic turbulent energy are also made