No description available.

En la presente memoria se describe la dinámica del flujo y la transferencia de calor de un fluido contenido en un espacio cerrado cuadrado con temperaturas diferentes en las dos paredes verticales. Se considera la condición de borde térmica de paredes horizontales perfectamente conductoras. Este caso se acerca más a la realidad física que el de una cavidad con paredes horizontales adiabáticas, cuando el fluido confinado es aire. A pesar de esto, la condición de borde propuesta ha sido menos usada que adiabática en estudios de simulación numérica.

Ingeniero Civil Mecánico / Diversas son las herramientas tecnológicas que existen en la actualidad para ejecutar de forma precisa las mantenciones sintomáticas y predictivas necesarias a los sistemas mecánicos, y existe un uso emergente por utilizarlas en la industria. El presente trabajo de título representa una conexión entre la herramienta termográfica y su uso para caracterizar el desgaste de poliuretano de revestimiento interior de tuberías, y con ello dar un paso más hacia la optimización de los planes de mantención. Para realizar esta conexión, el autor realizó una completa revisión bibliográfica y un repaso de los principales conceptos físicos que rodean a los fenómenos térmicos; Con ello, se planteó un modelo de solución al problema de transferencia de calor, conducente a determinar los espesores remanentes de poliuretano. Este modelo presenta un gran énfasis en el estudio de la convección natural y en como ella influye en la caracterización del desgaste, proponiéndose dos formas de abordar el problema convectivo: utilizando una aproximación de discretización del dominio geométrico que permite utilizar correlaciones teóricas existentes, y realizando una simulación computacional. Finalmente se integran las dos formas al modelo propuesto y se comparan los resultados con mediciones empíricas, obteniéndose una metodología para caracterización del desgaste, que posee rangos definidos en los cuales es admisible utilizar correlaciones teóricas para aproximar cálculos convectivos y rangos en los cuales se propone utilizar los resultados de la simulación computacional.

No description available.

Esta tesis, consistente en una recopilación de artículos de investigación originales autocontenidos, se ocupa del estudio de los mecanismos físicos que explican algunas características de la dinámica de convección térmica con aplicación a convección penetrativa, frecuentemente observada en lagos y reservorios chilenos. Este fenómeno consiste en la aparición de un campo de flujo derivado del enfriamiento superficial de una masa de de fluido donde potencialmente puede existir una estratificación de densidad previa. Si bien este problema ha sido extensivamente estudiado empleando experimentos de pequeña escala (desde 1 mm hasta unos pocos centímetros), no es el caso para sistemas naturales de mayor tamaño, donde los flujos son comúnmente turbulentos y la dinámica asociada está además acoplada con perturbaciones espaciotemporales, incluyendo temperatura ambiente y vientos locales. El presente trabajo se ocupa de algunas de estas interrogantes, incluyendo las condiciones requeridas para la aparición de convección penetrativa bajo condiciones de borde térmicas que dependen del tiempo y suponiendo ausencia de viento. Primero, se consideró el caso más simple de un enfriamiento superficial repentino, modelado como una capa horizontal infinita, inicialmente en reposo, de fluido de Boussinesq. La siguiente fase de este estudio consistió en la elaboración de un modelo teórico simplificado, propuesto como una base para dar cuenta de la estabilidad de sistemas de pequeña escala frente a patrones de forzamiento térmico sinusoidales, buscando así un símil al efecto de enfriamiento vespertino o nocturno en lagos en los casos donde además hay turbulencia media nula antes del comienzo del flujo convectivo. Un segundo aspecto de este trabajo de tesis fue el estudio del efecto de la presencia de fuentes y sumideros térmicos cercanos. Para condiciones débiles de calentamiento y enfriamiento, se ha encontrado que el estudio de esta configuración es equivalente al estudio de la interacción entre plumas térmicas y corrientes de densidad en régimen laminar. Se ha perseguido los objetivos mencionados empleando una combinación de métodos, incluyendo simulaciones numéricas, técnicas analíticas de perturbación para el estudio de la estabilidad de los sistemas referidos modelados a través de las ecuaciones de Navier-Stokes y energía, además de la realización de experimentos. En este último caso, se propone una técnica de medición simultánea de los campos vectoriales de velocidad (usando PIV) y gradiente de densidad (usando schlieren sintético). La naturaleza inherentemente delicada de los experimentos llevados a cabo hizo necesario el desarrollo de sistemas de control ad-hoc. Como resultado de estas actividades, ha sido posible vincular las propiedades del fluido con parámetros adimensionales (incluyendo los números de Prandtl y Rayleigh), para dar cuenta de los tiempos de inicio de convección y frecuencia de forzamiento térmico en la superficie (entre otros). Del estudio de inhomogeneidades espaciotemporales, se encontró que las plumas térmicas bidimensionales laminares pueden sobrevivir el impacto con una corriente de gravedad modificando, sin embargo, su posición original.

Ingeniero Civil Mecánico / El sistema muro Trombe se compone de un canal de colección -con un vidrio para colección de radiación solar-, un muro acumulador de calor con rendijas en sus partes superior e inferior, y un espacio habitable. El aire se calienta por contacto con el muro, que constituye la fuente térmica, y recircula entre el colector y el espacio habitable. En esta memoria se desarrolla un modelo bidimensional transiente del sistema muro Trombe, con dimensiones cercanas a las de una realización real de este concepto, considerando como fenómenos principales la acumulación térmica del muro y el efecto del empuje térmico. Para realizar el modelo se eligió el software Comsol 3:5a, un software multi-físico presente en los computadores del departamento. Para plantear los modelos, se adquirió un computador especial, dados los exigentes requisitos de las simulaciones, en cuanto a memoria se re ere. Con el propósito de obtener familiarización con Comsol y además, para estudiar el comportamiento de las variables involucradas, se desarrolló inicialmente un modelo a escala reducida. El aire se consideró como gas ideal y el movimiento de éste vendría dado por una fuerza de empuje. El muro, de ladrillo, tiene aplicado un flujo de calor constante de 500 [W/m2] en la cara que da hacia el canal de colección. Para evitar colapsos del sistema computacional, se fue guardando archivos con intervalos de 10.800 [s]. Para validar el modelo se estudió el alcance del régimen permanente, un balance de calor, la eliminación de las pérdidas por radiación y un re namiento de la malla. Los resultados del ensayo fueron satisfactorios, pues claramente se cumple el ciclo de circulación del aire, se alcanzó el régimen permanente y se determinó que el aporte de la radiación fue nulo, por lo cual se decidió simpli car el modelo. En el modelo a escala real, se usaron las dimensiones habituales en la construcción de viviendas. Los parámetros y condiciones de borde fueron los mismos utilizados en el modelo pequeño, pero las simulaciones fueron realizadas en intervalos de 1.800 y 3.600 [s]. El modelo no alcanzó el régimen permanente y presentaba oscilaciones en la temperatura desde los 12.500 [s] aproximadamente. Al re nar la malla, los resultados mejoraron. Antes de analizar los resultados se decidió estudiar 2 nuevos modelos con un flujo de calor constante de 250 [W/m2] con y sin rendijas -en este último el muro tiene un alto equivalente al del espacio habitable-. En simulaciones de varias horas de tiempo real se obtuvieron las tasas de circulación a través de las rendijas, las pérdidas a través de los vidrios y el aporte de la transferencia de calor por convección y conducción al espacio habitable, todas ellas en función del tiempo. La transferencia de calor al espacio habitable se realiza principalmente por conducción a través del muro, especialmente para tiempos largos. La circulación del aire pierde importancia gradualmente como aporte de calor a ese espacio, aunque es un medio efectivo de control de pérdidas de calor por el colector en el muro con rendijas.

El problema que se tiene en la industria maderera es la cantidad de agua que contiene la madera. Si el agua no es quitada, la madera no puede ser usada para producir un producto terminado de buena calidad. Madera apropiadamente secada se vende por un precio más alto y es mucho más fácil para trabajar que la madera que no ha sido secada. Cuando la madera es secada correctamente mecaniza mejor, pega mejor, y tiene mejor acabado. El secado también mejora la resistencia de la madera, mata infestaciones, Endurece la savia de la madera, preserva el color, reduce el peso y controla el encogimiento. Madera que no está seca bajo condiciones controladas es susceptible a fisuras, manchado, y otras degradaciones que rebajan su precio de venta y su viabilidad de ser trabajada. 4. Objetivos 4.1 Objetivos General Diseñar e implementar un sistema de automatización y control del secado de madera para el mercado nacional. 4.2 Objetivos Específicos Seleccionar los equipos y componentes necesarios para la implementación del sistema de automatización y control para la cámara de secado. Definir el mejor y más económico método, para proporcionar el calor a la madera dentro del horno. Calcular los costos para la construcción de la cámara de secado. 5. Antecedentes 5.1 Nigos Elektronik 1990. La compañía NIGOS ELEKTRONIK de Rusia fue fundada en 1990, produciendo equipos de medición y control para cámaras de secado. En 1995 comenzó a producir cámaras de secado para maderas de diferente capacidad desde los 1000pies hasta 20000 pies de madera. 5.2 UPC Sistema de secado de madera 2004. El sistema de secado de madera desarrollado, está basado en un micro controlador PIC, el cual controla la temperatura y la humedad relativa, teniendo como energía principal una resistencia eléctrica. El sistema fue desarrollado por dos alumnos de la UPC para capacidad de 4000pies, considerando un sistema de secado antieconómico para la industria maderera. 6. Resultados Se logró tener resultados óptimos para madera blanda, semi-blanda y dura, libres de tensiones con parámetros diferentes para cada especie y espesor de la madera, obtenido respuestas que me permite hacer un buen acabado con la madera. En las prueba se obtuvo un excelente secado de la madera hasta 12% de humedad ,libres de alabeos, libres de tensiones ,debido a que se trabajó con gradiente de secado de madera bajo . 7. Conclusiones Se logró proyectar una cámara de secado con una capacidad de 1167 pies, en donde se controlaron variables como temperatura y humedad relativa del interior de la cámara de secado. Los equipos necesarios para el funcionamiento de la cámara de secado fueron seleccionados especialmente para poder soportar las condiciones de humedad y temperatura en el interior. En este trabajo se cumplierón todos los objetivos propuestos. Se proyectó una cámara permitiendo abaratar los costos contra las cámaras de secado importados utilizando equipos nacionales con diseño hardware y software nacional.

No description available.

Dans un contexte d'adaptabilité ciblée, l'erreur commise sur une quantité d'intérêt peut être représentée grâce aux erreurs globales des problèmes direct et adjoint. Cette représentation de l'erreur est majorée par la somme des indicateurs d'erreurs élémentaires. Ces derniers sont alors utilisés pour produire des raffinements de maillage optimaux. Dans ces travaux, nous proposons de représenter l’erreur du problème adjoint via un opérateur alternatif. L’avantage principal de notre approche est que lorsque l'on choisit correctement l'opérateur alternatif, la majoration correspondante de l'erreur à la quantité d'intérêt devient plus précise, pour autant l'adaptabilité issue de l'utilisation de ces nouveaux indicateurs s'en trouve améliorée. Ces représentations peuvent être employées pour concevoir des algorithmes adaptatifs en espace (h), en ordre d’approximation (p) ou les deux (hp), basés sur la norme d’énergie ou bien ciblés sur une quantité d'intérêt. Bien que la méthode puisse être appliquée à une large gamme de problèmes, nous nous concentrons tout d’abord sur des problèmes unidimensionnels (1D), comme le problème d’Helmholtz et le problème de convection-diffusion stationnaire à convection dominante. Les résultats numériques en 1D montrent que, pour les problèmes de propagation d'ondes, les avantages de notre méthode sont notoires lorsque l'on considère l'opérateur de Laplace pour la représentation de l'erreur. Plus précisément, les majorations issues de la nouvelle représentation sont plus précises que celles provenant de la méthode classique et ce si l'on considère l'énergie globale ou bien une quantité d'intérêt particulière. Le phénomène est d’autant plus notable lorsque l'erreur de dispersion (pollution) est significative. Le problème 1D de convection-diffusion stationnaire à convection dominante avec des conditions limites de Dirichlet homogènes présente une couche limite qui produit une perte de stabilité numérique. La nouvelle représentation d'erreur délivre des majorations plus précises. Lorsqu’appliquée à une p-adaptabilité ciblée, la représentation d'erreur alternative permet une capture plus efficace la couche limite, malgré les oscillations numériques parasites existantes. Devant ces résultats encourageants, nous nous penchons sur l'équation d'Helmholtz à deux et trois dimensions (2D et 3D). Nous montrons, au travers de multiples simulations numériques, que les majorations fournies par les représentations d'erreur alternatives sont plus précises que celle de la représentation classique. Lorsque l'on utilise les indicateurs d'erreur alternatifs, un processus naïf de p-adaptabilité ciblée converge, tandis que dans les mêmes conditions, la méthode classique échoue et requiert l'utilisation d'un opérateur de projection ou d'autre techniques pour récupérer la convergence. Dans ce travail, nous fournissons également des directives pour déterminer les opérateurs qui fournissent des représentations d’erreur induisant de majorations précises. Des résultats similaires sont aussi établis tant pour un problème 2D de convection-diffusion stationnaire à convection dominante que pour des problèmes 2D ayant des coefficients de matériaux discontinus. Nous considérons un problème de diagraphie ultra-sonique en cours de forage pour illustrer l'applicabilité de la méthode proposée. / In Goal-Oriented Adaptivity (GOA), the error in a Quantity of Interest (QoI) is represented using global error functions of the direct and adjoint problems. This error representation is subsequently bounded above by element-wise error indicators that are used to drive optimal refinements. In this work, we propose to replace, in the error representation, the adjoint problem by an alternative operator. The main advantage of the proposed approach is that, when judiciously selecting such alternative operator, the corresponding upper bound of the error representation becomes sharper, leading to a more efficient GOA. These representations can be employed to design novel h, p, and hp energy-norm and goal-oriented adaptive algorithms. While the method can be applied to a variety of problems, in this Dissertation we first focus on one-dimensional (1D) problems, including Helmholtz and steady state convection-dominated diffusion problems. Numerical results in 1D show that for the Helmholtz problem, it is advantageous to select the Laplace operator for the alternative error representation. Specifically, the upper bounds of the new error representation are sharper than the classical ones used in both energy-norm and goal-oriented adaptive methods, especially when the dispersion (pollution) error is significant. The 1D steady state convection-dominated diffusion problem with homogeneous Dirichlet boundary conditions exhibits a boundary layer that produces a loss of numerical stability. The new error representation based on the Laplace operator delivers sharper error upper bounds. When applied to a p-GOA, the alternative error representation captures earlier the boundary layer, despite the existing spurious numerical oscillations. We then focus on the two- and three-dimensional (2D and 3D) Helmholtz equation. We show via extensive numerical experimentation that the upper bounds provided by the alternative error representations are sharper than the classical ones. When using the alternative error indicators, a naive p-adaptive process converges, whereas under the same conditions, the classical method fails and requires the use of the so-called Projection Based Interpolation (PBI) operator or some other technique to regain convergence. We also provide guidelines for finding operators delivering sharp error representation upper bounds. / En un contexto de adaptatividad orientada a un objetivo, el error en una cantidad de interés está representado a través de los errores globales de los problemas directo y adjunto. Esta representación del error se acota superiormente por una suma de indicadores de error de cada elemento. Estos se utilizan para producir refinamientos óptimos. En este trabajo, proponemos representar el error del problema adjunto utilizando un operador alternativo. La principal ventaja de nuestro enfoque es que cuando se elige correctamente dicho operador alternativo, la correspondiente cota superior se vuelve más cercana al error en la cantidad de interés, lo que permite una adaptatividad más eficiente. Estas representaciones pueden ser utilizadas para diseñar algoritmos adaptativos en h, p o hp, basados en la norma de la energía o para aproximar una cantidad de interés específica. Aunque el método propuesto se puede aplicar a una amplia gama de problemas, en esta tesis doctoral nos centramos primero en problemas unidimensionales (1D), tales como el problema de Helmholtz y el problema estacionario de convección-difusión con convección dominante. Los resultados numéricos en 1D muestran que, para los problemas de propagación de ondas, las ventajas de este método son notorias cuando se considera el operador de Laplace para la representación del error. Específicamente, las cotas superiores derivadas de la nueva representación son más cercanas a la cantidad de interés que las del método convencional. Esto es cierto tanto para la norma de la energía global como para una cantidad de interés particular, especialmente cuando el error de dispersión es significativo. El problema estacionario 1D de convección-difusión con convección dominante y con condiciones de Dirichlet homogéneas tiene una capa límite que produce una pérdida de estabilidad numérica. La nueva representación del error proporciona cotas superiores más cercanas a la cantidad de interés. Cuando se aplica a un algoritmo adaptativo en p orientado a un objetivo, la representación alternativa del error captura antes la capa límite, a pesar de las existentes oscilaciones numéricas no físicas. En esta tesis doctoral, también nos centramos en la ecuación de Helmholtz en dos y tres dimensiones (2D y 3D). Mostramos a través de múltiples experimentos numéricos que las cotas superiores proporcionadas por las representaciones alternativas del error son más cercanas a la cantidad de interés que cuando uno considera la representación clásica. Al utilizar los indicadores alternativos del error, un algoritmo adaptativo en p sencillo converge, mientras que en las mismas condiciones, el método convencional falla y requiere el uso de operadores de proyección o de otras técnicas para recuperar la convergencia. En este trabajo, también determinamos operadores que proporcionan representaciones del error que inducen cotas superiores más ajustadas. Establecemos resultados similares tanto para el problema estacionario de convección-difusión con convección dominante en 2D como para problemas 2D con materiales discontinuos. Finalmente, se considera un problema sónico en pozos petrolíferos para ilustrar la aplicabilidad del método propuesto.

La finalidad de esta tesis es la obtención de las distribuciones de velocidades, presiones y temperaturas en la convección forzada de flujos compresibles en situaciones bidimensionales y de estabilización. Es a partir de estos valores que se determina la fricción y la transferencia de calor entre el fluido y el contorno o canalización.La tesis consta de cinco capítulos. En el primero, de carácter introductorio, se plantea la problemática de resolución de las ecuaciones que describen el comportamiento del flujo. Se analizan dos niveles de modelización. De una parte, y en base al concepto de capa límite introducido por L. Prandtl, se divide el dominio por el que circula el flujo en dos zonas: unas delgadas regiones próximas a los contornos sólidos en los que la fricción y la transferencia de calor son factores condicionantes, y el resto del dominio en el que el flujo puede considerarse como no viscoso, pudiéndose despreciar los efectos de la fricción y de la transferencia de calor. En el segundo nivel de modelización se plantea la resolución directa de las ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento y energía en todo el dominio.Los capítulos segundo, tercero y cuarto están dedicados al primer nivel de modelización indicado. En el segundo capítulo se resuelve el flujo potencial compresible en base a la discretización del dominio mediante la generación de mallas adaptables a los contornos. Se analizan diferentes criterios de discretización de las ecuaciones siendo los resultados numéricos obtenidos contrastados entre si y con los que se derivan del empleo de mallas de discretización rectangulares. El tercer capítulo trata de la resolución de las capas límites hidrodinámicas y térmicas mediante la integración numérica de la ecuaciones de conservación. Para el análisis de las capas límite turbulentas se ha utilizado los conceptos de viscosidad turbulenta y conductividad térmica turbulenta, empleándose expresiones semiempíricas en la descripción de dichas cantidades. Se estudian diversas situaciones contrastándose los resultados numéricos obtenidos con los que se derivan de estudios experimentales presentados por distintos autores. En el cuarto capítulo se efectúa la resolución conjunta de la zona potencial y de las capas límite en el marco de un algoritmo global de resolución. A modo ilustrativo se ha realizado el estudio del flujo de aire en una tobera o canalización convergente, analizándose aspectos tales como la compresibilidad del flujo y la transferencia de calor entre el fluido y los contornos sólidos limitantes. Los resultados que se derivan de la resolución numérica, supuestos los contornos adiabáticos, son contratados con los obtenidos experimentalmente en esta tesis y en una unidad de soplado del laboratorio. En el quinto y último capítulo se aborda el segundo nivel de modelización arriba indicado, si bien la atención se centra en ecuaciones genéricas del tipo convección-difusión. Así, partiendo de una distribución de velocidades conocida, se realiza la resolución de dicha ecuación en base a la generación de sistemas ortogonales de coordenadas curvilíneas coincidentes con las propias líneas de corriente del flujo. La precisión y zonas de aplicación del método numérico son puestas de manifiesto en situaciones singulares de solución analítica conocida. Los resultados obtenidos son satisfactorios en un amplio rango de números de Peclet, y claramente superiores a los que se derivan del empleo de mallas de discretización rectangulares. / The purpose of this thesis is to obtain velocity, pressure and temperature distributions in compressible flows under steady-state conditions.The thesis has five chapters. The first one introduces the mathematical formulation and two main strategies to solve the governing equations. The first one is based on a zonal model, which solved in a coupled manner the Euler and the boundary layer equations. The second level is based on the resolution of the Navier-Stokes equations in the whole domain.The next three chapters are devoted to the first level of modelization mentioned above. The second chapter solves the Euler equations of the inviscid flow based on the discretization of the domain by means of body-fitted meshes. Numerical solutions are also carefully verificated based on grid refinement techniques. Several numerical criteria for the discretization of the equations are presented and contrasted. The third chapter deals with the numerical integration of the hydrodynamic and thermal boundary layer equations using algebraic turbulence models extended to compressible flows. A study of the different parameters which influence on flow is presented.In the fourth chapter, a coupled procedure of the two zones (inviscid zone and boundary layers) is proposed within the framework of a global algorithm. By way of illustration the study of the compressible flow in a converging channel is carried out. Different aspects related to the compressibility of the flow and the heat transfers exchanged with the solid boundaries are studied. The mathematical model is validated against experimental results obtained in a specially designed set-up.In the fifth and final chapter, the second level of modelization is presented but only the part which refers to generic convection-diffusion equations. Thus, starting from a known velocity distribution, an analysis of different standard numerical schemes is performed together with a proposal of a new scheme to reduce the numerical false diffusion effects.