En los últimos años ha aparecido una demanda de equipos de refrigeración por absorción de pequeña potencia con accionamiento térmico a baja temperatura, fundamentalmente por las posibilidades de aprovechar energía solar térmica. Los equipos de absorción de amoniaco/agua se postulan como una alternativa a los sistemas típicos de acondicionamiento de aire con energía solar (sean de adsorción, o de absorción con agua bromuro de litio), debido a que son adecuados para un equipo de pequeña potencia por sus grandes posibilidades de reducción de su tamaño. Además estos sistemas pueden operar sin torres de refrigeración, lo que es adecuado en un equipo de pequeña potencia.El centro de innovación tecnológica CREVER, con la colaboración de la Universidad de Vigo, propuso un proyecto de investigación titulado "Desarrollo de componentes avanzados para el diseño y fabricación de máquinas de refrigeración por absorción con NH3-H2O de pequeña potencia y activación térmica a baja temperatura". Este proyecto se centró en el desarrollo de modelos de cálculo de los tres equipos que se identificaron como críticos en su diseño: absorbedor, generador y rectificador. En el desarrollo de este proyecto se identificaron los intercambiadores de placas como la solución adecuada para reducir al máximo el tamaño del absorbedor y el generador, reducir la carga de los equipos, y aprovechar al máximo las temperaturas de las fuentes de energía.Esta tesis se ha realizado en el marco de dicho proyecto y tiene como principal objetivo el estudio experimental del proceso de ebullición forzada de la mezcla amoniaco/agua en un canal de un intercambiador de placas. La experimentación se ha realizado en las condiciones de operación de un generador de un equipo de absorción de amoniaco/agua y se ha estudiado el efecto en los coeficientes de transferencia de calor del flujo másico en el intercambiador, flujo de calor, presión y concentración de la mezcla. Las condiciones de los ensayos experimentales han variado desde 0.33 hasta 0.65 en fracción másica de amoniaco, siendo la generación máxima de vapor del un 30%. El intervalo de presiones es desde 7 hasta 15 bar, los flujos de calor entre 20 kW/m2 hasta 70 kW/m2 y los flujos másicos desde 50 a 170 kg/m2s.Los datos experimentales obtenidos muestran un predominio de la ebullición convectiva frente a los fenómenos de nucleación. El factor de aumento de la ebullición convectiva es inferior a la obtenida en tubos, reflejando que el efecto de la corrugación es más importante en flujo en simple fase que en ebullición. Se han apreciado fenómenos de aparente nucleación en los experimentos, pero en esta zona el coeficiente de transferencia de calor depende del flujo másico. La influencia de la presión y la concentración de la mezcla en los coeficientes de ebullición en los rangos estudiados, son despreciables frente a los efectos del flujo másico y el flujo de calor.Los datos experimentales obtenidos en el intercambiador de placas se han comparado con las correlaciones propuestas en la bibliografía para su aplicación a intercambiadores de placas. A partir de las conclusiones obtenidas en este análisis se ha propuesto una correlación para el cálculo del coeficiente de ebullición forzada de la mezcla amoniaco/agua en el intercambiador de placas ensayado. Esta correlación predice el 95 % de los datos experimentales con un 20 % de error. / In the last years, a demand of small power cooling refrigeration equipment driven by thermal low temperature has appeared, pushed by the possibilities of taking advantage of thermal solar energy or waste heat. The ammonia/water absorption technology is postulated as an alternative to the typical air conditioning systems driven solar energy (like adsorption with silica-gel, or absorption with water lithium bromide). This is because they can be adapted for a small power equipment, due to it's great possibilities of size reduction, and does not need cooling towers to operate.The centre of technological innovation CREVER, with the collaboration of the University of Vigo, proposed an investigation project titled "Development of advanced components for the design and manufacture of small power refrigeration cooling machines working with the NH3-H2O pair and driven by low temperature sources". This project was focused in the development of tools for the three devices identified as critical in its design: absorber, desorber and the distillation column. In the development of this project the plate heat exchangers were identified as a suitable solution because they can reduce the load of refrigerant, and can work with low temperature gradients.This thesis has been made within the framework of this project and has as its main objective an experimental study of the process of boiling ammonia/water mixture in a channel of a plate heat exchanger. This study was made in the conditions of operation of a desorber of an ammonia/water absorption machine, showing the effect in the heat transfer boiling coefficients of the mass flux, heat flux, pressure and concentration of the mixture. The conditions of the experimental tests have varied from 0.33 to 0.65 of the ammonia mass fraction, being 30% the maximum generation of vapor quality. The interval range of pressures are from 7 to 15 bar, the heat flux between 20 kW/m2 to 70 kW/m2 and mass flux from 50 to 170 kg/m2s. The obtained experimental data has shown that convective boiling predominates than the nucleation phenomena. The observed convective enhancement factor was less than the obtained in tubes, reflecting that the effect of the corrugation is more important in single phase than in two phase flow. Apparent nucleation in the experiments has been observed, but in this zone the coefficient heat transfer depends on the mass flux. The influence of pressure and concentration of the mixture in the studied ranks, are negligible compared with the effects of the mass and heat flux.The experimental data obtained was compared with the correlations proposed in the literature to calculate the boiling heat transfer coefficient in plate heat exchangers. This analysis was used to propose a correlation that can predict 95 % of data within a 20% of error.

[EN] Abstract The current pressure to reduce CO2 emissions from reciprocating internal combustion engines has led to the exploration of all possible ways to reduce fuel consumption. One of these pathways, especially relevant given the current trend of engine downsizing, is based on the correct engine thermal management, understood as a global approach to existing thermal fluxes and oriented to their maximum exploitation without penalizing the reliability and durability of the engine. In this context, it is imperative to achieve deeper understanding of the basic phenomena which determine the heat transfer process between the engine and the cooling fluid. One aspect in which knowledge is especially scarce is the role of heat transfer with phase change, which is twofold: firstly, its uncontrolled appearance may cause catastrophic engine damage while, on the other hand, this mechanism has potentially exploitable advantages, especially for cooling the head, if it can be properly controlled. This second aspect is particularly relevant in the context of advanced cooling strategies. The research has focused on this mechanism and its main objectives are the development of experimental and numerical techniques to evaluate and predict the heat flows in the cylinder head in the presence of evaporative flow, with a view to their future use in obtaining optimal cooling solutions. To this end, a thorough review of the application to engines of evaporative heat transfer was conducted, that has been supplemented with numerous contributions from other technology fields in which its study is more advanced. The first phase of the work has focused on a simplified experimental setup, which has provided controlled information under conditions similar to the actual ones on heat fluxes at low speeds and bubbles sizes, a feature especially important for advanced concepts involving locally narrow galleries. Also, in this first phase the behaviour of different numerical models available for the calculation of flow and heat transfer in the presence of evaporation was analyzed, taking advantage of the geometric simplicity of the problem and the experimental data available to focus on the evaluation and calibration of the heat transfer models. In the second stage of the work, the acquired knowledge was applied to the study of an actual cylinder head geometry, performing an overall conjugate heat transfer computation for the solid parts and the coolant, with promising results in view of the future use of computational techniques for the proper design of cooling galleries. / [ES] Resumen La presión actual para reducir cada vez más las emisiones de CO2 de los motores de combustión interna alternativos ha conducido a que se estén explorando todas las posibles vías de reducción del consumo de combustible. Una de estas vías, especialmente relevante dada la actual tendencia a la reducción del tamaño de los motores (downsizing) se basa en la correcta gestión térmica del motor, entendida como una aproximación global a los flujos térmicos existentes y orientada a su máximo aprovechamiento, sin penalizar la fiabilidad y durabilidad del motor. En este contexto, es imperativo profundizar en el conocimiento de los fenómenos básicos que determinan los procesos de transferencia de calor entre el motor y el fluido refrigerante. Un aspecto en que el conocimiento es especialmente escaso es el papel desempeñado por la transferencia de calor con cambio de fase, que presenta dos vertientes: por una parte, su aparición incontrolada puede producir daños catastróficos en el motor mientras que, por otra parte, este mecanismo presenta ventajas potencialmente explotables, sobre todo para la refrigeración de la culata, si se puede mantener bajo control. Esta segunda vertiente cobra especial relevancia en el marco de estrategias de refrigeración avanzadas. La investigación realizada se ha centrado en este mecanismo, y sus objetivos principales han sido la puesta a punto de técnicas experimentales y numéricas que permitan evaluar y predecir los flujos térmicos en la culata en presencia de flujo evaporativo, con vistas a su futuro empleo en la obtención de soluciones de refrigeración óptimas. Con este fin, se ha realizado una revisión exhaustiva sobre la aplicación a los motores de la transferencia de calor evaporativa, que ha sido necesario complementar con numerosas aportaciones de otros campos tecnológicos en que su estudio se halla más avanzado. La primera fase del trabajo se ha centrado en una configuración experimental simplificada, que ha permitido obtener información controlada, en condiciones similares a las reales, relativa a flujos de calor a bajas velocidades y tamaño de burbujas, aspecto éste de especial importancia para conceptos avanzados que implican galerías localmente angostas. Asimismo, en esta primera fase se analizó el comportamiento de distintos modelos numéricos para el cálculo del flujo y la transferencia de calor con presencia de evaporación, aprovechando la simplicidad geométrica del problema y la información experimental disponible para centrarse en la evaluación y calibración de los modelos de transferencia de calor. En la segunda fase del trabajo, se aplicó el conocimiento adquirido al estudio de una geometría real de culata, habiéndose realizado un cálculo conjugado global de la transferencia de calor en las partes sólidas y el refrigerante, con resultados prometedores de cara al futuro uso de técnicas computacionales para el correcto diseño de las galerías de refrigeración. / [CAT] Resum La pressió actual per reduir cada vegada més les emissions de CO2 dels motors de combustió interna alternatius ha fet que s'estiguen explorant totes les possibles vies de reducció del consum de combustible. Una d'aquestes vies, especialment rellevant donada l'actual tendència a la reducció de la mida dels motors (downsizing) es basa en la correcta gestió tèrmica del motor, entesa com una aproximació global als fluxos tèrmics existents i orientada al seu màxim aprofitament, sense penalitzar la fiabilitat i durabilitat del motor. En aquest context, és imperatiu aprofundir en el coneixement dels fenòmens bàsics que determinen els processos de transferència de calor entre el motor i el fluid refrigerant. Un aspecte en què el coneixement és especialment escàs és el paper exercit per la transferència de calor amb canvi de fase, que presenta dues vessants: d'una banda, la seva aparició incontrolada pot produir danys catastròfics en el motor mentre que, d'altra banda, aquest mecanisme presenta avantatges potencialment explotables, sobretot per a la refrigeració de la culata, si es pot mantenir sota control. Aquesta segona vessant cobra especial rellevància en el marc d'estratègies de refrigeració avançades. La investigació realitzada s'ha centrat en aquest mecanisme, i els seus objectius principals han estat la posada a punt de tècniques experimentals i numèriques permetent l'avaluació i predicció dels fluxos tèrmics a la culata en presència de flux evaporatiu, amb vista al seu futur ús en l'obtenció de solucions de refrigeració òptimes. Amb aquesta finalitat, s'ha realitzat una revisió exhaustiva sobre l'aplicació als motors de la transferència de calor evaporativa, que ha estat necessari complementar amb nombroses aportacions d'altres camps tecnològics en que el seu estudi es troba més avançat. La primera fase del treball s'ha centrat en una configuració experimental simplificada, que ha permès obtenir informació controlada, en condicions similars a les reals, relativa a fluxos de calor a baixes velocitats i grandària de bombolles, aspecte aquest d'especial importància per a conceptes avançats que impliquen galeries localment estretes. Així mateix, en aquesta primera fase es va analitzar el comportament de diferents models numèrics pel càlcul del flux i la transferència de calor amb presència d'evaporació, aprofitant la simplicitat geomètrica del problema i la informació experimental disponible per centrar-se en l'avaluació i calibratge dels models de transferència de calor. A la segona fase del treball, es va aplicar el coneixement adquirit a l'estudi d'una geometria real de culata, havent-se realitzat un càlcul conjugat global de la transferència de calor a les parts sòlides i el refrigerant, amb resultats prometedors de cara al futur ús de tècniques computacionals per al correcte disseny de les galeries de refrigeració. / Cornejo Luna, O. (2015). Contribución al estudio de la transferencia de calor en flujo evaporativo en culatas de MCIA [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52694 / TESIS

[ES] La tecnología nuclear para el uso civil genera más preocupación por la seguridad que muchas otras tecnologías que se usan a diario. La Autoridad Nuclear define las bases de cómo debe realizarse la operación segura de una Central Nuclear. De acuerdo a las directrices establecidas por la Autoridad Nuclear, una Central Nuclear debe analizar una envolvente de escenarios hipotéticos y comprobar de manera determinista que los criterios de aceptación para dicho evento se cumplen. El Análisis Determinista de Seguridad utiliza herramientas de simulación que aplican la física conocida sobre el comportamiento de la Central Nuclear para evaluar la evolución de una variable de seguridad y asegurar que los límites no se sobrepasan. El desarrollo de la tecnología informática, de los métodos matemáticos y de la física que envuelve el comportamiento de una Central Nuclear han proporcionado herra-mientas de simulación potentes que son capaces de predecir el comportamiento de las variables de seguridad con una importante precisión. Esto permite analizar escenarios de manera más realista evitando asumir condiciones conservadoras que hasta la fecha compensaban la falta de conocimiento modelado en las herramientas de simulación. Las herramientas conocidas como De Mejor Estimación son capaces de analizar even-tos transitorios en diferentes escalas. Además, emplean modelos analíticos de las dife-rentes físicas más detallados, así como correlaciones experimentales más realistas y actuales. Un paso adelante en el Análisis Determinista de Seguridad pretende combinar las diferentes herramientas de Mejor Estimación que se emplean para analizar las dis-tintas físicas de una Central Nuclear, considerando incluso la interacción entre ellas y el análisis progresivo a diferentes escalas, llegando a analizar fenómenos más locales si es necesario. Para este fin, esta tesis presenta una metodología de análisis multi-físico y multi-escala que emplea diferentes códigos de simulación analizando el escenario propuesto a dife-rentes escalas, es decir, desde un nivel de planta que incluye los distintos componentes, hasta el volumen de control que supone el refrigerante pasando entre las varillas de combustible. Esta metodología permite un flujo de información que va desde el análi-sis a mayor escala hasta el de menor escala. El desarrollo de esta metodología ha sido validado con datos de planta para poder evaluar el alcance de esta metodología y pro-porcionar nuevas líneas de trabajo futuro. Además, se han añadido los resultados de los distintos procesos de validación y verificación que han surgido a lo largo de este trabajo. / [CA] La tecnologia nuclear per a l'ús civil genera més preocupació per la seguretat que moltes altres tecnologies d'ús quotidià. L'Autoritat Nuclear defineix les bases de com ha de realitzar-se l'operació segura d'una Central Nuclear. D'acord amb les directrius establertes per l'Autoritat Nuclear, una Central Nuclear ha d'analitzar una envoltant d'escenaris hipotètics I comprovar de manera determinista que els criteris d'acceptació per a l'esdeveniment seleccionat es compleixen. L'Anàlisi Determinista de Seguretat utilitza eines de simulació que apliquen la física coneguda sobre el comportament de la Central Nuclear per avaluar l'evolució d'una variable de seguretat i assegurar que els límits no es traspassen. El desenvolupament de la tecnologia informàtica, els mètodes matemàtics i de la física que envolta el comportament d'una Central Nuclear han proporcionat eines de simulació potents amb capacitat de predir el comportament de les variables de seguretat amb una precisió significativa. Això permet analitzar escenaris de manera realista evitant assumir condicions conservadores que fins al moment compensaven la mancança de coneixement. Les eines de simulació conegudes com De Millor Estimació son capaces d'analitzar esdeveniment transitoris a diferent escales. A més, utilitzen models analítics per a les diferents físiques amb més detall així com correlacions experimentals més actualitzades i realistes. Un pas més endavant en l'Anàlisi Determinista de Seguretat pretén combinar les diferents eines de Millor Estimació que se utilitzen per analitzar les distintes físiques d'una Central Nuclear, considerant inclús la interacció entre ells i l'anàlisi progressiu a diferents escales, amb la finalitat de poder analitzar fenòmens locals. Per a aquest fi, esta tesi presenta una metodologia d'anàlisi multi-física i multi-escala que utilitza diferents codis de simulació analitzant l'escenari proposat a diferents escales, és a dir, des d'un nivell de planta que inclou els distints components, fins al volum de control que suposa el refrigerant passant entre les varetes de combustible. Esta metodologia permet un flux de informació que va des de l'anàlisi d'una escala major a una menor. El desenvolupament d'aquesta metodologia ha sigut validada i verificada amb dades de planta i els resultats han sigut analitzats a fi d'avaluar la capacitat de la metodologia i les possibles línies de treball futur. A més s'han afegit els principals resultats de verificació i validació que han sorgit en les distintes etapes d'aquest treball. / [EN] The nuclear technology for civil use has generated more concerns for the safety than several other technologies applied to the daily life. The Nuclear Regulators define the basis of how the Safety Operation of Nuclear Power Plants is to be done. According to these guidelines, a Nuclear Power Plant must analyze an envelope of hypothetical events and deterministically define if the acceptance criteria for these events is met. The Deterministic Safety Analysis uses simulation tools that apply the physics known in the behavior of the Nuclear Power Plant to evaluate the evolution of a safety varia-ble and assure that the safety limits will not be exceeded. The development of the computer science, the numerical methods and the physics involved in the behavior of a Nuclear Power Plant have yield powerful simulation tools that are capable to predict the evolution of safety variables which significant accuracy. This allows to consider more realistic simulation scenarios instead of con-servative approaches in order to compensate the lack of knowledge in the applied prediction methods. The so called Best Estimate simulation tools are capable to analyze the transient events in different scales. Furthermore, they account more detailed analytical models and experimental correlations. A step forward in the Deterministic Safety Analysis intends to combine the Best Estimate simulation tools of the different physics considering the interaction among them and analyzing the different scales, considering more local approaches if necessary. For this purpose, this thesis work presents a multi-scale and multi-physics methodology that uses different physics codes and has the aim of modeling postulated scenarios in different scales, i.e. from system models representing the components of the plants to the subchannel models that analyze the behavior of the coolant between the fuel rods. This methodology allows a flow of information where the output of one scale is used as input in a more detailed scale to predict a more local analysis of parameters, such as the Critical Power Ratio, which are of great importance for the estimation of safety margins. The development of this methodology has been validated against plant data with the aim of evaluating the scope of this methodology and in order to provide future lines of development. In addition, different results of the validation and verifi-cation yielded in the development of the parts of this methodology are presented. / Hidalga García-Bermejo, P. (2020). Development and validation of a multi-scale and multi-physics methodology for the safety analysis of fast transients in Light Water Reactors [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160135 / TESIS