https://hdl.handle.net/20.500.12753/85 2026-04-20T11:42:28Z 2026-04-20T11:42:28Z Montes Ballinas, José Alejandro https://hdl.handle.net/20.500.12753/6559 2026-03-25T06:30:23Z 2026-03-20T00:00:00Z

Producción de entropía mínima en un flujo MHD de un nanofluido híbrido por un canal inclinado: efectos de generación interna de calor, movimiento browniano y termoforesis Montes Ballinas, José Alejandro Esta tesis tuvo como objetivo desarrollar un modelo matemático para analizar y optimizar el comportamiento térmico de un flujo magnetohidrodinámico de un nanofluido híbrido en un canal inclinado y poroso, mediante la minimización de la producción de entropía. En el modelo se consideraron efectos como el deslizamiento en las paredes, la generación interna de calor, la radiación térmica no lineal, el medio poroso, el movimiento browniano, la termoforesis, el esfuerzo acoplado, la disipación viscosa y óhmica, así como la succión e inyección en las placas bajo un régimen Darcy-Forchheimer. Para ello, se formularon las ecuaciones adimensionales de balance de momento, energía y concentración de masa, junto con sus condiciones de frontera, incorporando las propiedades termofísicas del nanofluido híbrido Al2O3-Cu/agua. El sistema de ecuaciones diferenciales no lineales resultante se resolvió numéricamente mediante el método de Runge-Kutta de cuarto orden combinado con la técnica de disparo. A partir de esta solución se analizaron los perfiles de velocidad, temperatura y concentración, así como la generación de entropía, el coeficiente de fricción y los números de Nusselt y Sherwood. Los resultados mostraron que diversos parámetros físicos influyen de manera importante en el comportamiento dinámico, térmico y difusivo del sistema, permitiendo identificar condiciones de operación favorables para reducir la entropía y mejorar la transferencia de calor y masa. En conjunto, el estudio aporta un modelo integral para comprender y optimizar el desempeño termo-hidrodinámico y entrópico de flujos MHD de nanofluidos híbridos en canales porosos inclinados.

2026-03-20T00:00:00Z Nangularí Rodríguez, Carlos Alberto https://hdl.handle.net/20.500.12753/6558 2026-03-25T06:30:22Z 2026-03-23T00:00:00Z

Modelación matemática y análisis exergético de un colector solar de placa plana para el calentamiento de un nanofluido Nangularí Rodríguez, Carlos Alberto Los colectores solares de placa plana presentan limitaciones en su rendimiento térmico, por lo que resulta necesario mejorar su eficiencia. El objetivo en este trabajo fue encontrar las condiciones de operación con las mínimas perdidas de energía útil mediante la selección de parámetros óptimos de diseño. Para ello, se desarrolló un modelo matemático no estacionario basado en seis ecuaciones diferenciales acopladas, obtenidas a partir de los balances de energía de seis componentes del colector. Las ecuaciones se resolvieron numéricamente mediante el método de Runge-Kutta-Fehlberg, implementado en un código iterativo en MATLAB. El colector solar se dividió en elementos de volumen diferencial de longitud ∆x y se determinó el tamaño de paso de tiempo óptimo en cada paso de integración. Los resultados numéricos fueron validados con datos experimentales reportados en literaturas anteriores, obteniéndose una concordancia adecuada con errores menores al 4 %. El análisis mostró que el uso de nanofluidos incrementa significativamente la eficiencia exergética del sistema, alcanzando mejoras de hasta 4 veces en comparación con el uso de agua convencional. Asimismo, se observó que la eficiencia exergética aumenta hasta 4.1 veces al reducir el espesor de la placa absorbedora de 0.002 m a 0.0005 m, y hasta 3 veces al incrementar el espesor del marco lateral de 0.015 m a 0.030 m. Además, se definieron tres modelos con diferentes combinaciones de parámetros geométricos y materiales, con el fin de evaluar su impacto en el desempeño del colector. Se encontró que el Modelo III presenta el mejor comportamiento, incrementando la eficiencia exergética máxima en aproximadamente 5 % y 1 % en comparación con los Modelos I y II, respectivamente, alcanzando un valor máximo cercano al 7 % en el intervalo de 11 a 13 horas. Finalmente, se determinaron las configuraciones óptimas de los parámetros geométricos y de los materiales que permiten maximizar la ganancia de exergía y minimizar la generación de entropía, contribuyendo al diseño de colectores solares más eficientes. Flat-plate solar collectors have limitations in their thermal performance, making it necessary to improve their efficiency. The objective of this work was to find the operating conditions with the minimum losses of useful energy by selecting optimal design parameters. To this end, a non-stationary mathematical model was developed based on six coupled differential equations, obtained from the energy balances of six collector components. The equations were solved numerically using the Runge-Kutta-Fehlberg method, implemented in an iterative code in MATLAB. The solar collector was divided into differential volume elements of length ∆x, and the optimal time step size was calculated for each integration step. The numerical results were validated with experimental data reported in previous literature, obtaining good agreement with errors of less than 4%. The analysis showed that the use of nanofluids significantly increases the exergy efficiency of the system, achieving improvements of up to four times compared to the use of conventional water. Furthermore, it was observed that exergy efficiency increases up to 4.1 times when the thickness of the absorber plate is reduced from 0.002 m to 0.0005 m, and up to 3 times when the thickness of the side frame is increased from 0.015 m to 0.030 m. Additionally, three models with different combinations of geometric and material parameters were defined to evaluate their impact on collector performance. Model III was found to exhibit the best performance, increasing the maximum exergy efficiency by approximately 5% and 1% compared to Models I and II, respectively, reaching a maximum value close to 7% in the 11- to 13-hour interval. Finally, the optimal settings for the geometric and material parameters were determined to maximize exergy gain and minimize entropy generation, contributing to the design of more efficient solar collectors.

2026-03-23T00:00:00Z Nuñez Barrionuevo, Luis Armando https://hdl.handle.net/20.500.12753/6537 2026-03-19T06:30:23Z 2026-03-16T00:00:00Z

Desarrollo y evaluación experimental de un sistema modular de secado indirecto mediante aprovechamiento de calor residual en estufas ecológicas Nuñez Barrionuevo, Luis Armando El objetivo general de esta investigación fue desarrollar y evaluar un sistema modular de secado indirecto acoplado a la chimenea de una cámara de combustión de biomasa para el aprovechamiento de calor residual. La caracterización térmica del conducto determinó un gradiente térmico de 57.2 °C (77.3 °C en la base y 20.1 °C en la salida), confirmando la viabilidad de recuperación energética. Se diseñó y construyó un prototipo de lámina galvanizada que opera por convección natural, logrando temperaturas de 36 °C con carga y hasta 65 °C en vacío. Para la validación experimental, se empleó una muestra patrón con una masa inicial de 2.535 g, la cual alcanzó un peso final de 1.075 g tras un tiempo total de 6 horas y 12 minutos. El proceso permitió reducir la humedad desde un 75 % (Cayo-Colca et al. 2021) hasta un 30 % en base húmeda, registrando una velocidad de remoción de agua de 0.414 g/h durante el periodo constante. Finalmente, el análisis del tiro térmico validó que la integración de la cámara modular no obstruye la evacuación de gases ni compromete la seguridad de la estufa, consolidando el prototipo como una tecnología de bajo costo y fácil implementación para la conservación de alimentos en contextos rurales. The overall objective of this research was to develop and evaluate a modular indirect drying system coupled to the chimney of a biomass combustion chamber for the utilization of waste heat. Thermal characterization of the duct determined a thermal gradient of 57.2 °C (77.3 °C at the base and 20.1 °C at the outlet), confirming the feasibility of energy recovery. A prototype made of galvanized sheet metal was designed and built, operating by natural convection and achieving temperatures of 36 °C under load and up to 65 °C under no-load conditions. For experimental validation, a standard sample with an initial mass of 2.535 g was used, which reached a final weight of 1.075 g after a total drying time of 6 hours and 12 minutes. The process reduced moisture content from 75% (Cayo-Colca et al. 2021) to 30% on a wet basis, registering a water removal rate of 0.414 g/h during the constant period. Finally, the thermal draft analysis validated that the integration of the modular chamber does not obstruct the evacuation of gases or compromise the safety of the stove, consolidating the prototype as a low-cost and easy-to-implement technology for food preservation in rural contexts.

2026-03-16T00:00:00Z Santiago Salazar, Didier https://hdl.handle.net/20.500.12753/6509 2026-03-04T06:30:25Z 2026-02-26T00:00:00Z

Estudio de la reacción Fischer- Tropsch a baja presión para la producción de hidrocarburos líquidos utilizando una mezcla de gas de síntesis rica en CO2 Santiago Salazar, Didier La síntesis Fischer–Tropsch (FT) es un proceso clave para la conversión de gas de síntesis (CO y H₂) en hidrocarburos sintéticos, utilizando fuentes como carbón, gas natural y biomasa. Este estudio investiga la actividad catalítica de catalizadores basados en Fe y Co soportados en SBA-15 y γ-Al₂O₃, empleando una mezcla de CO/CO₂ e H₂ como alimentación. Los soportes se caracterizaron mediante difracción de rayos X (XRD), adsorción de gases (BET), fluorescencia de rayos X (WD-XRF), reducción programada en temperatura (H₂-TPR), dispersión de luz dinámica (DLS) y espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier (F-TIR). La impregnación de la fase metálica Fe y Co se realizó por el método de impregnación húmeda incipiente y los catalizadores se activaron a una temperatura de 600 ºC con un flujo de 35 ml/min de H₂ y 50 ml/min de N2 como gas de arrastre. La reacción FT se llevó a cabo durante 120 minutos a una temperatura de 240 °C para los catalizadores de Co y 270 °C para los catalizadores de Fe, ambos con un flujo de H₂ de 26 ml/min, un flujo de mezcla de aire/CO/CO₂ de 40 ml/min y una presión de 110 psig. Los productos gaseosos y líquidos obtenidos se analizaron en tiempo real mediante FTIR y cromatografía de gases. Los resultados mostraron que los soportes SBA-15 ofrecen una mayor área superficial y volumen de poro, mejorando la dispersión metálica y potencialmente la actividad catalítica. Los catalizadores con Co mostraron una conversión de CO significativamente mayor (65-99%) y más estable en comparación con los de Fe, produciendo un hidrocarburo líquido con enlaces C-H y C=C. Asimismo, la conversión de CO₂ fue alta y estable en todos los catalizadores. Los soportes de SBA-15 favorecieron la formación de ciertos tipos de hidrocarburos frente a γ-Al₂O₃, destacando la influencia del soporte y el metal activo en la selectividad y el rendimiento del proceso FT. Fischer–Tropsch Synthesis (FT) is a key process for converting syngas (CO and H₂) into synthetic hydrocarbons using sources such as coal, natural gas, and biomass. This study investigates the catalytic activity of Fe- and Co-based catalysts supported on SBA-15 and γ-Al₂O₃, using a CO/CO₂ and H₂ mixture as feedstock. The supports were characterized by X ray diffraction (XRD), gas adsorption (BET), X-ray fluorescence (WD-XRF), temperature-programmed reduction (H₂-TPR), dynamic light scattering (DLS), and infrared spectroscopy (F-TIR). The Fe and Co metallic phases were impregnated using the incipient wetness impregnation method, and the catalysts were activated at 600 °C with a flow of 35 ml/min H₂ and 50 ml/min N₂ as the carrier gas. The FT reaction was conducted for 120 minutes at a temperature of 240 °C for Co catalysts and 270 °C for Fe catalysts, both with an H₂ flow of 26 ml/min, an air/CO/CO₂ mixture flow of 40 ml/min, and a pressure of 110 psig. The gaseous and liquid products obtained were analyzed in real-time using F-TIR and gas chromatography. The results showed that SBA-15 supports provide a larger surface area and pore volume, improving metal dispersion and potentially enhancing catalytic activity. Co catalysts exhibited significantly higher (65–99%) and more stable CO conversion compared to Fe catalysts, producing a liquid hydrocarbon with C-H and C=C bonds. Additionally, CO₂ conversion was high and stable across all catalysts. SBA-15 supports favored the formation of certain types of hydrocarbons over γ-Al₂O₃, highlighting the influence of the support and active metal on selectivity and performance in the FT process.

2026-02-26T00:00:00Z