Yannely Carvajal Campos

Tutor: Dr. Ramón Álvaro Vargas Ortiz, Dra. Laura Guadalupe Ceballos Mendivil

Abstract

Los materiales metálicos, incluyendo las súper aleaciones, han superado su límite en las temperaturas de uso y para contrarrestar este problema es necesario el uso de materiales alternativos, como las cerámica, estas se pueden agrupar en tres grupos principales: cerámicas tradicionales, refractarias y cerámicas avanzadas o de ingeniería. Las cerámicas avanzadas generalmente poseen baja densidad, alta resistencia, alto módulo elástico, alta dureza, buena capacidad para altas temperaturas y excelente estabilidad química y ambiental. Los compuestos cerámicos de alto punto de fusión, superiores a los 3000 °C, como carburos, nitruros y boruros son la base de muchos materiales avanzados. Esta familia de materiales ha llegado a ser conocida como cerámicas de ultra alta temperatura (UHTC's). Algunos de los primeros trabajos sobre este tipo de materiales fueron realizados por la fuerza aérea en las décadas de 1960 y 1970 y desde entonces el trabajo ha continuado ocasionalmente y ha sido financiado principalmente por la NASA, la marina y la fuerza aérea. Dentro de las UHTC's, el carburo de tantalio (TaC) es un excelente candidato para el uso a alta temperatura, debido a su alto punto de fusión (3800 °C), alto módulo elástico (537 GPa), alta dureza (15-19 GPa), superioridad térmica, estabilidad química y buena selectividad espectral. La síntesis de TaC se puede realizar por diversos procesos, los métodos más utilizados son: policondensación, reducción carbotérmica, técnica de prensado en caliente, proceso sol gel, autoclaves, entre otros.

En este trabajo se lleva a cabo la síntesis de TaC por el método de reducción carbotérmica auxiliado por el proceso sol gel, usando fuentes de energía convencionales y energía solar. Además, se analizarán sus propiedades ópticas por UV-Vis-NIR, así como su morfología y estructura mediante DRX, SEM y TEM.

Síntesis y caracterización de TaC usando diferentes fuentes de calor y evaluación de sus propiedades ópticas

Publicado en Tesis

Resty Levy Durán Montaño

Tutor: Dr. Jesús Fernando Hinojosa Palafox

Abstract

En este trabajo de tesis se presenta un estudio teórico enfocado a describir los efectos aerodinámicos presentes en un heliostato cuando este se encuentra en posición de operación. Se analizaron las cargas generadas sobre un heliostato debido al flujo de aire atmosférico. Los estudios se realizaron en distintas orientaciones, variando los ángulos de α (elevación) y β (azimut).

Se planteó un sistema similar a un túnel de viento con un heliostato en su interior y se resolvió mediante software de dinámica de fluidos computacional. Se consideró estado estable, número mach menor al 3% (fluido incompresible) y alta intensidad turbulenta. Para determinar la capacidad predictiva del modelo, se compararon los coeficientes de arrastre, sustentación y volcamiento cuando el aire impacta directamente de espaldas al heliostato a distintos ángulos de elevación con los experimentales disponibles en la literatura especializada. Se obtuvo el error porcentual absoluto medio para estas cantidades, siendo 9.1% para los coeficientes de arrastre, 14.5% para los coeficientes de sustentación y 9.1% para los coeficientes de volcamiento.

Se encontró que los coeficientes de arrastre y volcamiento son máximos en α=0°, mientras que el coeficiente de sustentación alcanza su valor máximo en α=60° y que estos coeficientes son debidos en mayor parte a los gradientes de presión existentes en el heliostato.

Se observó también que estas cargas aerodinámicas son muy sensibles a la intensidad turbulenta existente en el sistema, por lo cual hay que tener especial cuidado al definir esta cantidad, ya que modifican de manera considerable la magnitud de las fuerzas medidas sobre el heliostato.

Estudio teórico del efecto de las cargas del viento sobre los elementos estructurales de heliostatos

Publicado en Tesis

Cuitláhuac Iriarte Cornejo

Tutor: Dr. Jesús Fernando Hinojosa Palafox, Dr. Camilo Alberto Arancibia Bulnes

Abstract

En el presente trabajo se presenta la evaluación teórica y experimental de los efectos provocados por los errores ópticos de canteo y pendiente, de helióstatos concentradores en una planta de torre central. Se desarrolló una metodología experimental para la adquisición de las características ópticas de los helióstatos, mediante una modificación al método de franja. Se determinaron pendientes de superficie en el rango de 5x10-3 radianes por faceta. Los resultados de la caracterización óptica experimental de heliostatos se ingresaron en el simulador por trazado de rayos Tonatiuh, para obtener las distribuciones de radiación solar concentrada en el receptor central. Las distribuciones teóricas de radiación solar concentrada se compararon con las distribuciones experimentales del helióstato F0 en el Campo Experimental de Torre Central (CEToC) en la Plataforma Solar de Hermosillo (PSH). Para realizar las simulaciones teóricas se definió un parámetro de densidad de datos de área de faceta, denominado el número de muestras por lado de faceta (SPFS por sus siglas en inglés), realizando un barrido con diferentes SPFS para cada una de las simulaciones. Utilizando los datos de pendiente y canteo obtenidos experimentalmente de F0, se realizaron simulaciones de los efectos de: grado de los errores de pendiente (desde 1 hasta 8 mrad), distancia focal del helióstato (desde 70 hasta 140.4 metros) y la diferencia entre canteo esférico y canteo experimental. Se demostró que para una gran variedad parámetros simulados solo se requieren 48 SPFS (equivalentes a un punto de muestreo cada 2.5 cm). Adicionalmente se utilizaron los datos de referencia de F0 para la simulación de 80 helióstatos y se compararon los resultados obtenidos con helióstatos ideales. Se encontró que la densidad de potencia máxima se reduce en un 28.4% con respecto a los helióstatos ideales. Se dividió el campo en 40 helióstatos cercanos y 40 helióstatos lejanos, obteniendo que los heliostatos cercanos aportan un 67.96% de la densidad de potencia máxima en el receptor, mientras que los helióstatos lejanos aportaron el 32.04% restante.

Evaluación teórica y experimental del efecto de los errores de pendiente y canteo en helióstato concentradores sobre la distribución de flujo solar concentrado

Publicado en Tesis

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Entrevista HoSIER Factor Ciencia Canal Once (14/12/2015)