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Coordinación de Transferencia de Energía y Masa

Coordinador: Jorge Antonio Rojas Menéndez
E-mail: jrm@cie.unam.mx

La Coordinación de Transferencia de Energía y Masa del Centro de Investigación en Energía, como su nombre lo indica, tiene como objetivo el estudio de procesos de transferencia de energía y de masa. Sus líneas de investigación son: convección natural, flujos multifásicos, flujos oscilatorios, transferencia de calor y masa en edificaciones, sistemas complejos y códigos numéricos para el estudio del transporte de energía y masa en fluidos. Para llevar a cabo estas investigaciones, la Coordinación desarrolla infraestructura experimental y numérica.

Convección natural

La convección natural es el movimiento que se produce en un fluido cuando la parte superior es más densa que la inferior. Este fenómeno se presenta en muchos sistemas como son la atmósfera, mares y lagos, el aire dentro y cerca de edificios. En la Coordinación se ha estudiado la convección natural producida por una pared calentada en su parte inferior, lo que tiene aplicaciones, entre otras, en la transferencia de calor en edificaciones. También se ha investigado sobre la convección natural en cavidades y el efecto de la rotación de la cavidad sobre la convección, la potencial aplicación de estos estudios es en el crecimiento de cristales y otros materiales. También se ha estudiado el uso de la convección natural en sistemas para mezclado.

Flujos multifásicos

Los flujos multifásicos son aquellos que presentan dos o más fases, de una misma sustancia en dos estados o fases distintos o de sustancias distintas. En la Coordinación se investiga el fenómeno de ebullición, este fenómeno es importante como mecanismo de transferencia de calor, ya que el cambio de fase es uno de los más eficientes. El fenómeno de cambio de fase de líquido a vapor se lleva a cabo en cavidades o fracturas de las paredes rígidas del recipiente donde se contiene el líquido; a estos sitios se les llama "sitios de nucleación". En la Coordinación de Transferencia de Energía y Masa los sitios de nucleación se modelan con capilares inmersos en recipientes con agua a temperatura de ebullición, simulando de esta manera un sitio de nucleación aislado y controlado y se estudia la periodicidad y la bifurcación del fenómeno. En la Coordinación también se estudia el flujo producido por un chorro de aire con partículas suspendidas, así como el efecto de una onda acústica sobre el mismo, esto tiene aplicaciones en procesos de combustión. Este estudio se lleva a cabo en colaboración con la Universidad de Zaragoza España. Otro estudio que se realiza en la Coordinación es sobre el flujo bifásico, de líquido y partículas, en canales, el entendimiento de estos flujos es de potencial aplicación para evitar o promover el transporte de sedimentos en ríos y canales.

Flujos oscilatorios

Los flujos oscilatorios se presentan en muchos fenómenos que ocurren en la naturaleza y en procesos industriales, además flujos de carácter oscilatorio son de potencial uso en nuevos tipos de máquinas o procesos. La Coordinación de Transferencia de Energía y Masa en colaboración con la de Física Teórica han venido trabajado en el estudio de varios aspectos de los flujos oscilatorios en fluidos newtonianos, tanto compresibles como incompresibles, así como en líquidos viscoelásticos. Uno de los fenómenos estudiados es el termoacústico, que se da por la interacción de un fluido compresible con las paredes del contenedor, en condiciones adecuadas. Se ha estudiado también el efecto de campos magnéticos sobre el flujo oscilatorio de un fluido conductor de la electricidad. Estos estudios tienen un uso potencial en el desarrollo de transformadores de energía solar a eléctrica.

Transferencia de calor y masa en edificaciones

El estudio de la transferencia de calor y masa en edificaciones es importante para lograr confort térmico con el menor uso de energía. En la Coordinación de Transferencia de Energía y Masa se estudian los procesos de ventilación natural, forzada e híbrida. La ventilación natural permite introducir aire fresco en las edificaciones para reemplazar aire caliente o contaminado, a partir de diferencias de presión generados por el viento o por diferencias de temperatura. También, se han realizado algunos estudios en edificaciones específicas como el de la Sala Nezahualcóyotl, donde en particular se analizó la situación de confort del foro de esta sala de conciertos.

Sistemas complejos

Se han estudiado distintos aspectos de la complejidad de autómatas celulares y redes de mapeos acoplados. En particular se ha definido un exponente de Lyapunov y se ha estudiado la sincronización de autómatas celulares. También se ha estudiado el diagrama de fase de varios autómatas celulares probabilistas que sirven como modelos de percolación dirigida y de formación de opinión. Por otra parte se han estudiado propiedades de transporte de gases de Lorentz en dos dimensiones.

Códigos numéricos para el estudio del transporte de energía y masa en fluidos

Para realizar estudios numéricos de procesos de transferencia de energía y de masa, se utilizan códigos comerciales, pero también se realiza un gran esfuerzo para el desarrollo de códigos propios utilizando dos métodos alternativos, el de la ecuación de Boltzmann en redes y el de elemento finito con descomposición de operadores. Éste último se ha realizado en colaboración con el Departamento de Matemáticas de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa.

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