Browsing by Author "Huerta, Felipe A."

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    CFD modelling of the non-isobaric evaporation of cryogenic liquids in storage tanks
    (2024) Huerta, Felipe A.; Vesovic, Velisa
    A new CFD model relevant to non-isobaric cryogen evaporation has been developed. It considers the heat influx, from the surroundings to the liquid and vapour phases, and the heat transfer between the phases. The phase change is modelled considering two contributions: an interfacial energy balance far from the tank wall, and by direct wall-to-liquid conduction near the wall. The model provides well resolved liquid and vapour temperature and velocity profiles, as well as pressure build-up and evaporation rates. It shows that below the vapour-liquid interface, liquid natural convection is dampened by thermal stratification, which is driven by the increase of the interfacial temperature due to increase in pressure. The pressure build-up is mainly governed by the heating of the vapour, particularly at the beginning of the evaporation. The model was used to analyse liquid velocity profiles for two different sets of experimental data for evaporation of liquid nitrogen by optimizing empirical parameters, namely the wall heat partitioning fraction and the overall heat transfer coefficients. The results show that a large fraction of the vapour heat ingress is not transferred to the vapour phase bulk. Instead, it is transported through the walls and transferred to the liquid at the liquid-vapour-wall contact point, driving phase change. Heat conduction from the walls to the interface has a significant effect, even for low heat fluxes, and cannot be neglected.
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    Optimizing ethanol recovery in a spinning cone column
    (2016) Huerta, Felipe A.; Pérez C., José Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Las columnas de conos rotatorios (CCR) son dispositivos de transferencia de masa ampliamente utilizados en la industria de los alimentos para recuperar aromas naturales. En varias aplicaciones superan a los métodos clásicos tales cómo las columnas empacadas o de platos, dada su capacidad mejorada de transferencia de masa y su aptitud para recuperar aromas de suspensiones. Los estudios teóricos se han enfocado en desarrollar modelos de la CCR para revelar el impacto de la hidrodinámica en la transferencia de masa en mezclas simples. Por otra parte, los estudios experimentales con mezclas complejas como los aceites esenciales o el vino son limitados ya que los experimentos son costosos y demandantes de tiempo. Por lo tanto, es difícil extraer guías de operación de ellos. En este trabajo, se optimizó la destilación de una mezcla agua-etanol simple de 14.8% (v/v) en una CCR a escala de laboratorio.La optimización se realizó mediante la metodología de la superficie de respuesta variando la razón de arrastre, el flujo de mezcla líquida y la temperatura. Nuestros resultados confirman estudios previos indicando que la razón de arrastre es el factor más significativo para optimizar el rendimiento. Se identificaron tres regiones de operación dónde la concentración de etanol en el destilado se comportó de manera distinta frente a variaciones de la razón de arrastre. Se encontró una región operacional de alto rendimiento con recuperaciones de etanol sobre 0.94 y concentraciones de etanol mayores a 70% (v/v). Además, desarrollamos guías de operación para la destilación de mezclas hidroalcohólicas en una CCR. Para maximizar las recuperaciones de etanol, la CCR debe operar a altas razones de arrastre, alto flujo de líquido y temperaturas intermedias. Para maximizar la concentración de etanol en el destilado, la CCR debe operar a baja razón de arrastre, alto flujo de líquido y baja temperatura. Para optimizar la separación de mezclas complejas, se requiere desarrollar un modelo fenomenológico.