Desarrollo y validación de un modelo predictivo del comportamiento térmico de un tanque esférico de almacenamiento de propileno
Doctorando: JUAN JOSÉ GÓMEZ SÁNCHEZ
Director: ISMAEL RODRÍGUEZ MAESTRE
Programa: Ingeniería y Arquitectura. Universidad de Cadíz
Fecha Defensa: 2022
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
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Existen aplicaciones en la industria y en logística en las que se utilizan tanques esféricos para el almacenamiento de Gases Licuados del Petróleo (GLP o GNL) de grandes dimensiones, por encima de 20 metros de diámetro. Disponer de un gemelo digital basado en un modelo predictivo del aumento de presión, que permita tomar alguna acción correctiva, evitaría el venteo de gas y sus consecuencias, como la aparición de una situación de rollover en el almacenamiento de cualquier gas licuado o de envejecimiento y meteorización en el caso del GNL. El modelo divide la superficie de la esfera en diferentes zonas en función de su exposición a la radiación solar y contacto interior con la fase vapor o líquida. Se ha obtenido una nueva correlación para convección natural en esferas con un alto número de Rayleigh y un método de cálculo integral para las áreas convectivas y radiantes. Los modelos se han calibrado y validados con el histórico de datos reales de una esfera de almacenamiento de propileno de aproximadamente 21 metros de diámetro desde el año 2017. Los resultados muestran desviaciones inferiores al +2,4% en presión de vapor y 0,75 ºC en la temperatura del líquido.
Desarrollo e implementación de un modelo de simulación de instalaciones térmicas en la edificación
Doctorando: JUAN LUIS FONCUBIERTA BLÁZQUEZ
Director: ISMAEL RODRÍGUEZ MAESTRE
Programa: Ingeniería y Arquitectura. Universidad de Cadíz
octorado Europeo: Sí (Mención Internacional)
Fecha Defensa: 2014
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
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La estimación del consumo en edificios a través de modelos implementados en programas de ordenador se ha convertido en una vía imprescindible para el diseño, aplicación de normativa energética o en la integración de sistemas de gestión energética. Hoy en día, el avance en la capacidad de computación de los ordenadores personales permite una revisión de dichos modelos para incorporar mejoras que eliminen aquellas hipótesis que impedían analizar algunos aspectos relevantes, como pueden ser el paso de tiempo de simulación o la interacción simultánea entre el edificio y las instalaciones térmicas. Así, la incorporación de los algoritmos de control de los equipos de generación (calderas, plantas enfriadoras, …) y transferencia de energía térmica (fancoils, climatizadoras, suelos radiantes, …) influyen de manera decisiva en el consumo y prestaciones de los mismos, siendo necesario realizar simulaciones en intervalos de tiempo en el mismo orden de magnitud de dichos sistemas de control. En el presente trabajo se propone, desarrolla e implementa una nueva plataforma general de simulación flexible, modular, eficiente y multiplataforma; se implementan los modelos más extendidos de sistemas térmicos aplicados a la edificación, contrastando los resultados con los programas de reconocido prestigio; y por último, se presenta una aplicación en un software de gestión energética para una empresa del sector de climatización.
Modelo de simulación de intercambiador de calor enterrado vertical para bombas de calor geotérmicas
Doctorando: PASCUAL ÁLVAREZ GÓMEZ
Director: ISMAEL RODRÍGUEZ MAESTRE; FRANCISCO JAVIER GONZÁLEZ GALLERO
Programa: Ingeniería y Arquitectura. Universidad de Cadíz
Doctorado Europeo: Sí (Mención Internacional)
Fecha Defensa: 2014
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
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Las políticas de ahorro energético y de reducción de las emisiones de CO2 han impulsado la implantación de tecnologías eficientes, como las bombas de calor geotérmicas para su uso en climatización de edificios. Los programas de simulación energética de edificios que contemplan esta tecnología necesitan de un correcto modelado del intercambiador de calor enterrado para acoplar el comportamiento térmico del terreno con la bomba de calor geotérmica. El modelo del intercambiador deberá caracterizar el comportamiento térmico de la interacción terreno-bomba de calor atendiendo a las nuevas exigencias de dichos programas de simulación como pueden ser la resolución simultánea del edificio y el sistema de climatización, intervalos de tiempos de simulación compatibles con los tiempos de respuesta de los equipos o la reducción de los tiempos de computación sin comprometer la exactitud de los resultados. En la presente tesis doctoral se desarrollan dos modelos híbridos para caracterizar el comportamiento térmico de intercambiadores de calor enterrados verticales con una tubería simple en U. Dichos modelos se basan en un esquema de resistencias y capacidades térmicas para evaluar la transferencia de calor en el interior de la perforación así como en la utilización de las denominadas ¿funciones g¿, para pasos de tiempos cortos y largos, para la simulación del flujo térmico de extracción-inyección en el terreno. Los parámetros característicos de los modelos han sido ajustados mediante soluciones numéricas. Cabe destacar tanto los reducidos tiempos de computación alcanzados así como la exactitud de los resultados obtenidos en los procesos de validación, tanto numérica como experimental, encontrándose desviaciones medias inferiores a un 0.3% (ó 0.2 ºC) para la temperatura del agua a la salida de la tubería, e inferiores a un 0.5% (ó 0.2 ºC) para la temperatura media de la superficie de la misma.
Modelado del comportamiento energético de elementos constructivos de edificios en contacto con el terreno
Doctorando: JESÚS DANIEL MENA BALADÉS
Director: ISMAEL RODRÍGUEZ MAESTRE
Programa: Ingeniería y Arquitectura. Universidad de Cadíz
Doctorado Europeo: Sí (Mención Internacional)
Fecha Defensa: 2014
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
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Un término importante en el consumo energético de los edificios es la transferencia de calor acoplada con el terreno, pudiendo suponer hasta el 45% del total en casos extremos. Debido a la complejidad de este fenómeno muchos son los modelos y métodos que tratan de calcular y caracterizar dicha transferencia. Las normativas existentes a nivel europeo, y sus transposiciones a nivel nacional, establecen requisitos exigentes a los procedimientos y modelos térmicos utilizados en las herramientas informáticas. En la presente tesis doctoral se desarrolla un modelo simplificado de acoplamiento térmico edificio-terreno. Dicho modelo se basa en la superposición de tres flujos independientes unidimensionales. Así mismo se desarrolla un método basado en una modificación de las funciones de transferencia en conducción de calor para el cálculo de dichos flujos independientes. El modelo simplificado desarrollado se valida numéricamente, a partir del método de elementos finitos (MEF), y mediante el BESTEST de la Agencia Internacional de la Energía del año 2008.
Modelo de simulacion termica de edificios orientado al acoplamiento con sistemas de climatizacion
Doctorando: PALOMA ROCÍO CUBILLAS FERNÁNDEZ
Director: ISMAEL RODRÍGUEZ MAESTRE
Programa: Ingeniería y Arquitectura. Universidad de Cadíz
Doctorado Europeo: Sí (Mención Internacional)
Fecha Defensa: 2008
Calificación: Sobresaliente Cum Laude
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Un término importante en el consumo energético de los edificios es la transferencia de calor acoplada con el terreno, pudiendo suponer hasta el 45% del total en casos extremos. Debido a la complejidad de este fenómeno muchos son los modelos y métodos que tratan de calcular y caracterizar dicha transferencia. Las normativas existentes a nivel europeo, y sus transposiciones a nivel nacional, establecen requisitos exigentes a los procedimientos y modelos térmicos utilizados en las herramientas informáticas. En la presente tesis doctoral se desarrolla un modelo simplificado de acoplamiento térmico edificio-terreno. Dicho modelo se basa en la superposición de tres flujos independientes unidimensionales. Así mismo se desarrolla un método basado en una modificación de las funciones de transferencia en conducción de calor para el cálculo de dichos flujos independientes. El modelo simplificado desarrollado se valida numéricamente, a partir del método de elementos finitos (MEF), y mediante el BESTEST de la Agencia Internacional de la Energía del año 2008.