Análisis de los fenómenos de transporte en mezclas multicomponentes en condiciones terrestres mediante técnicas convectivas y no convectivas

Abstract

In this thesis, Soret, thermodiffusion and diffusion coefficients of several binary and ternary mixtures have been determined. In addition, thermophysical and optical properties such as density, thermal expansion, mass expansion, dynamic viscosity, refractive index and contrast factor such as derivatives of the refractive index as a function of temperature and concentration have been obtained. One of the mixtures that has been analyzed is composed by Toluene‐Methanol‐Cyclohexane. These mixtures correspond to the second phase of DCMIX project. We have studied 26 binary mixtures of this system. This analysis has been carried out by Prof. Köhler’s group of Universität Bayreuth from Germany and Prof. Shevtsova’s group of Université Libre de Bruxelles from Belgium. This work, has allowed to frame the ternary parameter space by thoroughly investigating the boundaries along the binary composition lines. Correlations for the thermophysical properties have been included in this study. By means of Thermogravitational Column, Slidding Symmetric Tubes, Optical Beam Deflection and Optical Digital Interferometry techniques, it has also been obtained Soret, thermodiffusion and diffusion. Additionally, we have determined the diffusion coefficients of Toluene‐Methanol‐Cyclohexane of a ternary mixture by Slidding Symmetric Tubes technique. In the third phase of DCMIX project, the thermodiffusion coefficient of Triethylene Glycol‐Water‐Ethanol system has been determined. In total, 12 binary mixtures and 2 ternary mixtures have been analyzed. Moreover, we have determined the Soret coefficient of ternary mixtures composed by Methylnaphthalene‐Toluene‐nDecane. The diffusion coefficients have been measured by Slidding Symmetric Tubes technique and the thermodiffusion coefficients were measured previously in Fluid Mechanic groups. Lastly, we have applied the Digital Interferometry analysis method to the thermogravitational micro‐column. By this method, the entire concentration distribution in the height of the column has been determined. Besides, the installation is equipped by two different wavelength laser in order to ternary mixtures under the hermogravitational effect using optical analysis method.

En esta tesis doctoral, se han determinado los coeficientes de transporte como el coeficiente Soret, de termodifusión y de difusión molecular de diferentes mezcla binarias y ternarias. A su vez, se han determinado las propiedades termofísicas y ópticas necesarias como la densidad, la expansión másica, la expansión térmica, la viscosidad dinámica, el índice de refracción y los factores de contraste correspondientes a la variación del índice de refracción en función de la temperatura y de la concentración. Una de las mezclas que se han analizado, es la compuesta por Tolueno‐Metanol‐Ciclohexano. Estos componentes corresponden a la segunda fase del proyecto DCMIX. En total, se han analizado 26 mezclas binarias en colaboración con el grupo del Prof. W. Köhler de Universität Bayreuth de Alemania y con la Prof. V. Shevtsova de Université Libre de Bruxelles de Bélgica. Este trabajo ha permitido enmarcar las mezclas ternarias investigando a fondo los límites a lo largo de las composiciones de las mezclas binarias correspondientes. Para ello, se han presentado ajustes de las propiedades termofísicas junto con los valores de la literatura y los valores determinados en esta tesis doctoral. En este estudio experimental, se han utilizado cuatro técnicas experimentales, la Columna Termogravitacional, la Slidding Symmetric Tubes, la Optical Beam Deflection y la Optical Digital Interferometry. En cuanto a mezclas ternarias se refiere, se han determinado los coeficientes de difusión de una mezcla de Tolueno‐Metanol‐Ciclohexano mediante la técnica Slidding Symmetric Tubes. En este trabajo, también se han analizado las mezclas de la tercera fase del proyecto DCMIX formada por Trietilene Glicol‐Agua‐Etanol. En total, se han analizado los coeficientes de termodifusión de 12 mezclas binarias y de 2 mezclas ternarias. Además de las mezclas del proyecto DCMIX, se han determinado los coeficientes de difusión de las mezclas ternarias formadas por Metilnaftaleno‐Tolueno‐nDecano. Este estudio, ha permitido determinar los coeficientes Soret mediante los coeficientes de difusión determinados en este trabajo y los coeficientes de termodifusión determinados en trabajos previos del grupo de Mecánica de fluidos. Por último, se ha aplicado el método de análisis Digital Interferometry a la micro‐columna termogravitacional. Mediante este método de análisis, se ha analizado la distribución completa de concentración a lo largo de toda la altura de la micro‐columna. Además, se han introducido dos láseres de diferentes longitudes de onda para poder analizar mezclas ternarias basándose en sistemas de análisis puramente ópticos.

Tesi honetan, hainbat nahasketa bitar eta hirutarren Soret, termodifusio eta difusio garraio propietateak neurtu dira. Horrekin batera, zenbait propietate termofisiko nahiz optiko ere neurtu dira, esaterako, dentsitatea, espantsio termikoa, espantsio masikoa, biskositate dinamikoa, errefrakzio indizea eta kontraste faktore deritzon, errefrakzio indizearen aldaketa tenperatura eta kontzentrazioaren arabera. Aztertutako nahasketen artean, DCMIX proiektuko bigarren faseko Toluenoa‐Metanola‐Ziklohexanoa osagaiak daude. Guztira, 26 nahasketa bitar aztertu dira Alemaniako Universität Bayreuth‐ko Prof. Köhler eta Belgikako Université Libre de Bruxelles‐ko Prof. Shevtsovaren taldeekin elkarlanean. Lan honetako hainbat nahasketa bitarren azterketak, nahasketa hirutarrak kokatzea ahalbidetu du. Horretarako, literaturako datuekin eta lan honetako neurketekin, propietate termofisikoen doikuntzak aurkeztu dira. Guztira, lau teknika esperimental erabili dira, Columna Termogravitacional, Slidding Symmetric Tubes, Optical Beam Deflection eta Optical Digital Interferometry. Bestalde, Toluenoa‐Metanola‐Ziklohexanoa osagaiez osatutako nahasketa hirutar baten difusio koefizienteak neurtu dira Slidding Symmetric Tubes teknikaren erabiliz. Aztertutako bigarren nahasketa, DCMIX proiektuko hirugarren fasean aztertzen diren Trietilene Glikola‐Ura‐Etanola osagaiez osaturik dago. Guztira, 12 nahasketa bitarren eta 2 nahasketa hirutarren termodifusio koefizienteak neurtu dira. Horretaz gain, Metilnaftalenoa‐Toluenoa‐nDekanoa osagaiez osatutako nahasketa hirutarraren difusio koefizienteak ere neurtu dira. Lan honetan neurtu diren difusio koefizienteei eta Fluido Mekanikako departamentuan lehenago neurtutako termodifusio koefizienteei esker, nahasketa hauen Soret koefiziente neurtu ahal izan da. Azkenik, Digital Interferometry analisi metodoa aplikatu zaio mikro‐zutabe termograbitazionalari. Analisi metodo honen bitartez, mikro‐zutabearen altuera osoko kontzentrazio distribuzioa aztertu ahal izan da. Gainera, instalazio honetan uhin luzera desberdineko bi laser erabiltzen direnez, nahasketa hirutarrak aztertzea ahalbidetzen du optikan oinarritutako analisi metodoen bidez.