Solución numérica de problemas de oxidación mediante el método de simulación por redes

Abstract

[SPA] En esta tesis se aplica el método de simulación por redes a la solución numérica de problemas de oxidación química estudiando todas las vertientes del fenómeno, en particular los procesos de reacción química que tienen lugar en la interfase. La fuerte no linealidad de las ecuaciones de gobierno impide la obtención de soluciones analíticas requiriendo, en consecuencia, técnicas numéricas para alcanzar soluciones aproximadas; en este sentido, el método de redes ha demostrado ser una herramienta precisa y eficaz proporcionando soluciones muy cercanas a las obtenidas experimentalmente con tiempos de computación aceptables y sin necesidad de introducir hipótesis que simplifican las ecuaciones de gobierno. Los problemas estudiados cubren casi todo el espectro de los procesos de corrosión: i) corrosión por dióxido de carbono, ii) corrosión por picadura, iii) corrosión a alta temperatura de compuestos de matriz metálica, iv) oxidación catalítica de gases y, v) degradación de lubricantes. Para cada tipo de oxidación anterior, del que se describe el estado del arte, se diseña el modelo en red de la celda elemental correspondiente, a partir del modelo matemático (ecuaciones de gobierno), completándose éste con las condiciones de contorno e iniciales. La simulación numérica del mismo se lleva a cabo mediante el software Pspice. Para verificar la fiabilidad de los modelos propuestos se comparan las soluciones numéricas con resultados experimentales o soluciones semianalíticas en todos los casos. Con objeto de facilitar la aplicación de los modelos propuestos se ha elaborado un programa en Matlab el cual, mediante una interfaz de comunicación gráfica y amena con el usuario, permite seleccionar el problema e introducir los parámetros que lo definen, así como generar el modelo en red, simularlo y acceder a la presentación gráfica de resultados.

[ENG] In this Ph.D. the network simulation method is applied for the numerical solution of chemical oxidation problems, studying all the aspects of the phenomenon, particularly those chemical reactions processes related to the interface. The strong non-linearity of the governing equations prevents of reaching analytical solutions and requires, as a consequence, numerical techniques to provide approximate results. In this sense, network simulation method has demonstrated to be an efficiency and accurate tool that leads to numerical solution close to the experimental results with suitable computational times and without the need of assuming simplified hypotheses in the governing equations. The problems studied in this memory cover the whole spectrum of the corrosion processes: i) corrosion cause by carbon dioxide, ii) pitting corrosion, iii) high temperature corrosion of metal matrix composite, iv) catalytic oxidation of gasses and, v) lubricant degradation. For those types of oxidation, for which the state of art is introduced, the network model of the corresponding elementary volume is designed from the mathematical model (governing equations), completing this with the suitable boundary and initial conditions. Numerical simulation is carried out by means of the code Pspice. To verify the reliability of the proposed models, numerical solutions are successfully compared with those obtained experimental or semi-analytically in all the cases. In order to facilitate the application of the proposed models, suitable software has been presented as an added subject of this memory. Using a graphical and friendly communication interface, the user can select the problem and introduce the list of parameter values; this generates the complete network model, runs it in Pspice and shows graphically the simulation results.