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Título : Desarrollar un modelo CFD de una centrifugadora para obtención de grafeno por exfoliación mecánica
Autor : Ocaña Ramos, Danny Omar
Director(es): Caicedo Reyes, Jorge Isaías
Tribunal (Tesis): Mayorga Pérez, Diego Fernando
Palabras claves : TECNOLOGÍA Y CIENCIAS DE LA INGENIERÍA;MORFOLOGÍA;NANOPARTÍCULAS DE ZEOLITA;GRAFENO;GRAFITO;EXFOLIACIÓN EN FASE LÍQUIDA;SIMULACIÓN
Fecha de publicación : 27-nov-2020
Editorial : Escuela Superior Politécnica de Chimborazo
Citación : Ocaña Ramos, Danny Omar. (2020). Desarrollar un modelo CFD de una centrifugadora para obtención de grafeno por exfoliación mecánica. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba
Identificador : UDCTFM;15T00745
Abstract : It is presented as an alternative to improve the separation of the graphite layers incorporating zeolite and aims to simulate the fluid in the ANSYS software in such a way that it maximizes the speed of the particle for a certain model of blades in order to obtain graphene of acceptable quality. The execution of the investigation has as a starting point which is to apply the liquid phase graphite exfoliation method. Using the agitation equipment of the laboratory that has an impeller with flat blades inclined at 45° produces a shear at 700 RPM to achieve inelastic collisions between the graphite flakes and the zeolite nanoparticles. An experimental design of the Factorial type is followed that shows that extract 2 samples for each experimental test. Samples are taken from the centric part top and bottom of the container since turbulence is greater in this area with 0.82 𝐽⁄𝐾𝑔. To characterize the samples, the scanning electron microscope technique is used, it identifies graphene in few layers and other micrographs that indicate agglomerated flakes. It was proceeded with the simulation of fluid dynamics which was handled by the ANSYS software specifically the fluent tool states that by changing the impeller, a gentle peel and effective throughout the flow field. Finally, four inclined blades type models were studied, type disc, curved blades and the anchor blade type that generates more turbulence at 17.3 𝐽⁄𝐾𝑔. The results that were found were favorable since it was indeed verified that the addition zeolite produces a considerable improvement in exfoliation. Experimentation and simulation should work together to separate as many layers of graphite as possible and it is recommended to tilt the axis at a certain angle to observe the changes produced in the morphology.
Resumen : Se presenta como una alternativa para mejorar la separación de las capas de grafito incorporando la zeolita y tiene como objetivo simular el fluido en el software ANSYS de tal manera que se maximice la velocidad de la partícula para un determinado modelo de aspas con la finalidad de obtener grafeno de calidad aceptable. La ejecución de la investigación tiene como punto de partida aplicar el método de exfoliación de grafito en fase líquida. Utilizando el equipo de agitación del laboratorio que dispone de un impulsor con paletas planas inclinadas a 45° se produce un cizallamiento a 700 RPM para lograr colisiones inelásticas entre las escamas de grafito y las nanopartículas de zeolita. Se sigue un diseño experimental de tipo Factorial que arroja que se debe extraer 2 muestras por cada prueba experimental. Las muestras se toman de la parte céntrica superior e inferior del recipiente ya que la turbulencia es mayor en esta zona con 0,82 𝐽𝐾𝑔⁄. Para caracterizar las muestras se utiliza la técnica del microscopio electrónico de barrido en el cual se identifica grafeno en pocas capas y otras micrografías que indican escamas aglomeradas. Se procedió con la simulación de la dinámica del fluido maneja el software ANSYS específicamente la herramienta fluent manifiesta que cambiando el impulsor se consigue una exfoliación suave y eficaz en todo el campo de flujo. Finalmente, se estudió cuatro modelos tipo palas inclinadas, tipo disco, palas curvas y el tipo pala de ancla que genera más turbulencia con 17,3 𝐽𝐾𝑔⁄. Los resultados que se encontraron fueron favorables ya que efectivamente se comprobó que la adición de zeolita produce una mejora considerable en la exfoliación. La experimentación y la simulación deben trabajar juntos para separar la mayor cantidad de capas de grafito y se recomienda inclinar el eje a un determinado ángulo para observar los cambios producidos en la morfología.
URI : http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/15070
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