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En reactores de fusión, la posibilidad de formación de burbujas de helio (He) en envolturas regeneradoras que utilizan la aleación eutéctica de litio-plomo (LLE) como material regenerador de tritio no es remota. Una vez formadas, la acumulación de burbujas en las superficies de contacto entre la estructura y el LLE conllevaría una reducción de la transferencia de calor y de la permeación de tritio. Consecuentemente, el impacto en las características de autosuficiencia de combustible en el reactor dependerá de la hidrodinámica, y del tamaño, concentración (coalescencia o ruptura), y estabilidad (crecimiento o implosión) de las burbujas. La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) se considera una herramienta potente para investigar la evolución de burbujas a escala macroscópica en condiciones donde los modelos teóricos no son válidos y/o los experimentos son engorrosos y costosos. En el presente estudio, un modelo CFD desarrollado en el código abierto OpenFOAM® se ha usado para identificar y visualizar los principales factores involucrados en el proceso de crecimiento de burbujas de He en LLE, entre ellos, la transferencia de masa interfacial y la hidrodinámica. Los resultados han mostrado que el incremento en el radio de una burbuja estacionaria se puede representar satisfactoriamente como ¿¿¿ (¿)/¿ = ¿ · ¿ ¿ /¿ , donde a ..1.1ee-07 m/s, n 0.68.0. Los resultados presentan además una buena concordancia con modelos teóricos que describen la evolución del radio de las burbujas. Por otro lado, se ha observado que la hidrodinámica del LLE facilita la rápida renovación de la concentración de He en la parte posterior de burbujas ascendentes. También, se han visualizado las diferentes etapas dinámicas que sufre la interfaz durante la coalescencia de dos burbujas. Finalmente, se ha encontrado que la correlación de Davenport puede describir la transferencia de masa interfacial en burbujas ascendentes de He en LLE con una desviación relativa menor a 7.9 %., Postprint (published version)

This study reports the development and implementation of Optical Digital Interferometry for visualizing and modelling mass diffusion in the absorption process of ammonia in water. Absorption experiments were performed at infinite dilution of ammonia and at 293 K, 303 K, and 313 K. The method developed makes it possible to visualize the development of the mass diffusion layer and determine the evolution of concentration profiles in the ammonia/water mixture, providing new spatio-temporal data on the absorption process. A non-equilibrium model based on Fick’s Second Law was used to describe the mass diffusion process. It was found that the model can successfully reproduce the experimental profiles of the ammonia concentration. The method developed also allows the simultaneous determination of mass diffusivity and mass transfer coefficients from a single experimental test. The values obtained for the mass diffusivity of ammonia in water vary from 1.54 × 10-9 m2 s-1 at 293.1 K to 2.50 × 10-9 m2 s-1 at 313.1 K. The relative deviations between the experimental mass diffusivity and literature values did not exceed 6.0%. The mass transfer coefficient ranges from 2.12 × 10-5 m s-1 at 293.1 K to 4.19 × 10-5 m s-1 at 313.1 K. The results show the potential of Optical Digital Interferometry for the development and validation of heat and mass transfer models used to design components in absorption refrigeration systems., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

The density and refractive index were experimentally determined for binary mixtures of water + ionic liquid 1-(2-hydroxyethyl)-3-methylimidazolium tetrafluoroborate throughout the ionic liquid mass frac- tion range, at atmospheric pressure and various temperatures between 293.15 K and 323.15 K. The refractive index was measured at five wavelengths between 589.2 nm and 935 nm. From the experimen- tal data on density, volumetric properties such as the excess molar volume and thermal expansion coef- ficient were calculated. The excess molar volume was negative throughout the ionic liquid mass fraction range and its magnitude decreased with temperature. From the experimental data on the refractive index, the deviation in the refractive index and its coefficients of concentration, temperature and chro- matic dispersion were obtained. The values of the deviation in the refractive index were positive and decreased with temperature. In order to simultaneously investigate the dependence of the refractive index on concentration, temperature and wavelength, we correlated the experimental data with a two-term Cauchy equation. Furthermore, a comparative study of 11 refractive index mixing rules was performed to assess their prediction ability. More advanced mixing rules do not lead to any improvement in comparison with the simple linear mixing rule (Arago-Biot) for estimating refractive index and the concentration contrast factor of the mixture studied. The results are expected to be useful for tuning the properties of an ionic liquid by adding water or selecting the temperature or optical region., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Ethylammonium nitrate shows an enhanced ammonia solubility due to the formation of strong hydrogen bonds. This protic ionic liquid also shows negligible vapour pressure and shares many properties with water. These attractive features make it interesting to study the mixtures of ethylammonium nitrate with ammonia for absorption refrigeration systems. This paper reports new experimental data for viscosity and mass diffusion coefficient in ammonia/ethylammonium nitrate mixtures. Measurements were performed using a piston-type viscometer for viscosity, and Optical Digital Interferometry for diffusion coefficients. Viscosity measurements were performed at temperatures between 293.15 K and 353.15 K, over a wide concentration range. Diffusion measurements of ammonia in the ionic liquid were performed at 293.15 K and 303.15 K. Viscosity data and the mass diffusion process were described using a semi-empirical correlation and a non-equilibrium model, respectively. The models show an acceptable deviation from experimental data., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Mutual diffusion coefficients of a binary mixture of water + ionic liquid 1-(2-hydroxyethyl)-3- methylimidazolium tetrafluoroborate have been investigated by means of experimental and predictive ap- proaches. Optical digital interferometry has been employed to determine the mutual diffusion coefficients over the full ionic liquid mass fraction range and at four temperatures between 298.15 and 313.15 K. Moreover, the prediction ability of four different models has been tested. The influence of using different excess Gibbs energy (gE) models to calculate the relevant thermodynamics properties was also addressed. The mutual diffusion coef- ficient has a strong dependence on concentration and varies from 2 × 10-10 to 1.27 × 10-9 m2 s-1. The concen- tration and temperature dependencies of the present experimental diffusion coefficients were correlated using empirical and predictive equations. The use of binary interaction parameter regressed from diffusion data instead of vapor-liquid equilibria improves considerably the prediction ability of the employed predictive models. Among the studied predictive models, the modified group contribution model provides the best results with an absolute relative deviation of 2.1%. Throughout the paper, thermodynamic and kinetic behavior of the mixture are analyzed for establishing an appropriate criterion for the screening of ionic liquids as working fluids for ab- sorption refrigeration systems., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

El presente trabajo describe un método experimental para la determinación del coeficiente de difusión de refrigerantes naturales, como el amoniaco en líquidos absorbentes, como el agua, por medio de un interferómetro Mach-Zehnder. Los patrones de franjas formados por las interferencias entre dos haces, uno que atraviesa una muestra y otro una referencia, se visualizan con una cámara digital de alta resolución. El procedimiento utilizado para determinar la diferencia de fase entre los haces del interferómetro se basa en la transformada de Fourier y se llevó a cabo mediante el desarrollo de un código en MATLAB®. Esta diferencia de fase determina el cambio en el índice de refracción de la mezcla amoniaco/agua, a partir del cual se pueden determinar variables relacionadas como la temperatura o la concentración en todo el campo de visión. Dicha información no solo está disponible en estado estacionario, sino que permite monitorear la evolución del campo de concentración en el tiempo. Finalmente, el coeficiente de difusión se determina realizando un análisis inverso del perfil de concentración experimental., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Entre las tecnologías utilizadas para el transporte de petróleo crudo por sistemas de tuberías, se encuentran las emulsiones del mismo con soluciones de tensoactivos. La aplicación de esta técnica requiere que lasemulsiones se mantengan estables durante el período de bombeo y se separen completamente despuésde transportado el crudo. En el presente trabajo se realizaron ensayos experimentales, utilizando diferentesconcentraciones de tensoactivo, tipos de mezclado y condiciones de decantación. Fueron empleadas dossustancias como fase continua: aceite de transmisión y petróleo crudo cubano. Se observó la marcadainfl uencia de la concentración y el tipo de mezclado en la estabilidad de las emulsiones. Los resultadosdemuestran las semejanzas en cuanto a parámetros termohidráulicos de los fl uidos objeto de estudio; lo quepermite inferir el comportamiento aproximado del petróleo crudo cubano emulsionado a partir del trabajoexperimental con aceite de trasmisión., Peer Reviewed, Postprint (published version)