Resumen de Análisis numérico de la eficiencia de algunos microsistemas de refrigeración basados en generadores de vórtices en microcanales
Marcos Meis Fernández
En la actualidad, una de las limitaciones críticas en el diseño de placas electrónicas es la disipación térmica de los componentes. El previsible crecimiento a corto y medio plazo de dicha disipación en un oren de magnitud hace necesario el desarrollo de nuevas tecnologías de control térmico capaces de manejar las potencia alcanzadas. Diversas razones, entre las que se encuentran la necesidad de evitar el rediseño del esquema de integración de los equipos, aconsejan que estas tecnologías pasen por el empleo de microsistemas.
Entre los microsistemas de refrigeración existen tanto sistemas activos (donde se emplean bombas para impulsar el fluido) como pasivos (donde el flujo, generalmente bifásico, se debe a gradientes de variables fluidodinámicas). Dentro de estos dos sistemas, los sistemas activos de microintercambiadores basados en microcanales con promotores de vórtices en su interior son el centro de atención de este trabajo. Existen algunos desarrollos iniciales que respaldan la viabilidad del diseño conceptual pero quedan multitud de aspectos por estudiar de cara a obtener dispositivos fabricables que cumplan todos los requerimientos impuestos.
Por otro lado, la elaboración y ensayo de prototipos consume una gran cantidad de recursos, tanto económicos como humanos, y precisa de plazos temporales extensos. Estas circunstancias hacen enormemente interesante la simulación numérica de dichos dispositivos al menos en las fases iniciales de diseño. Aunque hay que destacar también que hay que hacer frente a diversas dificultades El objetivo principal de la tesis es la caracterización, mediante simulación numérica, de la eficiencia térmica y mecánica de microsistemas de refrigeración basados en microcanales con promotores de vórtices en su interior. Todo esto, sin perder de vista la fabricabilidad del sistema con costes razonables. La simulación numérica debe permitir además identificar todos los aspectos dinámicos relevantes, y de modo destacado aquellos relativos a los fenómenos de histéresis y bifurcación que condicionan fuertemente la robustez del diseño. Los resultados de las simulaciones numéricas deberán hacer posible el diseño preliminar de un microsintercambiador de calor que será posteriormente fabricado y ensayado, lo que al mismo tiempo permitirá validar la propia simulación.
La metodología prevista para el desarrollo de la tesis pasa por las siguientes fases: ¿ Análisis bibliográfico sobre el modelado de los fenómenos presentes en los microintercambiadores de calor basados en microcanales con promotores de vórtices, tanto para flujos térmicos como isotérmicos, para analizar el comportamiento fluidodinámico de este tipo de dispositivos. El análisis es extendido tanto a dominios 2D como a dominios 3D.
¿ Elaboración de modelos matemáticos adecuados para el microsistema considerado, que permitan la evaluación de la eficiencia térmica y la penalización mecánica del dispositivo y el análisis de los aspectos hidrodinámicos, térmicos y dinámicos más relevantes de las soluciones. Los resultados deben conducir al diseño un micointercambiador de calor basado en microcanales con un determinado promotor de vórtices.
¿ La validación de los resultados de la simulación numérica a través de resultados de ensayos en laboratorio del diseño establecido (los ensayos no forman parte del trabajo de la tesis).
