Desarrollo y evaluación de un dispositivo de intercambio térmico con esponja metálica como elemento de transferencia del calor.

El consumo de energía en el mundo crece de continuo. La investigación en esta área trata de buscar oportunidades para reducir le demanda de energía, por ejemplo, de equipos residenciales para aplicaciones de Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado, HVAC. El componente principal de un equipo HVAC es el intercambiador de calor, quienes además juega un rol fundamental en una variedad de aplicaciones industriales, produciendo un impacto significativo en la eficiencia energética, costo y dimensiones del sistema de intercambio térmico. Por lo tanto, la posibilidad de contar con un intercambiado de calor más eficiente y compacto es una alternativa interesante. En este proyecto se plantea desarrollar un sistema de intercambio térmico compacto y eficiente que introduzca esponjas metálicas como elementos innovadores de intercambiador del calor. La solución que se desea investigar mediante el proyecto es la de aumentar la superficie de transferencia térmica con materiales celulares espumas metálicas de celda abiertas o esponjas metálicas (open cell metal foam o metal sponge, en inglés). ΕΙ propósito es brindar una alternativa a los sistemas de intercambio térmico que usan las aletas a forma de láminas, de más compleja manufactura, y que requieren inversiones importantes en su mantenimiento. Se valora, además, la posibilidad de incorporar en las esponjas mecanismos de transferencia de calor usando efectos magnetocalóricos, que representan soluciones muy novedosas, pero aún poco investigadas. En este último caso, debido a la complejidad del tema y al proceso previo de estudio, el desarrollo de la investigación se realiza con el apoyo de un trabajo de Doctorado en Ingeniería, con una dedicación específica al tema del intercambio térmico con efectos magnetocalóricos.

En el proyecto se usan dos métodos efectivos para evaluar los dispositivos de intercambio térmico, el trabajo experimental y modernas técnicas computacionales, apoyados con enfoques que involucran competencias analíticas avanzadas (Big Data), simulación avanzada y modelado virtual de componentes, automatización, entre otros, temas integrados bajo el concepto de INDUSTRIA 4.0. Para los experimentos, se diseña y se construye el sistema del flujo al intercambiador, con accesorios e instrumentos para la adquisición de datos. Además, se diseña y se fabrica el componente principal del intercambiador, seleccionando esponjas metálicas y otros materiales. Se planifican los experimentos y se evalúa el desempeño térmico del sistema Con los primeros resultados, se prevé hacer ajustes al intercambiador para su configuración final y con la ayuda además del concepto de Digital Twins se considera estudiar en un entorno virtual el comportamiento físico real del componente. Para el trabajo de modelación y simulación se investigan los modelos computacionales de energía y flujo. Se usa software computacional (CAE) de última generación como Comsol Multiphysics, Ansys, y Matlab para el modelo del dispositivo de intercambio térmico y se simula el intercambiador del banco experimental con el propósito de validar los resultados computacionales. Mejorado el modelo, este se usa para simular otros casos de interés, evaluando el intercambiador en distintas condiciones que permitan establecer su eficiencia en términos más generales.

Desarrollar y evaluar un intercambiador térmico con esponjas metálicas como
elementos de transferencia de calor.

Este proyecto se enmarca en el área de sostenibilidad de la línea de investigación Gestión de Operaciones y Sostenibilidad de la EIPI, quien se interesa de la generación en la producción y uso de bienes y servicios que mejoran la calidad de vida de la sociedad, haciendo un uso eficiente de los recursos naturales. En la línea Estadística Aplicada y Gestión de la Calidad se enmarca en la aplicación de la estadística para asegurar la validez y confiabilidad de la propuesta. Para ECIM / CIEMTEC la propuesta se enmarca en tres líneas de investigación: 1)Tecnologías Avanzadas para el Desarrollo y Aplicación de Materiales; 2) Caracterización de
Materiales y Ensayos No Destructivos; 3) Mecánica de Materiales.