Avance en la transferencia de calor y masa en los procesos a microescala basados en gases
El proyecto MIGRATE, financiado con fondos europeos, abordó los actuales retos de innovación a los que se enfrenta la industria europea en lo que respecta a la transferencia de calor y masa en los procesos a microescala basados en gases. Incluyó la modelización de procesos y dispositivos de transferencia de calor, y el desarrollo y la caracterización de sensores y sistemas de medición para la transferencia de calor en flujos de gas, así como microseparadores de gases impulsados térmicamente para dispositivos a microescala en pos de una mejor recuperación del calor. El desarrollo de microanalizadores de gases compactos requiere una comprensión en profundidad del comportamiento térmico inestable del flujo de gas con efectos de compresibilidad no despreciables, así como los efectos asociados a la adsorción/desorción y a la transferencia de calor longitudinal y transversal. También se necesitan sensores integrados que proporcionen bucles de retroalimentación rápida para el control optimizado de los procesos, lo que conduce a una mayor eficiencia térmica y a una menor demanda de recursos.
Nuevos métodos de modelización
Por consiguiente, los investigadores desarrollaron varias metodologías nuevas de modelización y descripciones precisas de la transferencia de calor por microflujos de gas en dispositivos miniaturizados, incluidos el contacto gas-líquido y la transición de fase. También diseñaron varios métodos de medición y un sensor de presión inalámbrico miniaturizado de mayor alcance, así como un sensor miniaturizado de temperatura y flujo de calor para flujos de gas basado en partículas termocrómicas. El rango del sensor de presión inalámbrico iba desde un alto vacío hasta una presión elevada, un rango que normalmente solo se ve cuando se usan varios sensores en conjunto. Además, MIGRATE construyó diferentes tipos de sensores ópticos ultravioleta para la cuantificación de compuestos orgánicos volátiles (COV). Se desarrollaron y probaron varios sistemas de sensores para COV basados en el efecto fotoeléctrico, los efectos de fotoionización en líquidos y el contacto gas-líquido. «Esto resulta importante para futuros análisis ambientales, ya que la Unión Europea ha reducido drásticamente los límites permitidos en el muestreo de la calidad del aire», dice el coordinador del proyecto Jürgen Brandner. Además, el proyecto creó o mejoró los modelos matemáticos para describir la transferencia de calor, el contacto gas-líquido y la transición de fase que ya están listos para su uso. «Además, se ha desarrollado y aplicado con éxito un modelo de orden reducido para la mejora de la transferencia de calor y la perturbación de los flujos en los intercambiadores de calor de gas de alta eficiencia. También se han construido y probado los correspondientes dispositivos de intercambio de calor para turbinas de gas de alta temperatura, que podrían ser útiles para futuras aplicaciones energéticas», explica Brandner.
Más conocimientos
MIGRATE proporcionó una comprensión más profunda del rendimiento de la transferencia de calor a microescala y desarrolló y caracterizó dispositivos de intercambio de calor gas-gas de alto rendimiento para su aplicación en aplicaciones energéticas descentralizadas y en la recolección de energía a partir del calor residual, entre otras. Además, los científicos se beneficiarán de las mejoras en la modelización y los nuevos códigos de simulación, así como de los nuevos diseños de sistemas y dispositivos microfluídicos. La aplicación de los sensores ambientales desarrollados por MIGRATE también ayudará a controlar los COV, lo que beneficiará a la sociedad en su conjunto. «Los dispositivos miniaturizados desempeñarán una función fundamental en las aplicaciones industriales y los sistemas de transporte del futuro, así como en el rediseño de los procesos existentes, que van desde las tecnologías industriales hasta los equipos personales», señala Brandner. Por último, la combinación de la iniciativa de investigación universitaria, pymes y principales partes interesadas de la industria a nivel mundial aportará información significativa sobre los problemas de transferencia de calor del flujo de gas a microescala y de las aplicaciones industriales de los dispositivos miniaturizados de alta eficiencia. La investigación se llevó a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie.
Palabras clave
MIGRATE, transferencia de calor, miniaturizado, transferencia de masa, compuestos orgánicos volátiles, sensor de presión, termocrómico, microanalizador de gases
