Los tubos de calor pulsante ya no son una «caja negra»
Los aviones que utilizan combustibles fósiles tienen un enorme impacto ambiental. La Unión Europea se ha comprometido a conseguir una aviación climáticamente neutra y ya se está avanzando hacia los aviones totalmente eléctricos. Entretanto, aviones más eléctricos levantan el vuelo. Como puede dar fe cualquiera que tenga un portátil, los equipos electrónicos generan calor y requieren un sistema de gestión térmica eficiente. Y, en la propulsión híbrida, la necesidad de refrigeración aumenta a medida que se integran cada vez más componentes eléctricos. Una configuración de intercambiador de calor poco convencional, los tubos de calor pulsante (también denominados «tubos de calor oscilante»), podrían ser la respuesta. Inventados a principios de la década de los noventa del siglo pasado, son relativamente sencillos, fáciles de fabricar y muy eficaces para gestionar flujos de calor extremadamente altos. Sin embargo, su forma y su modo de funcionamiento únicos dan lugar a fenómenos físicos muy complejos y, hasta hoy en día, no había herramientas de ingeniería disponibles para simular su rendimiento. En el proyecto PHP2, financiado con fondos europeos, se ha creado una gran base de datos de resultados experimentales y herramientas para mejorar su comprensión y respaldar a la industria en la fase de prediseño.
Tubos de calor pulsante: un nuevo rumbo para la gestión térmica
Los tubos de calor están formados por un tubo que contiene un fluido (agua o refrigerantes) que se evapora al ser calentado por la fuente. En los tubos de calor convencionales, el vapor creado en la fuente de calor se desplaza por el tubo, se condensa en la fuente fría y el líquido resultante vuelve después a la fuente de calor por gravedad o capilaridad. Hay vías separadas para el vapor y el líquido. Según la coordinadora del proyecto, Gaëlle Mouret de Capgemini Engineering, «los tubos de calor pulsante son bucles en una configuración sinusoidal llenos parcialmente de un líquido y parcialmente de vapor. Sigue habiendo evaporación en la fuente de calor y condensación en la fuente de frío, pero las burbujas de vapor y el líquido se mezclan. El cambio de estado del fluido crea cambios de presión sin equilibrio a microescala, lo que provoca la oscilación de las burbujas». Sin herramientas para simular el rendimiento, las partes interesadas de la industria se enfrentaban a una barrera para el diseño, pero ya no es así.
Herramientas exhaustivas de modelización a partir de datos experimentales complejos
Los tubos de calor pulsante se han estudiado y desarrollado principalmente en el ámbito científico y universitario. Crear prototipos satisfactorios supuso todo un reto, ya que muchos diseños iniciales fracasaron. Al final, diez prototipos funcionales respaldaron una amplia campaña experimental, cuya base de datos resultante se utilizó para desarrollar y validar dos herramientas de prediseño. El modelo físico unidimensional de PHP2 permite una simulación detallada del comportamiento dinámico de los tubos de calor pulsante. Para un cálculo determinado se tarda aproximadamente una hora. «A partir de una amplia campaña experimental, creamos un modelo matemático reducido aprovechando el aprendizaje automático, entrenado con la base de datos experimental y validado con el modelo físico unidimensional. Con once parámetros de entrada, calcula el rendimiento de un tubo de calor pulsante (es decir, su resistencia térmica) en menos de un segundo con un error de aproximadamente el 20 %, superando con creces nuestro objetivo inicial del 50 %», explica Mouret. El uso de pilas de combustible en aeronaves para lograr aviones más eléctricos precisará de una gestión térmica avanzada. «Los tubos de calor pulsante son una prometedora tecnología de refrigeración para los aviones más eléctricos. Las herramientas de prediseño y la base de datos experimental de PHP2 harán que los tubos de calor pulsante pasen del ámbito de los estudios académicos a su uso en proyectos industriales y que respalden un transporte aéreo más limpio y ecológico», concluye Mouret.
Palabras clave
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