“Los intercambiadores de calor están en el centro de la finanzas industrial. Son una parte esencial de todas las máquinas y cada sistema que mueve la energía”, dice William King, profesor de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign y uno de los autores del nuevo estudio. Los diseños existentes tienden a mejorar las líneas rectas, los ángulos rectos y los tubos redondos, agrega.
King y sus colegas usaron la impresión 3D para diseñar un intercambiador de calor que incluya características para optimizar el movimiento de calor, como paredes onduladas y protuberancias en forma de pirámide, que no sería posible hacer que el uso de técnicas de fabricación tradicionales.
El equipo se había propuesto diseñar un sistema basado en un refrigerante popular llamado R-134A, que se usa comúnmente en dispositivos como aires acondicionados y refrigeradores. Cuando el agua fría reduce la temperatura del refrigerante, cambia de un gas a un nítido en su camino a través del dispositivo. Ese refrigerante nítido puede continuar con otras partes del sistema de refrigeramiento, donde se usa para dominar la temperatura de cualquier cosa, desde una habitación hasta una rejilla de servidores.
La mejor modo de entibiar el refrigerante tiende a involucrar a la construcción de paredes muy delgadas entre los dos lados del dispositivo y maximizar la cantidad de contacto que el agua y el refrigerante hacen con esas paredes. (Piense en cuánto más frío se pondría con una camiseta flaca y pantalones y acostado sobre hielo que simplemente tocarlo con las manos enguantadas).
Para diseñar el mejor intercambiador de calor posible, los investigadores utilizaron simulaciones y desarrollaron modelos de educación instintivo para ayudar a predecir el rendimiento de diferentes diseños en diferentes condiciones. Luego de 36,000 simulaciones, los investigadores aterrizaron en el que decidieron desarrollar.
Entre los componentes esencia: pequeñas aletas que sobresalen en el costado del dispositivo que toca el agua, aumentando el ámbito de superficie para maximizar la transferencia de calor. El equipo todavía diseñó pasillos ondulados para que pase el agua, una vez que nuevamente ayude a maximizar el ámbito de superficie. Las simulaciones ayudaron a los investigadores a descubrir exactamente cuán curvos deberían ser los pasajes y dónde precisamente colocar las aletas.
En el costado de los dispositivos donde pasa el refrigerante, el diseño incluye pequeñas protuberancias en forma de pirámide a lo espléndido de las paredes. Estos no solo maximizan el ámbito para entibiar, sino que todavía ayudan a mezclar el refrigerante a medida que pasa y evita que el nítido recubra la horma (lo que ralentizaría la transferencia de calor).
Luego de decidirse por un diseño, los investigadores utilizaron una técnica de impresión en 3D convocatoria sinterización de láser de metal directo, en el que los láseres se derriten y fusionan un polvo de metal (en este caso, una aleación de aluminio), capa por capa.
