La gestión térmica de dispositivos microelectrónicos y optoelectrónicos es un tema de máximo interés. Un proyecto de la Unión Europea trabaja en la integración de un innovador sistema de refrigeración que utiliza flujos bifásicos, a diferencia de las técnicas convencionales, que emplean gases o líquidos monofásicos.
Los dispositivos microelectrónicos plantean el desafío constante de mantenerlos dentro de límites seguros de funcionamiento en lo relativo a la potencia, ya que cuanto mayor sea esta, mayor será normalmente la disipación de energía y por tanto el incremento de temperatura. El calor generado debe disiparse a fin de mejorar la fiabilidad y evitar fallos prematuros.
El proyecto «Thermal management of high power microsystems using multiphase flows» (THERMAPOWER), financiado con fondos europeos, está dando pasos importantes en el desarrollo de un modelo de gestión térmica innovador, eficiente y fiable basado en un gran número de estudios sobre transferencia térmica y flujos bifásicos. Los temas principales que están siendo estudiados incluyen la ebullición de la piscina, la evaporación, así como la ebullición y la condensación de flujo.
El equipo de científicos de este proyecto investigará de forma experimental los flujos bifásicos en tubos y canales con perfil superficial variable, además de caracterizar mediante técnicas de imagen innovadoras, los regímenes de flujo bifásico próximos a la nucleación por ebullición con superficies estructuradas o revestidas.
El trabajo también incluye la cuantificación tanto de flujos térmicos de condensación y evaporación en superficies con distintos grados de humectación en los microcanales con secciones transversales diversas, como de inestabilidades de flujo asociadas a caudales bifásico.
El equipo científico ha avanzado en una nueva forma de entender las inestabilidades de flujo durante el proceso de ebullición en sumideros de calor de uno y varios canales, con unos resultados que demuestran que dichas inestabilidades pueden registrarse al medir las caídas de presión o la temperatura a través de los canales. Mediante una técnica innovadora de imagen térmica, el equipo científico ha revelado la estructura del caudal durante la ebullición.
El trabajo también se orientó al estudio de la evaporación de caídas sesiles únicas y al incremento en la formación de burbujas. Los científicos de este proyecto revelaron la existencia de inestabilidades hidrotérmicas y de una película humectante fina en la base del burbujeo creciente durante la evaporación, además de producir el primer modelo que describe la naturaleza 3D del proceso de cambio de fase durante la evaporación de gotas humectantes en superficies calientes.
THERMAPOWER, proyecto de colaboración entre China, la Unión Europea y los Estados Unidos, ha obtenido unos resultados que deberían tener consecuencias importantes para muchos tipos de dispositivos, por ejemplo teléfonos móviles, sistemas de refrigeración, grupos de supercomputación y equipos espaciales.
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