Demostrando la tecnología energética de próxima generación, los investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign están utilizando la optimización de la topología y la impresión 3D de metal para diseñar intercambiadores de calor ultracompactos de alta potencia.
Utilizados en la mayoría de las industrias principales, incluidas la energía, el agua, la fabricación, el transporte, la construcción, la electrónica, la química, la petroquímica, la agricultura y la aeroespacial, los intercambiadores de calor transfieren energía térmica de un medio a otro.
Durante décadas, los diseños de los intercambiadores de calor se han mantenido relativamente sin cambios. Los avances recientes en la impresión 3D permiten la producción de diseños de intercambiadores tridimensionales que antes se consideraban imposibles. Estos diseños nuevos e innovadores funcionan de manera significativamente más efectiva y eficiente, pero requieren herramientas de software y métodos de diseño específicos.para fabricar los dispositivos de alto rendimiento.
Reconociendo la necesidad de desbloquear nuevos intercambiadores de calor de alto rendimiento, los investigadores de la Facultad de Ingeniería de Grainger han desarrollado herramientas de software que permiten nuevos diseños de intercambiadores de calor 3D.
"Desarrollamos un software de optimización de formas para diseñar un intercambiador de calor de alto rendimiento", dijo William King, profesor de Ingeniería y Ciencias Mecánicas en la Facultad de Ingeniería de Grainger y líder del estudio conjunto. "El software nos permite identificar diseños 3D queson significativamente diferentes y mejores que los diseños convencionales ".
El equipo comenzó estudiando un tipo de intercambiador conocido como intercambiador de calor de tubo en tubo, donde un tubo está anidado dentro de otro tubo. Los intercambiadores de calor de tubo en tubo se usan comúnmente en agua potable y sistemas de energía de edificios.Utilizando una combinación del software de optimización de forma y la fabricación aditiva, los investigadores diseñaron aletas que solo fueron posibles mediante la impresión 3D de metal internas de los tubos.
"Diseñamos, fabricamos y probamos un intercambiador de calor de tubo en tubo optimizado", dijo Nenad Miljkovic, profesor asociado de Ciencia e Ingeniería Mecánica y líder del estudio conjunto. "Nuestro intercambiador de calor optimizado tiene una densidad de potencia volumétrica aproximadamente 20 veces mayorque un dispositivo de tubo en tubo comercial de última generación ".
Con miles de millones de intercambiadores de calor en uso en todo el mundo en la actualidad y aún más atención puesta en nuestra necesidad de reducir el consumo de combustibles fósiles, la demanda de intercambiadores de calor compactos y eficientes está aumentando, particularmente en industrias donde el tamaño y la masa del intercambiador de calor impacta significativamente el rendimiento, el alcance ycostos.
Investigación patrocinada por el Centro de Investigación de Ingeniería de la Fundación Nacional de Ciencias para la Optimización de Energía de Sistemas Electrotérmicos POETS y el Instituto Internacional para la Investigación de Energía Neutral en Carbono WPI-I2CNER.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería Grainger de la Universidad de Illinois . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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