Estudio de transferencia de calor en estructuras celulares TPMS (Triply Periodic Minimal Surface) fabricadas mediante estereolitografía

Abstract

El presente trabajo busca nuevas aplicaciones para estructuras celulares TPMS (Triply Periodic Minimal Surface), enfocado a un análisis de transferencia de calor en las principales estructuras del tipo TPMS con la ayuda del software Ansys, mismas que han sido sometidas a un análisis numérico de transferencia de calor y de mecánica de fluidos CFD (Computational Fluid Dynamics) con el objetivo de determinar cuál estructura presenta mayor cantidad de transferencia de energía. Se realizó un diseño de experimentos (DOE) con diseño factorial de manera paralela con la construcción de un banco de pruebas formado por sensores para la toma de datos de temperatura y presión, ventiladores para generar aire forzado al interior de la estructura porosa y para enfriar una cara de la celda Peltier mediante disipadores de calor, consta de una estructura impresa donde se ubica los equipos y un tubo rectangular para la estructura celular en el centro del mismo con paredes aisladas adiabáticamente en los costados y la cara inferior. Las celdas Peltier se conectan a un microcontrolador que suministra alimentación proporcional para generar las temperaturas de trabajo, el cual, como los sensores, se encuentran conectados a una tarjeta Arduino Nano que procesa y toma los datos a través de una hoja Excel para su posterior análisis en el software Minitab. Una vez validados los resultados se realizó una simulación sobre el comportamiento de un disipador de calor comercial bajo las mismas condiciones, concluyéndose que la estructura celular presenta un comportamiento muy prometedor en el campo de la transferencia de calor, así como una considerable caída de presión debido a su intricada geometría.