Establecimiento de los dominios físicos a partir de estructuras TPMS matemáticamente definidas para obtener intercambiadores de calor compactos reconfigurables

Abstract

El análisis por elementos finitos es de gran importancia en la ingeniería ya que permite validar sistemas antes de fabricarlos permitiendo un ahorro de tiempo y dinero. El presente trabajo estudia la incidencia de parámetros de las ecuaciones de las superficies mínimas triples periódicas (TPMS) en su comportamiento térmico y mecánico haciendo uso del análisis por elementos finitos (FEA) mediante el uso de software libre, para ello se desarrolla un método para el diseño matemático, obtención y preparación de mallas superficiales y volumétricas, colocación de contornos, simulación y visualización de resultados para las TPMS más comunes como la Schoen Gyroid (SG), Schwarz Diamond (SD) y Schwarz Primitive (SP). Se realiza también un diseño experimental (DOE) considerando los diferentes parámetros de diseño de las TPMS. Mediante el análisis del DOE se obtienen como resultados que la TPMS con mejor comportamiento térmico es la SD y la que tiene mejor comportamiento mecánico es la SP y haciendo uso de los resultados del análisis se imprimen las estructuras más representativas por tipo de TPMS mediante estereolitografía (SLA) y se les realiza una validación dimensional. Este estudio utiliza herramientas computacionales y estadísticas lo que representa una ventaja debido a que se pueden obtener metamodelos que relacionan los factores del DOE con la respuesta del análisis que en caso del comportamiento térmico es la tasa de transferencia de calor q [W] y en caso del comportamiento mecánico es el esfuerzo de Von Misses máximo VM_max [MPa].