AERONÁUTICA El sistema exFan engloba todos los componentes que no están relacionados con el almacenamiento y conversión de energía. Este nuevo concepto de propulsión propuesto requiere de intercambiadores de calor que presenten una serie de características que los hagan más eficientes y duraderos. INTERCAMBIADORES DE CALOR EFICIENTES Y DURADEROS PRODUCIDOS POR FABRICACIÓN ADITIVA En este escenario, uno de los principales objetivos del proyecto es el diseño y fabricación de un intercambiador de calor eficiente y duradero, es decir de alta resistencia al fouling, al desgaste y a la corrosión. Los objetivos de diseño para alcanzar el equilibrio entre empuje y resistencia —alta transferencia de calor y bajas pérdidas de presión— son en cierto modo opuestos en el diseño del intercambiador de calor. Por lo tanto, deben equilibrarse cuidadosamente. La alta transferencia de calor en los intercambiadores de calor se consigue con estructuras o geometrías que conducen a un flujo turbulento, pero la baja resistencia se consigue con estructuras que conducen a un flujo laminar. En el proyecto exFan se está trabajando en el diseño eficiente del intercambiador de calor que será producido por fabricación aditiva (FA) mediante la tecnología de lecho de polvo L-PBF empleando un diseño biónicos o bio-inspirados. El empleo de la FA permite fabricar intercambiadores de calor más eficientes debido a las geometrías complejas y diseño de canales internos que pueden fabricarse con esta tecnología y que no sería posible obtener por métodos convencionales. OPTIMIZACIÓN MULTIFÍSICA PARA AUMENTAR LA EFICIENCIA DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR El concepto de optimización multifísica consiste en combinar múltiples disciplinas para crear diseños de alto rendimiento optimizados según múltiples objetivos de optimización. Los principales objetivos de optimización para el diseño de un intercambiador de calor son una elevada relación superficie/volumen y el equilibrio adecuado entre flujo turbulento y laminar, así como la durabilidad estructural y la ligereza. Para lograr estos objetivos y crear diseños de piezas complejas, se utiliza una combinación de diferentes herramientas CAD, así como simulación CFD y FEM. Estos diseños pueden incluir canales internos complejos, superficies de forma libre o estructuras reticulares de relleno. Para ello son especialmente adecuadas las estructuras reticulares formadas por superficies mínimas triplemente periódicas (TPMS, Triply Periodic Minimal Surfaces), que pueden describirse mediante una ecuación matemática y presentan una relación mínima entre volumen y superficie. Ejemplo de un intercambiador de calor con TPMS integradas (Fraunhofer IAPT). 26
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