2026-04-13T02:39:22Zhttps://recercat.cat/oai/requestoai:recercat.cat:2117/905032025-07-23T01:39:12Zcom_2072_1033col_2072_452951
urn:hdl:2117/90503
Estudio computacional de la disipación térmica de espumas metálicas diseñadas mediante el método de Voronoi
Levices, Quentin
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria dels materials
Structural engineering
Enginyeria d'estructures
Elements finits, Mètode dels
Las espumas metálicas son materiales complejos que existen desde hace varias décadas.
Son utilizadas en un amplio rango de aplicaciones incluida la disipación de calor de
dispositivos electrónicos. Este proyecto trata del estudio computacional de tres tipos de
estructura de espumas metálicas de células abiertas diseñadas por el método de Voronoi
como disipadores de calor. Este modelo es muy utilizado para modelizar espumas
metálicas, permite obtener estructuras porosas con poros de forma poliédrica. La
modelización de las estructuras porosas ha sido realizada con el software Grasshoper©.
Tres modelos han sido generados con la misma porosidad pero con una densidad de poros
variable. Luego, el estudio computacional de estas estructuras ha sido hecho con el software
COMSOL Multiphysics©, un software ampliamente utilizado que se basa en el método de
los elementos finitos. Tres modelos han sido generados con COMSOL Multiphysics© con el
fin de estudiar el comportamiento de las espumas metálicas en conducción y convección
forzada. En este proyecto, la convección natural y la radiación se han tomado como
insignificantes. Se observa la influencia de la densidad de poros, del tipo de material y de la
velocidad de entrada del aire en la espuma (en convección forzada), sobre las
características térmicas en conducción (conductividad térmica efectiva, resistencia térmica
de conducción), y las características hidráulicas (permeabilidad, factor de inercia) y térmicas
(resistencia térmica global) en convección forzada.
Para cada tipo de transferencia de calor, los resultados son comparados con
modelos y resultados de estudios antecedentes (modelos de BATTACHARYA [2] [3],
CALMIDI [7], GROS [14], GOMEZ GONZALEZ [12] [13]). Los resultados obtenidos con
COMSOL pertenecen a los estudios realizados previamente. Se ha observado que la
conductividad térmica efectiva baja ligeramente para densidades de poros más altas.
Además, la elección de un metal de alta conductividad térmica permite disminuir
sustancialmente la resistencia térmica de conducción. En convección forzada, se
encuentran permeabilidades iguales entre las tres estructuras porosas, mientras que el
factor de inercia es más alto para una menor densidad de poros. Este factor de inercia ha
aparecido como un parámetro importante para la disipación de calor. En efecto, se
encuentra la menor resistencia térmica con la espuma de baja densidad de poros, y no con
la espuma de alta superficie especifica. El tipo de metal utilizado se ha mostrado también
importante en la elección del disipador de calor;; en efecto ha sido la espuma de hierro (o
sea de menor conductividad térmica) la que ha mostrado las peores prestaciones de
disipación de calor.
2016-01
Master thesis (pre-Bologna period)
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
Open Access
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Spain
Universitat Politècnica de Catalunya