Sistema de Refrigeración

Equipo de comunicaciones de Centum

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Resumen

El estudio para la mejora del sistema de refrigeración del equipo de comunicaciones de  Centum parte de la caracterización térmica del diseño base. Originalmente tan solo se disipaba calor mediante convección natural a través del aleteado original. Siendo necesaria la aportación de convección exterior forzada, se proponen una serie de modificaciones de diseño para incluir ventiladores externos. Además, para poder alcanzar los valores de convección necesarios, se requiere de la canalización del aire. Con ello se mejora la eficiencia y la transmisión de calor con el exterior.

Gracias a la simulación CFD es posible validar las modificaciones de diseño y el correcto funcionamiento del equipo bajo condiciones de operación extremas. Dentro del entorno de la simulación resulta sencillo reproducir las condiciones a las que el equipo se verá expuesto durante las pruebas de validación. De este modo, en fase diseño es posible asegurar que las temperaturas de operación no excedan el límite permitido.

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PROPUESTA DE DISEÑO

El diseño de todo el sistema de canalización ha sido optimizado para reducir las pérdidas de carga, de forma que el ventilador escogido sea capaz de aportar el caudal necesario que asegure el intercambio de calor requerido.

El aleteado original ha sido modificado, se ha añadido una cubierta adicional para permitir la canalización del aire y se ha perforado la zona inferior de dicha cubierta para evitar problemas de sobrepresión en la zona del ventilador.

Estas modificaciones, y el resto de recomendaciones de diseño se enmarcan dentro del punto de funcionamiento especificado, así como de acuerdo a las restricciones impuestas.

Sistema refrigeración lifeseeker

RESULTADOS

CONDICIONES INTERIORES DEL AIRE

Por limitaciones de crecimiento y por capacidad de impulsión, se ha optado por un ventilador centrígugo. Se trata de obtener el mayor coeficiente de convección posible, sin embargo,  este incremento viene con un coste respecto a los valores de sobrepresión que el ventilador deberá vencer. Para conocer las condiciones interiores del aire, es necesario realizar simulaciones numéricas que nos permitan conocer en detalle su comportamiento.

En las imágenes siguientes se muestran valores de velocidad y presión para un caudal de 40 CFM. Caso de estudio en el que se pretendía evaluar la adición de una rejilla en la zona inferior para reducir los valores de presión entorno al ventilador.

CONDICIONES INTERIORES DEL AIRE

Por limitaciones de crecimiento y por capacidad de impulsión, se ha optado por un ventilador centrígugo. Se trata de obtener el mayor coeficiente de convección posible, sin embargo,  este incremento viene con un coste respecto a los valores de sobrepresión que el ventilador deberá vencer. Para conocer las condiciones interiores del aire, es necesario realizar simulaciones numéricas que nos permitan conocer en detalle su comportamiento.

En las imágenes siguientes se muestran valores de velocidad y presión para un caudal de 40 CFM. Caso de estudio en el que se pretendía evaluar la adición de una rejilla en la zona inferior para reducir los valores de presión entorno al ventilador.

Obtención punto funcionamiento ventilador

CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA DE CANALIZACIÓN

Los valores de disipación térmica y temperatura máxima en los componentes están directamente relacionados con el caudal del ventilador. Por lo tanto, la reducción de pérdidas de carga es un apartado fundamental para aumentar el flujo de aire y mejorar el intercambio de calor. Es por ello que las mejoras de diseño propuestas tratan de minimizar la caída de presión en el sistema de canalización.

En la siguiente imagen se pueden observar las distintas curvas características para el diseño del sistema de refrigeración. También se muestra la curva propia del ventilador. La intersección de ambas curvas nos dará el valor de caudal impulsado, el cual aumenta conforme mejoramos aerodinámicamente el diseño.

EVOLUCIÓN DE LAS TEMPERATURAS

Por último, se muestran los valores máximos de temperatura en la carcasa exterior. A mayor caudal, mayor trasferencia de calor. En los valores de temperatura es donde mejor se puede apreciar las ventajas de la optimización del diseño en términos de pérdidas de carga.

En el gráfico anterior, se muestra la evolución de temperaturas en función del caudal para el diseño final a 45 y 55 grados ambiente. En ambos casos nos interesa incrementar el caudal para conseguir reducir los valores de temperatura y asegurar así el correcto funcionamiento del equipo.

Evolución temperaturas a 45 y 55 grados

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