Thermal and Permeability Properties of Metal Aluminum Foams for Functional Applications

Propiedades térmicas y de permeabilidad de espumas metálicas base aluminio para aplicaciones funcionales

Objetivo: se hicieron pruebas de transferencia térmica y de caída de presión para determinar los coeficientes de permeabilidad y de conductividad térmica de espumas metálicas de aluminio fabricadas mediante el proceso IPS (Infiltración de Preformas Solubles). Método: para ambas pruebas, se utilizaron muestras de espumas metálicas con 50mm de diámetro y 20mm de espesor, con tamaños de poro de 0.5, 1.0 y 2.0mm y una densidad relativa de 0.34. Para la realización de las pruebas de caída de presión, se realizó una adaptación de un sistema de flujo de fluidos y, los valores de permeabilidad se calcularon utilizando la ley de Darcy. Por otra parte, para obtener los coeficientes de conductividad se utilizó el ensayo de la caja térmica y la ley de Fourier. Resultados: se encontró que hay una influencia importante del tamaño de los poros en los valores de permeabilidad y de conductividad térmica obtenidos. Por último, los resultados se compararon con los obtenidos por otros investigadores, determinando que estos son muy consistentes con los encontrados en el presente trabajo. Conclusiones: nuestro interés es mejorar el conocimiento sobre las espumas metálicas y en este sentido, proponer la posibilidad de su uso en aplicaciones que involucran flujo de fluidos y transferencia de calor.

INTRODUCCIÓN

Los metales celulares son una familia de materiales caracterizados por una estructura gaseosa en un metal sólido, lo que produce un material altamente poroso. Existen dos tipos de metales celulares, a saber, las espumas metálicas de célula cerrada, que se distinguen por sus finas paredes alrededor de los poros, y las espumas metálicas de célula abierta, que se caracterizan por sus poros interconectados. Además de la baja densidad de estos materiales, ambos grupos de metales celulares presentan interesantes propiedades físicas y mecánicas. Estas propiedades incluyen una alta rigidez, absorción de impactos, alta resistencia a la compresión, absorción de energía de deformación, buena absorción acústica y permeabilidad al flujo de fluidos, entre otras. Dependiendo del tipo de estructura celular, es posible determinar su potencial aplicación estructural y funcional [1]-[3].

En concreto, las espumas metálicas de célula abierta tienen un amplio espectro de aplicaciones funcionales debido a sus características, entre las que destacan la tortuosidad y la elevada relación superficie/volumen, que favorecen la mezcla de fluidos y el régimen turbulento, produciendo una excelente transferencia térmica.