Copper metal foam as an essential construction element of innovative heat exchanger

Espuma metálica de cobre como elemento constructivo esencial de un intercambiador de calor innovador

El artículo trata de la creación de un innovador intercambiador de calor - colector para el colector solar de tubos de vacío con tubo de calor, cuyo elemento funcional esencial es la cámara de intercambio de calor hecha de espuma metálica de cobre. El diseño del intercambiador de calor se basa en la utilización eficaz de las propiedades únicas de la espuma de metal que hace posible el diseño de dispositivos altamente eficaces y de ahorro de espacio. El volumen interior del intercambiador de calor se redujo de 0,00045 m³ a 0,000135 m³ y la superficie de intercambio de calor aumentó de 0,0104 m² a 0,1403 m² en el prototipo propuesto, lo que incrementa drásticamente la eficiencia del intercambio de calor. La propuesta en sí se basa en las propiedades físicas únicas de la espuma metálica, que se describieron mediante análisis computacional.

INTRODUCCIÓN

Los materiales con estructura celular son utilizados por la naturaleza en la construcción de los objetos naturales más grandes y fuertes, ya sean huesos, madera o corales, la estructura celular proporciona propiedades únicas de este material [1]. El uso industrial de materiales con estructura celular ha sido recientemente muy limitado con el nivel de desarrollo tecnológico, en cuanto a los últimos conocimientos y tecnología de fabricación avanzada permitió "copiar" la naturaleza y el despliegue de estos materiales en diversas industrias y aplicaciones[ 2-4].

Las espumas metálicas también tienen un enorme potencial económico o de comercialización en el campo de la metalurgia[5]. Las espumas metálicas son un material único con una estructura celular formada por espacios vacíos en el material metálico básico.

PROPIEDADES DE LA ESPUMA METÁLICA

Las características clave de la espuma metálica se dan en el proceso metalúrgico.

La base del proceso de fabricación reside en la creación de las condiciones adecuadas en las que se forman espacios vacíos (microburbujas de gas) en el metal fundido debido a la formación de espuma en la masa fundida.

En circunstancias normales, las microburbujas de gas tenderán a elevarse debido a las fuerzas de flotación en la superficie de la masa fundida. Según [6], este ascenso puede limitarse aumentando la viscosidad de la masa fundida o añadiendo elementos de aleación a la masa fundida, que crean componentes estabilizadores. Diversas condiciones afectan directamente a las propiedades finales de la espuma metálica. En la actualidad, en la metalurgia de las espumas metálicas prevalecen tres métodos de fabricación: la inyección de gas en la masa fundida desde una fuente externa, la adición de un agente espumante que produce burbujas de gas in situ y la fusión de microburbujas de gas que se difunden en el metal fundido.