Estudio sobre el efecto de las dimensiones de un ducto sobre la producción de entropía en fluidos viscoelásticos oscilantes

En procesos de conversión de energía, el desempeño de dispositivos térmicos reales se ve siempre
afectado por pérdidas irreversibles que conducen a un incremento de la entropía y a reducir la
eficiencia térmica. Por ello, se ha dedicado mucho esfuerzo de investigación a entender los procesos
físicos que intervienen en ese tipo de fenómenos con el propósito de reducir las irreversibilidades
hasta donde sea posible. Por otro lado, el diseño de muchos dispositivos tradicionales tales como
intercambiadores de calor, enfriadores, etc., y el desempeño de procesos que involucran remover
calor de componente como chips electrónicos y otros dispositivos similares de alta tecnología tienen
están basados en el mejoramiento de la transferencia de calor con el fin de lograr las mejores
condiciones de operación. En las situaciones descritas, el análisis de la generación de entropía
aparece como una herramienta para caracterizar los procesos irreversibles asociados y promete ser
una ayuda para optimizar el funcionamiento de un dispositivo dado. En sistemas basados en fluidos
en movimiento, la generación de entropía generalmente involucra irreversibilidades originadas por la
transferencia de calor y la fricción viscosa.
Los flujos oscilatorios parecen ser particularmente adecuados cuando se trata de mejorar los
procesos de transporte en diferentes situaciones. Por ejemplo, los flujos oscilatorios pueden mejorar
el transporte de masa respecto al transporte difusivo que ocurre en un fluido estático. Similarmente,
la difusividad térmica efectiva en un fluido Newtoniano en un ducto sujeto a un flujo oscilatorio de
velocidad promedio cero puede alcanzar un valor máximo para una serie de frecuencias de
oscilación específicas y mejorar la transferencia de calor. También, en el caso de un fluido
viscoelástico fluyendo por un tubo, la permeabilidad dinámica puede mejorar en ciertas frecuencias
de oscilación resonantes dadas. Recientemente, los flujos oscilatorios a altas frecuencias han
recibido mucha atención en condiciones en las que los efectos inerciales son despreciables con el
propósito de utilizarles en aplicaciones en microdispositivos. De los resultados enumerados, se
puede ver que una combinación adecuada de flujo oscilatorio, condiciones térmicas en la frontera y
propiedades viscosas del fluido de trabajo puede redundar en una disminución de la producción de
entropía global del sistema y en general en un mejoramiento en el funcionamiento del dispositivo. El
énfasis se ha puesto en el cálculo de la generación de entropía y su análisis subsecuente. El uso de
este método se ha extendido al caso de fluidos complejos en geometrías tales como ductos, tubos,
etc. En este proyecto se estudia este mismo tipo de dispositivos y los efectos que la separación entre
placas puede tener en la producción de entropía global del sistema. Investigaciones muy recientes
acaban de mostrar que las dimensiones de diversos dispositivos tienen un efecto en sus propiedades
de transporte, sobre todo cuando los dispositivos se miniaturizan a escalas micro o más pequeñas.
Concretamente, se utiliza un fluido de Maxwell-Cattaneo sujeto a un flujo oscilatorio de velocidad
media cero que se encuentra entre placas paralelas. Se estudiarón los efecto que la separación entre
las placas tiene en la transferencia de calor y en la producción de entropía cuando las dimensiones
del sistema se llevan a la escala micrométrica. El método que se emplo es el de minimización de la
producción de entropía global, anteriormente mencionado.

Participante: Sac Nicté S. Medina

Institución: Facultad de Ciencias, UAEM

Lugar: Auditorio ICF

Fecha y hora: Este evento terminó el Jueves, 29 de Abril de 2010