Aplicación Práctica / Practical Issues
Recibido: 16-10-2020, Aprobado tras revisión: 11-01-2021
Forma sugerida de citación: Toapanta, F.; Cortez, J.; Orellana, W.; Quitiaquez, W. (2021). “Estudio Numérico Mediante CFD del
Proceso de Enfriamiento con Intercambiadores de Calor en Sistemas Computacionales”. Revista Técnica “energía”. No. 17,
Issue II, Pp. 55-64
ISSN On-line: 2602-8492 - ISSN Impreso: 1390-5074
© 2021 Operador Nacional de Electricidad, CENACE
Numerical Study Using CFD of the Cooling Process with Heat Exchangers in
Computer Systems
Estudio Numérico Mediante CFD del Proceso de Enfriamiento con
Intercambiadores de Calor en Sistemas Computacionales
F. Toapanta
1
J. Cortez
1
W. Orellana
1
W. Quitiaquez
1
1
Universidad Politécnica Salesiana, Quito, Ecuador
E-mail: ltoapanta@ups.edu.ec, jcortezc2@est.ups.edu.ec,
worellanac@est.ups.edu.ec, wquitiaquez@ups.edu.ec
Abstract
This scientific article deals with the study and
simulation of a radiator that is based on a cross-flow
tubular heat exchanger, which has the purpose of
cooling the processor, graphics card of a CPU or
various hardware in computer systems. Various
simulations are carried out in the ANSYS program
having various inlet temperatures ranging from
75 °C to 90 °C and with different mass flows. The
results show that, as the inlet temperature of the
fluid to be cooled increases, the outlet of this fluid
also increases. However, when mass flow is increased
there is a decrease in heat rejection in computational
devices.
Resumen
El presente artículo científico trata el estudio y
simulación de un radiador que se basa en un
intercambiador de calor tubular de flujo cruzado, el
cual tiene un propósito de refrigerar el procesador,
tarjeta gráfica de una CPU o diversos hardware en
los sistemas de computación. Se realizan diversas
simulaciones en el programa ANSYS teniendo varias
temperaturas de ingreso que van en rangos desde 75
°C hasta 90 °C y con flujos másicos diferentes. Los
resultados muestran que, al aumentar la
temperatura de ingreso del fluido a refrigerar, la
salida de este fluido tambien aumenta. Sin embargo,
cuando se aumenta el flujo másico existe una merma
en el rechazo de calor en los dispositivos
computacionales.
Index terms Cooling, CFD, ANSYS, heat
exchanger.
Palabras clave Enfriamiento, CFD, ANSYS,
intercambiador de calor.
55
Edición No. 17, Issue II, Enero 2021
1. INTRODUCCIÓN
Tradicionalmente, la mayoría de los centros de
procesamiento de datos adoptan refrigeración por aire
donde las unidades de aire acondicionado de la sala de
computadoras bombean volúmenes de aire refrigerado
para enfriar los equipos y eliminan el calor al ambiente.
A medida que los centros de datos aumentan de tamaño
y los sistemas actuales de refrigeración por aire
alcanzan sus limitaciones, la tecnología de refrigeración
evolucionará inevitablemente hacia sistemas de
refrigeración por líquido-aire (híbrido) o líquido [1], [2],
[3]. El enfriamiento por agua de los servidores está
emergiendo a las plataformas de computación de alto
rendimiento debido a los requisitos para el enfriamiento
efectivo de servidores de alta densidad y también para el
reciclaje efectivo del calor residual [4].
Los llamados componentes activos, como las CPU y
las GPU generan flujos de calor hacia el medio
ambiente en promedio de 120 kW/m², se pueden enfriar
con refrigeración líquida, mientras que los componentes
pasivos, como las RAM y los discos duros que
generalmente no generan mucho calor, se pueden enfriar
con refrigeración por aire, esto propone diseñar un
sistema de intercambiador de calor que consiste en
disipar el calor de dos fluidos diferentes en un solo
sistema, para abordar este concepto, un novedoso
intercambiador de calor de triple fluido está diseñado
para la refrigeración híbrida en centros de datos [5].
Devdatta y Kulkarni [6] realizaron el diseño y
pruebas de un intercambiador de calor de refrigeración
líquida monofásica con un poder de disipación de calor
de 170 W. En los experimentos se utilizó propilenglicol,
para investigar la caracterización del rendimiento
térmico del intercambiador de calor. Se encontró que la
resistencia térmica cae significativamente para el
líquido monofásico, en función del flujo de aire a través
del intercambiador de calor. El beneficio de la
utilización de este intercambiador de calor es el
aumento de la capacidad de potencia de la CPU ya que
se incrementa entre un 26% y un 47%.
En Singapur en el Instituto de Microelectrónica,
A*STAR (Agencia de Ciencia, Tecnología e
Investigación, por sus siglas en inglés), se desarrolló el
diseño de un intercambiador de calor de flujo cruzado
que fuera capaz de disipar un calor de 500 W
provenientes de los servidores. El intercambiador de
calor de flujo cruzado trabaja con aire y agua como
fluidos, además, tiene que ser fabricado con aluminio
debido que cumple con los requisitos de rendimiento
térmico del sistema de enfriamiento además de su peso
ligero [7].
Fan et al. [8] realizaron el diseño analítico de un
intercambiador de calor que debe tener un poder de
disipación de 215 W necesario para CPU’s de alto TDP
(Thermal Design Power, máxima potencia que es capaz
de usar un dispositivo). El intercambiador de calor
muestra un rendimiento térmico de 0.106°C/W y 0.114
°C/W para una CPU Xeon Phi de 215 W, con una
variación del 5% en comparación con los resultados de
las pruebas térmicas realizadas en el disipador de aire,
lo que indica la viabilidad del diseño.
Shedd y Morell [9] encontraron que, el diseño de un
sistema de enfriamiento líquido capaz de disipar 1500
W de calor provenientes de 10 procesadores,
conformado por 2 intercambiadores de calor de flujo
cruzado y 10 “bloques de CPU, es más eficiente que un
sistema tradicional de refrigeración por viento,
mostrando un una mejora del 55% en el procesamiento
computacional, reducción del ruido producido por el
sistema de refrigeración y finalmente el sistema
mantiene una temperatura constante e igual en los 10
procesadores con un margen de error de +/- 2 °C
En Electronic Cooling Solutions Inc. se realizó el
diseño y construcción de un sistema de refrigeración
líquida capaz de enfriar un chip procesador de alta
densidad de potencia, el diseño consiste en un
intercambiador de calor de flujo cruzado y demostró que
con un flujo de refrigerante (Novec 649 de la marca 3
m) de 1.39 litros/min tiene una capacidad de disipación
de 1400 W de antes de alcanzar el límite de bloque de
cobre de 100 °C (temperatura máxima de un
procesador). Este diseño demostró ser más eficiente que
el diseño tradicional de refrigeración por viento y
diseños alternativos de refrigeración líquida [10].
Se encontró en un estudió de Kheirabadi y Groulx
[11] que, para la electrónica del servidor se ha
presentado soluciones de enfriamiento líquido, las
cuales han exhibido mejoras significativas en términos
de las limitaciones de la transferencia de calor,
temperaturas del refrigerante y caudales de refrigerante
en relación con enfriamiento de aire tradicional.
Las temperaturas promedio más altas de CPU y
placa madre (MB) del sistema de enfriamiento del
disipador de calor indican que, no es un sistema de
enfriamiento efectivo en comparación con los sistemas
de refrigeración por agua y refrigeración termoeléctrica,
los valores de rendimiento son inversamente
proporcionales a la temperatura promedio de la CPU y,
por lo tanto, el sistema de enfriamiento termoeléctrico,
que tiene la CPU con la temperatura promedio más baja,
ofrece el mayor rendimiento de la CPU [12].
Una solución de enfriamiento recomendada es un
sistema de enfriamiento líquido de contacto térmico.
Este sistema elimina los riesgos de fugas presentes en
los sistemas convencionales de refrigeración por agua
mediante la sustitución de sus conectores fluídicos con
un intercambiador de calor de contacto térmico, el
inconveniente adicional fue el calor suplementario de
las interfaces de transferencia que sirvieron para
aumentar la temperatura general y la resistencia del
sistema [13].
56
Toapanta et al. / Estudio Numérico Mediante CFD del Proceso de Enfriamiento con Intercambiadores de Calor
Un sistema de enfriamiento tradicional comparado
con un sistema de doble capa planteado en Wang, et al.
[14], muestra que el conjunto otorga un rendimiento de
enfriamiento mejorado en 4.11%, 0.98% y 0.85 de 0 m/s
a 8 m/s, no obstante, deteriorado en 0.48% y 0.52% con
viento fuertes con velocidades de 12 m/s y 16 m/s. Este
modelo propuesto podría recomendarse para alta
capacidad de plantas de energía, en lugares áridos con
pequeñas velocidades del viento durante todo el año.
La orientación óptima para el sistema de
enfriamiento permite extraer la máxima disipación de
energía térmica es la posición del termosifón, que
permite eliminar entradas de calor de hasta 150 W si se
tiene en cuenta que la CPU funciona de forma segura
con una temperatura de unión continua inferior a 90 °C.
Para estas mismas condiciones de funcionamiento, en
posiciones horizontales y con antigravedad, el sistema
de enfriamiento permite eliminar entradas de calor de
hasta 100 W y 50 W, respectivamente [15].
Un sistema Propuesto en Sun et al. [16] consta de
una unidad de refrigeración por compresión de vapor
conectada con una unidad de tubería de calor separada
por un condensador evaporativo, en comparación con la
unidad de expansión directa de enfriamiento por aire y
el enfriamiento por aire enfriador de doble fuente, el
sistema propuesto tiene el menor consumo anual de
energía con la mayor energía eficiencia. Por lo que es la
opción preferida para centros de datos en
funcionamiento durante todo el año, especialmente en
regiones con baja temperatura media anual.
Con el fin de proponer otras opciones a un
intercambiador de calor, en el modelo matemático de
Liang et al. [17], para tubo de calor y el sistema
termoeléctrico, en términos de entrada de energía
eléctrica y capacidad de enfriamiento a varias
temperaturas, el HP (Heat Pipe) mejoró su capacidad y
el coeficiente de rendimiento (COP) del sistema TE
(Thermoelectric) en un 53% y 42% respectivamente a
una temperatura final fría de 10 ° C. La tubería de calor
es más conveniente para enfriar dispositivos grandes a
temperaturas más altas.
En el presente artículo se pretende realizar el diseño
de un intercambiador de calor para el enfriamiento de
procesadores AMD Epyc, reemplazando el sistema de
refrigeración por viento a un sistema de refrigeración
líquida, mediante el intercambiador de flujo cruzado, y
dicho diseño será comprobado con el estudio numérico
de donde se la selección del mejor material para la
construcción del intercambiador de calor.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
El presente documento trata sobre el diseño y
simulación de un sistema de enfriamiento líquido, en el
programa computacional ANSYS para determinar el
comportamiento del mismo, el sistema consta de
diferentes elementos como lo muestra la Fig. 1, cuenta
con un depósito, en el cual se encuentra alojado el
líquido, una bomba que se encarga de extraer el fluido
para llevarlo hacia el bloque, saliendo del mismo el
fluido caliente, ingresa al radiador, elemento del cual se
realizara el análisis, y finalmente en este volver a enfriar
el fluido logrando así que se repita el ciclo.
Figura 1: Diagrama de funcionamiento del sistema de
enfriamiento
El llamado “Bloque” del sistema tiene un objetivo
claro, el cual es, enrutar el líquido refrigerante hacia el
lugar que el usuario requiere enfriar de una manera más
eficiente. Su apariencia física suele estar formada por
alteas o micro aletas, de tal manera que el fluido pasa
entre ellas y absorbe el calor generado para
posteriormente seguir con el proceso.
El diseño del radiador tiene que ser capaz de disipar
más calor del que absorbe y en el escenario más
extremo posible, disipar el mismo calor que recolecta de
los servidores, para lograr este objetivo hay que tener en
cuenta varios factores como lo son, el aire ambiente, los
ventiladores, entre otros.
2.1. Funcionamiento del Radiador
El funcionamiento del radiador comprende varios
pasos, el líquido entra caliente por un agujero y sale por
el otro extremo a menor temperatura. Mientras viaja
por dentro del radiador recorre varias zonas sensibles a
la temperatura ambiente que se encuentran más frías.
Al pasar por esta zona fresca, el líquido disipa calor
antes de retornar al depósito.
Para disipar calor el radiador cuenta con aletas de
metal muy finas unidas a los tubos por donde pasa el
líquido, estas aletas en conjunto con los ventiladores y
el aire exterior, enfrían el tubo del radiador y a su vez la
del líquido que pasa por su interior.
Los radiadores generalmente se los encuentra de dos
tipos de materiales, de aluminio y de cobre, estos, con
respecto a los tubos y sistemas de disipación de calor ya
que las otras partes que conforman el radiador como son
los racores donde se conectan las mangueras y las partes
laterales son de latón simplemente.
El cobre y el aluminio como se conoce son
materiales que se calientan y se enfrían con mucha
facilidad y rapidez. El radiador diseñado y analizado en
57
Edición No. 17, Issue II, Enero 2021
el presente documento se lo realizará de cobre y latón,
esto debido a las características favorables entre uno y
otro, ya que, al introducir aluminio en algún
componente de este, se produciría reacciones
desfavorables entre los materiales como lo es la
corrosión galvánica.
El radiador que es instalado en una determinada
parte de la CPU cuenta con una entrada y salida del
agua destilada, el enfriamiento se llevará a cabo con la
ayuda del flujo de aire como se muestra en la Fig. 2,
cabe recalcar que aire provendrá de ventiladores.
Figura 2: Esquema de funcionamiento del disipador
Las dimensiones principales del radiador para
enfriamiento de procesadores son: 11.5 cm de largo y
7.9 cm de ancho, en la Fig. 3 se aprecian estas
dimensiones, además, de otras longitudes fundamentales
para este estudio numérico.
Figura 3: Dimensiones del radiador
Para el análisis teórico del calor disipado, así como
las temperaturas de entrada, salida y del procesador o
bien tarjeta gráfica que se utilice como elemento a
enfriar se utilizan valores de flujo másico de agua y aire
de equipos comerciales tentativos para la construcción
de este modelo de intercambiador de calor los
parámetros principales se presentan en la tabla 1. Por
otro lado, el disipador es un intercambiador de calor de
tubos extendidos, fabricado de cobre y se realiza el
análisis de este dispositivo por su versatilidad de
aplicación y construcción.
Tabla 1: Parámetros principales de análisis
Parámetro
Agua
Aire
Flujo másico, [kg/s]
0,14
9
Calor específico,
[J/kgK]
4190
1005
Temperatura de
entrada (T_in), [°C]
75 – 86
20 – 30
La temperatura de entrada del aire se considera un
valor de entre 20 y 30 °C adoptando los valores
menores si el intercambiador de calor se encuentra en
Quito y valores máximos en lugares más calurosos
como en la región Costa.
Se asume el rango de 75 a 86 °C al observar
estadísticas y experiencias personales de procesadores y
tarjetas gráficas utilizadas en un día normal, llegando a
una temperatura máxima y recomendable de 86 °C.
Al determinar las diferentes variables de interés que
se representan posteriormente en la simulación se utiliza
el método de NTU (número de unidades de
transferencia). Los resultados obtenidos en base a
temperatura ambiente de Quito y temperatura máxima
del procesador.
2.2. Modelado Numérico
En el modelado de un intercambiador de calor de
flujo cruzado, el modelo de simulación que se elige es
K-épsilon RNG (k-ε), debido a que este modelo de
turbulencia contempla superficies curvas presentes en el
intercambiador de calor.
El modelo de turbulencia basado en RNG (k-ε) se
deriva de las ecuaciones instantáneas de Navier-Stokes,
utilizando una técnica matemática llamada métodos de
"grupo de renormalización" (RNG).
Al ser un intercambiador diseñado con curvas, es
necesario la aplicación de este método kappa épsilon
RNG, en la ecuación 1 presentada a continuación
representa el modelo de turbulencia para la energía
cinética kappa.
El modelo de turbulencia basado en RNG (k-ε) se
deriva de las ecuaciones instantáneas de Navier-Stokes,
58
Toapanta et al. / Estudio Numérico Mediante CFD del Proceso de Enfriamiento con Intercambiadores de Calor
utilizando una técnica matemática llamada métodos de
"grupo de renormalización" (RNG).
Al ser un intercambiador diseñado con curvas, es
necesario la aplicación de este método kappa épsilon
RNG, en la ecuación 1 presentada a continuación
representa el modelo de turbulencia para la energía
cinética kappa.
(1)
La ecuación 2 representa la difusividad épsilon en el
modelo de turbulencia.
(2)
El procedimiento de eliminación de incrustaciones
en la teoría RNG da como resultado una ecuación
diferencial para la viscosidad turbulenta como se
muestra en la ecuación 3.
(3)
La ecuación para conservación de la masa o
ecuación de continuidad y ecuación de conservación de
momento pueden ser escritas de la siguiente forma:
(4)
(5)
Donde:
(6)
Por otro lado, la ecuación para la conservación de la
energía esta descrita de la siguiente forma:
(7)
2.3. Mallado
Mediante el análisis se pretende obtener los datos de
temperatura de salida de agua fría del intercambiador de
flujo cruzado diseñado para el presente artículo
científico. El objeto principal para analizar en las
simulaciones se va a centrar en el tubo del
intercambiador de calor.
La malla que se muestra en la Fig. 4 se obtuvo
después de validar la operación de mallado con la
herramienta “Body Sizing” considerando un tamaño de
elemento igual a 0,75 mm, no se consideró un menor
tamaño para mantener la malla con un número menor a
500000 elementos, esta estrategia de mallado fue
aplicada tanto a la parte del tubo como a la parte del
líquido en su interior.
Figura 4: Mallado del intercambiador de calor con detalle
Es importante comprobar la convergencia del
mallado, en la Fig. 5 se observa una convergencia de
malla bajo el enfoque de ortogonalidad, dando un valor
numérico promedio de 0,7862. Este es adecuado para
proceder con las simulaciones previstas.
Figura 5: Convergencia de malla, enfoque de ortogonalidad
i eff b M
i j j
G G Y S
t x x x

  




2
1.72
1
v
v
d dv
vC







·
m
vS
t
·v vv p g F
t

·
x
rr
v
vv
v
x r r

··
j j h
j
E v E p h J S
t





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Edición No. 17, Issue II, Enero 2021
Por otro lado, se corrobora la calidad de mallado con
el enfoque de oblicuidad o Skewness para el mallado de
análisis, en la Fig. 6 se presenta el promedio de
oblicuidad, obteniendo un valor numérico promedio de
0.221, el mismo que se encuentra en el rango de
mallado excelente.
Figura 6: Convergencia de malla, enfoque de oblicuidad
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Con el objetivo de obtener una variedad de
resultados, condiciones estándar tomando en cuenta la
temperatura ambiente en donde se encuentre el equipo,
más específicamente la computadora que este equipado
el sistema de enfriamiento y los valores de flujo másicos
presentado en la tabla 1 de la sección anterior se
presentan simulaciones con valores de temperaturas
máximas y mínimas, así como variación del flujo de
agua y calor disipado del procesador.
Todas las simulaciones inician bajo el modelo de
turbulencia k−𝜀 RNG debido a que este es el mejor
método para analizar con precisión los cambios
ocurridos en las secciones curvas del tubo en forma de
serpentín.
Se inicia las simulaciones con una temperatura de
entrada del agua de 86 °C que, se traduce a la
temperatura del procesador máxima recomendable
según fabricantes para el trabajo exigente de un
computador. Se obtuvieron resultados de temperatura de
salida de 20.267 °C frente a una temperatura esperada
de 20 °C según los cálculos teóricos se observa un
rendimiento eficaz, que otorga una viabilidad aprobada
en la construcción de este sistema. Con esto se realiza la
comprobación del programa, métodos y modelos,
utilizados para este estudio numérico.
La Fig. 7, corresponde al enfriamiento del agua que
se utiliza para refrigerar las unidades computacionales,
se observa un ingreso de temperatura 85.3 °C y una
salida de 22.31 °C, se obtiene esta temperatura de salida
al hacer circular el agua con un flujo másico de 0.14
kg/s.
Figura 7: Intercambiador de calor, entrada y salida de
temperaturas
Como complemento, en la Fig. 8, se observa un
contorno que muestra las variaciones de turbulencia que
tiene el agua dentro del tubo en forma de serpentín. Se
aprecia que las partes de mayor turbulencia están
ubicadas en las curvaturas del tubo, una vez superada
esa sección, la turbulencia decrece dramáticamente.
Figura 8: Energía cinética de turbulencia en el serpentín
En otra simulación con una temperatura del
procesador de 90 °C, que presenta un caso extremo, se
toma esta temperatura como un caso de suposición,
debido a que los ventiladores pueden estar en mal
estado o existir otros daños en el hardware, los
resultados obtenidos de temperatura de salida del agua
60
Toapanta et al. / Estudio Numérico Mediante CFD del Proceso de Enfriamiento con Intercambiadores de Calor
de 26 °C, en este caso el intercambiador de calor
resuelve el problema de la alta temperatura.
En la Fig. 9, se visualiza el descenso de temperatura
para las dos simulaciones anteriores, la primera con
temperatura de ingreso de agua de 86 °C y la segunda
para la temperatura de ingreso de 90 °C, estas
analizadas en el último tubo del serpentín de
refrigeración. Se logra que la temperatura de salida
llegue hasta 26 °C, esta se encuentra en un rango
aceptable de enfriamiento del agua.
Figura 9: Comparación de la temperatura de salida con diferentes
temperaturas de ingreso
Por otro lado, en la Fig. 10, se observa la variación
de la temperatura de salida cuando la capacidad calórica
que se desprende del intercambiador aumenta, desde
38.7 kW, que es la capacidad calórica de diseño, hasta
39 kW, estas con temperatura de ingreso de 90 °C. La
temperatura de salida, para la capacidad calórica de
diseño, se obtiene de 26 °C, mientras que, para la
variación de la capacidad calórica de salida la
temperatura obtenida es de 23.9 °C. Esto se traduce a
que, si se aumenta la salida de calor la temperatura de
refrigeración disminuye.
Figura 10: Comparación de la temperatura de salida con
diferentes capacidades de calor
Se realiza otra simulación, manteniendo la
temperatura del procesador de 75 °C que viene a ser un
caso de trabajo normal entre moderado y pesado y con
un aumento del flujo másico del fluido de 0,17 kg/s que
se debería al cambio de la bomba del sistema, se
observa la temperatura de salida de 22.7 °C. Esto se
aprecia en la Fig. 11.
Figura 11: Contorno de temperatura con T=75°C
Finalmente, la Fig. 12 muestra el cambio de
temperatura en todo el intercambiador, al inicio se tiene
una temperatura de 75 °C y a la salida se observa una
temperatura de 20 °C.
Figura 12: Cambio de temperatura en el intercambiador
61
Edición No. 17, Issue II, Enero 2021
La temperaturas alcanzadas en las diversas
simulaciones realizadas se traducen en un acierto con
respecto al análisis teórico con lo cual el intercambiador
de calor propuesto es idóneo para el trabajo del presente
artículo, la construcción del proyecto sería una opción a
los sistemas de refrigeración comerciales al obtener
unos resultados prácticamente eficientes y que sirven al
usuario, al comparar las temperaturas obtenidas con los
resultados del cálculo previo, podemos determinar que
tan solo se presenta un error porcentual de un 1.34%, se
observa que el comportamiento del intercambiador de
calor es bueno. A su vez como trabajo complementario
se realizaron diversos casos de simulación abarcando
cualquier situación que se presente en un día ordinario
con el computador obteniendo resultados satisfactorios
al encontrar una refrigeración suficiente si el procesador
está a su máxima temperatura que es de 90 °C.
En la Fig. 13, se aprecia como la temperatura del
agua se va reduciendo a medida que circula por el
intercambiador de calor, al principio se observa que el
agua ingresa a 55 °C, al tiempo de menos de 1 s el agua
desciende hasta el valor de 22.5 °C, con esto se logra el
objetivo de este estudio, constatar la reducción de
temperatura del agua que recircula por todo el servidor
de datos computacionales.
Figura 13: Variación de temperatura del agua en función del
tiempo
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En función a los resultados obtenidos, se pueden
plantear las siguientes conclusiones:
• Se realizó la simulación numérica para el tubo
del radiador, con diámetro hidráulico de 3.75 mm,
diseñado previamente en SOLID WORKS, mediante el
software ANSYS CDF. La simulación se elaboró en
estado estacionario, utilizando agua como fluido de
trabajo, con una temperatura inicial de 86 °C, una salida
de calor previamente calculada por la pared externa del
tubo de cobre y un flujo másico igual a 0.14 kg/s.
• La transferencia de calor que ocurre desde el
agua, hacia el tubo y posteriormente al ambiente, fue
numéricamente simulada con un flujo de agua que
atraviesa toda la tubería en forma de serpentín, se utilizó
el modelo de turbulencia kappa-épsilon RNG debido
que este modelo considera de una manera más precisa la
turbulencia ocurrida en las secciones curvas presentes
en la tubería.
• Al utilizar agua como fluido para refrigerar tiene
como ventaja su gran capacidad de enfriamiento en
comparación con el aire, ya que su capacidad calorífica
es cuatro veces mayor.
• Al momento de comparar la temperatura de
salida calculada por simulación en ANSYS CFD con la
temperatura de salida obtenida por cálculos realizados a
mano, se nota que existe un error de tan solo 1.34%,
esto comprueba la viabilidad de la simulación.
• Cuando se supone una temperatura de entrada
del agua igual a 90 °C (por altas exigencias en el
procesador), se observa una temperatura de salida de
24.285 °C, lo cual, si bien es adecuado para mantener el
procesador a una temperatura de trabajo, se pueden
realizar modificaciones en los ventiladores o la bomba
de agua para ajustar la temperatura de salida a 20 °C
que sería lo óptimo.
AGRADECIMIENTOS
Los autores de esta investigación agradecen a la carrera
de ingeniería mecánica de la Universidad Politécnica
Salesiana, al Grupo de Investigación en Energías
Renovables e Implementación Mecánica de Pymes
GIERIMP y al Branch ASHRAE UPS-QUITO, por sus
grandes aportes en este estudio.
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9. 2003.
Fernando Toapanta Ramos.-
Nació en Quito, Ecuador en 1986.
Recibió su título de Ingeniero
Mecánico de la Universidad
Politécnica Salesiana, sede Quito
en 2012; de Master en Gestión de
energías de la Universidad Técnica
de Cotopaxi, Latacunga en 2016; y
esta terminando su tesis doctoral en ingeniería, en la
Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín-Colombia.
Sus campos de investigación están relacionados con la
mecánica de fluidos, termodinámica, transferencia de
calor y simulaciones de procesos en cambio de fase
mediante ANSYS.
Jairo Cortez Chamorro.- Nació
en Quito en 1997. Esta en el último
semestre de la carrera de ingeniería
Mecánica en la Universidad
Politécnica Salesiana, sede Quito.
Sus campos de investigación están
relacionados con el diseño
mecánico, energía térmica,
termodinámica y transferencia de calor.
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Edición No. 17, Issue II, Enero 2021
Wilson Orellana Chicaiza. -
Nació en Quito en 1993. Esta en el
último semestre de la carrera de
ingeniería Mecánica en la
Universidad Politécnica Salesiana,
sede Quito. Sus campos de
investigación están relacionados
con el diseño mecánico, energía
térmica y cálculo estructural.
William Quitiaquez. - Nació en
Quito en 1988. Recibió su título
de Ingeniero Mecánico de la
Universidad Politécnica Salesiana
en 2011; de Magister en Gestión de
Energías de la Universidad Técnica
de Cotopaxi, en 2015; de
Magister en Ingeniería de la
Universidad Pontificia Bolivariana de Medellín, en
2019. Actualmente, obtuvo la distinción de Candidato a
Doctor en la Universidad Pontificia Bolivariana de
Medellín, su campo de investigación se encuentra
relacionado a Fuentes Renovables de Energía,
Termodinámica, Transferencia de Calor y Simulación.
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