Los microintercambiadores de calor, los intercambiadores de calor a microescala o los intercambiadores de calor microestructurados son intercambiadores de calor en los que (al menos uno) el fluido fluye en confinamientos laterales con dimensiones típicas inferiores a 1 mm. El confinamiento más típico son los microcanales , que son canales con un diámetro hidráulico inferior a 1 mm. Los intercambiadores de calor de microcanales pueden estar hechos de metal o cerámica. [1]
Los intercambiadores de calor de microcanales se pueden utilizar para muchas aplicaciones, entre ellas:
La investigación de dispositivos térmicos a microescala está motivada por la correlación de flujo interno monofásico para la transferencia de calor por convección:
Donde es el coeficiente de transferencia de calor , es el número de Nusselt , es la conductividad térmica del fluido y es el diámetro hidráulico del canal o conducto. En los flujos laminares internos , el número de Nusselt se vuelve constante. Éste es un resultado al que se puede llegar analíticamente: para el caso de una temperatura de pared constante y para el caso de un flujo de calor constante para tubos redondos. [6] El último valor se incrementa a 140/17 = 8,23 para placas planas paralelas.[2] Como el número de Reynolds es proporcional al diámetro hidráulico, el flujo de fluido en canales de pequeño diámetro hidráulico será predominantemente de carácter laminar. Por lo tanto, esta correlación indica que el coeficiente de transferencia de calor aumenta a medida que disminuye el diámetro del canal. Si el diámetro hidráulico en convección forzada fuera del orden de decenas o cientos de micrómetros, debería producirse un coeficiente de transferencia de calor extremadamente alto.
Esta hipótesis fue investigada inicialmente por Tuckerman y Pease. [7] Sus resultados positivos llevaron a nuevas investigaciones que van desde investigaciones clásicas de transferencia de calor de un solo canal [8] hasta investigaciones más aplicadas en intercambiadores de calor de aletas de placas de microcanales y microescala paralelos . Trabajos recientes en este campo se han centrado en el potencial de los flujos de dos fases a microescala. [9] [10] [11]
Al igual que los intercambiadores de calor "convencionales" o de "macroescala" , los microintercambiadores de calor tienen uno, dos o incluso tres [12] flujos fluídicos. En el caso de un flujo fluídico, el calor se puede transferir al fluido (cada uno de los fluidos puede ser un gas , un líquido o un flujo multifásico ) desde cartuchos calentadores accionados eléctricamente, o eliminarse del fluido mediante elementos accionados eléctricamente como Peltier. enfriadores. En el caso de dos flujos fluídicos, los microintercambiadores de calor suelen clasificarse según la orientación de los flujos fluídicos entre sí como dispositivos de "flujo cruzado" o " contraflujo ". Si una reacción química se lleva a cabo dentro de un microintercambiador de calor, este último también se denomina microreactor .