Posibles Soluciones

Teniendo en cuenta las causas que provocan el gradiente térmico analizadas en el apartado anterior se podrían pensar diversas soluciones:

  1. Intentar conseguir la máxima simetría geométrica horizontal posible en los elementos que conforman el instrumento D4 mediante
    • la retirada del soporte y manteniendo la muestra “levitando” dentro del instrumento.
    • el acoplamiento de un tallo en la parte superior de la muestra de características geométricas y físicas similares a las del soporte.
  2. Reducir el calor absorbido por la muestra en la parte superior, limitando o desviando el calor que aporta el cilindro en este punto. Por ejemplo, extrayendo los shields superiores.
  3. Minimizar las pérdidas térmicas de la muestra hacia el soporte mediante la reducción de la conductancia térmica del soporte.

 

Conseguir simetría geométrica dentro del instrumento D4

repilcar o quitar soporteA pesar de que la opción de retirar el soporte y mantener la muestra levitando es la que daría las mínimas pérdidas térmicas y, por tanto, sería la más eficiente des del punto de vista energético, tecnológicamente es la opción menos viable y, por tanto, será desestimada.

La opción de acoplar una “réplica invertida” del soporte en la parte superior de la muestra, en cambio, sí que podría ser una opción viable y a tener en cuenta, ya que se añadirían más pérdidas térmicas en la muestra que servirían para compensar las pérdidas de la muestra hacia el soporte. Se obtendría, así, una distribución térmica en la muestra más simétrica, reduciendo, de esta manera, el gradiente térmico.

A pesar de que esta opción podría dar buenos resultados en cuanto a la mejora del gradiente térmico de la muestra, se ha decidido no estudiarla, puesto que al añadir más pérdidas térmicas en la muestra se obtiene un sistema menos eficiente, el cual requiere de un mayor aporte energético para mantener la misma temperatura media en la muestra.

 


Reducir el calor absorbido por la parte superior de la muestra

sin shields superioresExtrayendo, o reduciendo, el número de shields superiores se incrementan las pérdidas térmicas del cilindro hacia el recinto contenedor, reduciendo, así, la temperatura de la parte superior del cilindro. De este modo se podría obtener una distribución térmica en el cilindro más simétrica y se conseguiría que las celdas superiores de la muestra estuvieran viendo puntos del cilindro a temperaturas más bajas y similares a las que ven las celdas de la parte inferior.

Tanto la opción de añadir una “réplica invertida” del soporte
en la parte superior de la muestra como la opción de extraer los shields
superiores afectan negativamente a la eficiencia energética del sistema.

Se conseguiría, de este modo, minimizar la asimetría térmica horizontal de la muestra y, por tanto, reducir el gradiente térmico en la muestra de material. No obstante, esta solución, al igual que la anterior, también añade más pérdidas térmicas, haciendo el sistema menos eficiente energéticamente. Se intentará, por tanto, evitar esta solución en beneficio de la eficiencia energética del sistema.


Reducir la conductancia térmica del soporte

Con tal de reducir la magnitud de las pérdidas de calor de la muestra hacia el soporte y suavizar, así, el perfil térmico en la muestra, hay que pensar en modificar alguno de los parámetros del soporte que definen la transferencia térmica a través de él. Estos parámetros, ya comentados, son la conductividad térmica de lol materiales del soporte (cambio de materiales del soporte) y la geometría del mismo.

Con el fin de reducir las pérdidas térmicas de la muestra hacia el soporte, se ha decidido diseñar un nuevo tubo de alúmina de grosor inferior al que se utilizaba originalmente. Esta reducción del grosor provoca una disminución del área efectiva de transferencia de calor por conducción, dificultando, de este modo, el flujo de calor a través del soporte.

La reducción de grosor con la que se ha trabajado es de un milímetro, pasando de un grosor original de 2 mm a un grosor objetivo de 1 mm. Esta disminución del grosor del tubo de alúmina del soporte provoca una disminución en el área de transferencia de calor por conducción del 43,75%variacio_gruix


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