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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/6145| Título : | Investigación sobre el fenómeno de transferencia de calor por conducción en componentes electrónicos de uso espacial a través de fotografía infrarroja y simulaciones numéricas. |
| Autor : | FERRER PEREZ, JORGE ALFREDO |
| Fecha de publicación : | 2018 |
| Resumen : | Un satélite o nave espacial está formado de componentes electrónicos y mecánicos los cuales están divididos en subsistemas entre los que es posible mencionar: el subsistema de estructura mecánica, propulsión, control térmico, suministro de potencia, telemetría-rastreo-y-comando, de actitud y control de órbita, computadora-de-abordo-y-manejo-de-datos (OC&DH por sus siglas en ingles) y lo más importante, la instrumentación correspondiente a la carga útil. Para que el satélite opere correctamente, todos componentes deben de funcionar dentro de sus límites operaciones, es decir dentro del rango de temperatura en el cual los componentes fueron diseñados. Cuando estos límites son rebasados, nos encontramos en un rango de temperatura llamado de supervivencia donde los componentes pueden ser dañados físicamente de manera definitiva si no se regresa al rango de temperatura operacional. Este proyecto pretende investigar la transferencia de calor por conducción en sistemas electrónicos destinados a ser usados en el espacio. Para lo cual, se detectarán los lugares con calentamientos no deseados en tarjetas electrónicas usando fotografía infrarroja y simulaciones numéricas. Esta información será utilizada para agregar pistas de grafeno en lugar estratégicos y así disipar el calor generado por efecto Joule como ha sido reportado por otros grupos de trabajo. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6145 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | FERRER PEREZ, JORGE ALFREDO |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2018-2019 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | + Estudiar las propiedades térmicas del grafeno reportadas en la literatura y sus aplicaciones actuales en sistemas espaciales para comprender su uso y manejo. + Estudiar las diferentes maneras en que grafeno puedo ser adherido a placas fenólicas, co |
| metadata.dc.description.hypothesis: | Es posible detectar calentamientos no deseados de sistemas electrónicos diseñados para ser usados en el espacio a través de fotografía infrarroja y simulaciones numéricas lo que permitirá implementar planes de acción para disipar el calor utilizando pistas de grafeno. |
| metadata.dc.description.strategies: | Para este proyecto se plantea utilizar la metodología CDIO (Concebir, Diseñar, Implementar, Operar) combinado con la metodología SMAD (Space Mission Analysis and Design). Adicionalmente se utilizará la Guía de Verificación y Validación de AIAA para realizar la verificación de los resultados numéricos sencillos utilizando código libre y la validación (usando cámara infrarroja FLIR T600) de soluciones numéricas con el comportamiento térmico operacional de las pistas de grafeno. Investigar zonas de calentamiento no deseado en componentes electrónicos que serán usados en el espacio a través de técnicas de fotografía infrarroja y simulaciones numéricas que puedan detectar puntos críticos donde se utilice el grafeno para incrementar la disipación de calor por conducción. |
| metadata.dc.description.goals: | Para el proyecto PE110718 se lograron las siguientes metas: + Se realizó una búsqueda del estado del arte de las propiedad térmicas y eléctricas del grafeno. En particular, se encontró que el grafeno tiene varias presentaciones donde la conductividad térmica varía de manera drástica pudiéndose comportar desde un dieléctrico hasta un material de muy alta conductividad térmica. También se encontró información sobre las aplicaciones espaciales que se están investigando para comprender su desempeño con diferentes condiciones ambientales que las de la tierra y donde se busca que el grafeno pueda ser usado para fines de control térmico de naves espaciales, así como el material base para poder crear velas para propulsión. + Se investigó el proceso de implementación de pistas de grafeno en componentes de tarjetas electrónicas utilizando impresión 3D, donde se encontró que su incorporación es un proceso que involucra un gran número de retos. Dado que el proyecto contempló la incorporación de un material a base de carbono para incrementar la transferencia de calor por conducción de elementos en tarjetas de Circuitos Integrados ya terminadas, se detectaron retos relacionados con su adherencia a la tarjeta. Adicionalmente, se pudo contar con información para establecer un protocolo de pruebas para validar que el material incorporado disipara calor. + Se definió el protocolo de pruebas para realizar fotografía infrarroja para estudiar el comportamiento de tarjetas de circuitos integrados bajo un esquema dinámica. En particular, se pudo diseñar un experimento para detectar y estudiar la evolución de la temperatura de los puntos calientes localizados elementos como procesador, transistores, etc. Estos puntos se originan cuando el dispositivo comienza a funcionar, por lo que se comienza a generar energía por efecto Joule. Esta energía tiene que ser disipada para mantener al dispositivo dentro de su rango de temperatura operacional, de lo contrario se podría alcanzar el rango de temperatura de supervivencia, donde los componentes pueden sufrir daños físicos irreversibles debido a la degradación de material. + Se realizaron simulaciones numéricas preliminares para evaluar el impacto de pistas de grafeno vs pistas de cobre usadas en una tarjeta de circuitos integrados para disipar el calor bajo un modo operacional. En particular se generaron varios experimentos numéricos considerando escenarios sencillos para estudiar como un material con mayor conductividad térmica que la del cobre podría disipar mayor cantidad de calor. Estas simulaciones se realizaron utilizando el método de diferencias finitas y sólo el modo de transferencia de calor por conducción. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El proyecto "Investigación sobre el fenómeno de transferencia de calor por conducción en componentes electrónicos de uso espacial a través de fotografía infrarroja y simulaciones numéricas" considera la descripción teórica, numérica y experimental para comprender el fenómeno de transferencia de calor en componentes electrónicos. Durante el desarrollo del proyecto se afrontaron varios retos, desde la adquisición del material, hasta el reclutamiento de alumnos para a la asignación de becas de licenciatura que cumplieran con los requisitos que marca DGAPA. Sin embargo, a pesar de que los productos finales comprometidos sufrieran ligeras modificaciones respecto a lo proyectado, se pudo generar material didáctico importante que le permitirá a alumnos y/o público interesado en el tema, poder comprender cómo el fenómeno de transferencia de calor por conducción puede apoyar a la disipación de energía de componentes electrónicos que forman las tarjetas de circuitos integrados. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | + Búsqueda del estado del arte de las propiedades térmicas y eléctricas del grafeno. + Investigar el proceso de implementación de pistas de grafeno en componentes de tarjetas electrónicas utilizando impresión 3D. + Definir el proceso implement |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Ingeniería |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenierías |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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