Análisis numérico y analítico de la transferencia de calor por convección en dispositivos electrónicos

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado estudia la transferencia de calor por convección forzada en un intercambiador compacto con cuatro canales cilíndricos horizontales embebidos en un bloque sólido rectangular. A diferencia de otros enfoques con geometrías simplificadas o configuraciones verticales, se plantea un modelo simbólico más representativo, con una fuente de calor en la base y condiciones adiabáticas en el resto de las superficies. Se describe la geometría, se formulan hipótesis físicas realistas y se plantean las ecuaciones de conservación en coordenadas cilíndricas, que posteriormente se trasladan a coordenadas cartesianas para facilitar su tratamiento como medio poroso. Tras su adimensionalización, el modelo se resuelve analíticamente mediante Mathematica, obteniéndose soluciones exactas para la velocidad y planteándose expresiones analíticas para la temperatura. Se analizan los parámetros adimensionales clave, como los números de Nusselt, Reynolds y Prandtl. El trabajo sienta una base teórica sólida para análisis futuros, con aplicaciones en electrónica, automoción o bioingeniería, donde la gestión térmica resulta crítica.