Feasibility analysis of nucleate pool boiling enhacement method and its application as CPU cooling system
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Título
Feasibility analysis of nucleate pool boiling enhacement method and its application as CPU cooling systemAutoría
Tutor/Supervisor; Universidad.Departamento
Hernández López, Leonor; Universitat Jaume I. Departament d'Enginyeria Mecànica i ConstruccióFecha de publicación
2017-10-18Editor
Universitat Jaume IResumen
Currently, the great increase of the electronics and computer industry has made the presence of this kind of components possible everywhere. As a consequence, there is a need to improve the performance as well as to ... [+]
Currently, the great increase of the electronics and computer industry has made the presence of this kind of components possible everywhere. As a consequence, there is a need to improve the performance as well as to reduce the size of electronic elements in new technologies, in order to make them more efficient and powerful as well as more cost-effective.
In the industry and all the industrial systems, whether small-scale or large-scale, different cooling methods or systems are really needed, especially in the areas related to electronics or to the use of heat sources, in as much as these components need to be cooled down in order to ensure their correct performance. Actually, the poor refrigeration of certain systems could be the main cause of different malfunctions affecting directly the device performance and, consequently, causing irreversible damage. That is the reason why the optimization of cooling systems is vital to carry out energetically adequate industrial processes or simply to get specific objectives.
Moreover, some electronic components, like processors, consume a great amount of the entire energy furnished to the main computer. In fact, the CPU is the most important part or a crucial part of a computer, it would be the brain of the computer. Therefore, as such important part, the CPU heat generation is sometimes heavy, depending on the process realised. For this reason, it is essential the use of efficient refrigerating systems, in order to provide an excellent performance in terms of heat evacuation. In addition, the power consumption is another important aspect to analyse, because it is related to some parameters regarding the CPU heat.
That is the reason why, the main purpose of this project is to design a new system of cooling down a CPU, based on the nucleate pool boiling mechanism, thanks to the use of an enhancement boiling method. For that, it is necessary to carry out a previous analysis in order to determine the best mechanism to improve the heat transfer between a CPU and a fluid. The two methods analysed, which are developed in the Trinity College of Dublin, consisted of using a porous and roughness coating and the electrohydrodynamic (EHD) technology. Therefore, due to the best enhancements and some other aspects, the first technique is the one used in the designed cooling system. In order to carry out the project, some programs such as Excel or SolidWorks are required, to the data collection or to the cooling system design. The experimental study has been realised in a boiling chamber composed by a condenser, a heating block and many other parts.
Regarding the expected results using this new cooling system, the goal is to keep the CPU temperature quite constant by using the boiling mechanism and at the same time, to reduce it, compared to the temperature reached using common ventilators. Finally, an economic feasibility study is carried out, in terms of energy savings, which is expected thanks to this new method. The final project has the following structure: report, drawings, solicitation document and budget. [-]
En la actualidad, el gran incremento de la electrónica y el sector informático, han hecho posible la presencia de esta clase de componentes por todo el mundo. Como consecuencia del continuo avance de la tecnología y ... [+]
En la actualidad, el gran incremento de la electrónica y el sector informático, han hecho posible la presencia de esta clase de componentes por todo el mundo. Como consecuencia del continuo avance de la tecnología y las enormes exigencias del mercado, existe una gran necesidad de mejora de dichos elementos, ya sea disminuyendo su tamaño como incrementando su rendimiento. De esta forma, se consiguen unos productos más eficientes en términos de potencia y coste final.
Por otra parte, en la mayoría de sectores industriales de hoy en día, estén relacionados o no con la electrónica o con el uso de fuentes de calor, son necesarios distintos sistemas de refrigeración cuya función está ligada a la prevención de posibles daños irreversibles o funcionamientos erróneos de dichos sistemas. Por esta razón, la optimización en el diseño de esta clase de productos puede ser clave para la consecución de determinados objetivos. Algunos componentes como los procesadores, consumen una alta cantidad de la energía suministrada al ordenador. De hecho este elevado consumo, es principalmente debido a la importante función de dichos componentes en el seno del ordenador, sin ir más lejos son considerados como los cerebros del mismo. Como consecuencia, la cantidad de calor disipado por la superficie hace necesaria la presencia de un sistema de refrigeración que permita evacuar esa energía disipada.
Es por esto que la finalidad de este proyecto es el diseño de un nuevo sistema de refrigeración para procesadores, basado en el principio físico de la ebullición nuclear y mediante el empleo de un método que permite mejorar dicho fenómeno físico. Para ello, es necesaria la realización de distintos análisis para determinar el mejor método de mejora de la ebullición nuclear. Los dos métodos analizados fueron desarrollados en la Universidad Trinity College de Dublin y consisten en el uso de una capa porosa y rugosa y el uso de la tecnología de los campos eléctricos. Tras el estudio experimental, el mejor método para mejorar la ebullición nuclear y por tanto, empleado para el diseño del sistema de refrigeración, es el uso de una capa porosa y rugosa, principalmente debido a que las mejoras obtenidas son más elevadas. Además, para la realización del proyecto, fue necesario el uso de programas como Excel o SolidWorks, para la recogida de datos o el diseño del sistema de enfriamiento. Al mismo tiempo, el estudio experimental ha sido llevado a cabo en una cámara de ebullición formada por un condensador, un bloque térmico y otras muchas partes.
Con respecto a los resultados que se esperan obtener usando este nuevo método, la meta final es conseguir enfriar el procesador a temperaturas por debajo de las alcanzadas usando otros métodos de refrigeración, permitiendo al mismo tiempo, mantener esa temperatura estable, gracias al fenómeno de la ebullición. Por último, sobre esta aplicación, se lleva a cabo un estudio de viabilidad económica en términos de ahorro del consumo energía, en principio esperado gracias a este nuevo método. El documento final está formado por los siguientes volúmenes: memoria, planos, pliego de condiciones y presupuesto. [-]
Palabras clave / Materias
Descripción
Treball Final de Grau en Enginyeria en Tecnologies Industrials. Codi: ET1040. Curs acadèmic: 2016/2017
Tipo de documento
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