Simulació fluidodinàmica d’un “crotch absorber” del sincrotró ALBA

Abstract

El sincrotró ALBA de Bellaterra produeix una gran quantitat d’energia magnètica pel seu funcionament, de la qual només un 5% és aprofitada pels elements de l’anell d’emmagatzematge. El 95% restant de l’energia creada és absorbida per uns elements anomenats “absorbers”, que han de fer front a un estrès tèrmic molt elevat. Per evitar danys en l’estructura deguts a les altes temperatures de funcionament, aquests elements requereixen d’un sistema de refrigeració d’altes prestacions. Per aquest motiu, s’ha decidit fer un estudi fluidodinàmic i tèrmic d’un d’aquests elements. Un “absorber” és una peça de forma rectangular, fabricada en un aliatge de coure i elements ceràmics. Aquesta peça consta de vuit perforacions de forma cilíndrica, on s’introdueix un cert cabal d’aigua desionitzada a 23 ºC per tal de refrigerar. Per aquestes perforacions passen vuit tubs metàl·lics, que inclouen un ribet a la seva paret exterior que permet dirigir el fluid. L’objectiu principal d’aquest projecte consisteix en l’estudi del sistema de refrigeració actual i la proposició de modificacions geomètriques que millorin la capacitat d’extracció de calor. Aquest estudi es portarà a terme mitjançant dos programes informàtics: el software Solidworks, amb el qual es realitzarà el disseny de la peça i el software Ansys, que permetrà fer l’estudi fluidodinàmic i tèrmic. En una primera part es farà un estudi simplificat d’un tub aïllat on s’analitzarà la capacitat d’extracció de calor en funció del cabal d’entrada d’aigua i del pas del ribet. A continuació, s’introduiran modificacions en la geometria de la peça i es comprovarà si beneficien l’extracció de calor. En una segona part, es realitzarà la simulació de la peça total. Seguint la mateixa metodologia, es determinarà la capacitat d’extracció de calor en funció del pas del ribet i del cabal d’entrada d’aigua. En aquesta part s’analitzaran les limitacions actuals dels “absorbers” en base als cabals i a les pressions disponibles en el sistema de refrigeració del sincrotró ALBA de Bellaterra. En definitiva, aquest projecte permetrà quantificar la capacitat d’extracció de calor del sistema de refrigeració d’un “absorber”, acotar la capacitat màxima assolible en base a les prestacions de la instal·lació actual de Bellaterra i aportar modificacions geomètriques que en millorin l’eficiència.