Laguna Benet, Gerard. (2020) . Performance assessment of self-adaptive cooling devices under unsteady and non-uniform heat loads. Universitat de Lleida. http://hdl.handle.net/10803/669199.

Degut a la fi de l’escalament de Dennard, la potència i la densitat de potència requerides pel funcionament dels xips comencen a augmentar. Si aquesta tendència continués en augment, el consum d’energia seria prohibitiu tant per criteris d’eficiència com per a la gestió tèrmica. Per tal de complir els criteris d’eficiència i gestió tèrmica, la millora dels xips es va limitar restringint el nombre de nuclis i la seva freqüència de funcionament. Aquesta tendència implica la necessitat d’una solució de refrigeració capaç d’extreure un flux de calor heterogeni d’alta densitat de potència i variant en el temps, a més de reduir el gradient de temperatura que redueix la fiabilitat de l’electrònica. Aquesta tesi es desenvolupa en el marc del projecte Europeu Horitzó 2020 STREAMS (Smart Technologies for eneRgy Efficient Active cooling in advanced Microelectronics Systems), que té com a objectiu desenvolupar un dispositiu capaç de satisfer les necessitats de refrigeració de la microelectrònica. L’objectiu principal d’aquesta tesi és desenvolupar un sistema de refrigeració de cel·les microfluídiques i avaluar el seu impacte en la microelectrònica i en els receptors fotovoltaics de concentració. El dispositiu de refrigeració desenvolupat està format per una matriu de cel·les microfluídiques, cadascuna de les quals és responsable de l’extracció del flux de calor local. El refrigerant es subministra a les cel·les de forma paral·lela mitjançant canals de subministrament i de recollida connectats als col·lectors. Per tant, cada cel·la té l’entrada de refrigerant fred independentment de la seva localització. La calor és extreta per cada cel·la, la qual pot contenir microcanals que milloren la transferència de calor i vàlvules autoadaptatives capaces d’ajustar el cabal a les seves necessitats de refrigeració. En l’etapa de disseny, la cel·la microfluidica MC6T és dissenyada i avaluada numèricament en un escenari de càrrega de calor no uniforme i variable en el temps, reduint el cabal en un 42.5 % i la caiguda de pressió en un 81.0 % comparat amb un dispositiu de microcanals sotmès a les mateixes condicions. La combinació de la reducció de cabal i la caiguda de pressió suposa una disminució de la potència mitjana de bombeig en un 89.1 % comparat amb un dispositiu de microcanals. Tanmateix també es millora la uniformitat de temperatura gràcies a l’ús de les vàlvules microfluídiques. Altrament, s’avalua numèricament l’impacte d’aquest nou dispositiu de refrigeració sobre els receptors fotovoltaics de concentració solar (CPV) de matriu densa. Segons la configuració elèctrica dels receptors i de la no uniformitat del perfil d’irradiació, l’increment de potència pot arribar a un 9.7 % comparat amb el mateix receptor CPV refrigerat amb microcanals. Un cop validat numèricament el concepte i després de la identificació i resolució dels reptes inherents al procediment de microfabricació dels dispositius autoadaptatius de refrigeració, es fabriquen els dispositius dissenyats per tal d’avaluar experimentalment el rendiment del sistema de cel·les microfluídiques, amb vàlvules autoadaptatives i sense. A més a més, s’aplica un algoritme de control que adapta el cabal total del dispositiu a les necessitats d’extracció d’aquest. Si es compara el nou disseny amb un dispositiu de microcanals convencionals amb cabal constant, la matriu de cel·les microfluidiques sense vàlvules redueix la potència de bombeig en un 83.7 % i presenta una millora del 10.8 % en uniformitat de temperatura. Tot i això, la matriu de cel·les amb vàlvules autoadaptatives redueix la potència de bombeig en un 74.7 %, al mateix temps que també millora la uniformitat de temperatura en un 31.7 %. Altrament, quan s’aplica l’algoritme de control de cabal al dispositiu de microcanals, la potència de bombeig requerida pels dispositius de cel·les microfluídiques amb vàlvules autoadaptatives i sense és, respectivament, del 15.5 % i del 45.6 % en comparació amb microcanals. En aquestes condicions, la uniformitat de temperatura de les cel·les microfluídiques sense vàlvula és semblant a la dels microcanals amb cabal controlat, però el dispositiu de cel·les amb vàlvules millora la uniformitat de temperatura en un 23.9 %.