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Ltspice modelo electro-térmico de calentamiento joule en microductos de fibra óptica de polietileno de alta densidad

Autores: Akram, Shazad; Bertilsson, Kent; Siden, Johan

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2019

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Acceso abierto

Artículo científico
2019

Ltspice modelo electro-térmico de calentamiento joule en microductos de fibra óptica de polietileno de alta densidad


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Palabras clave

Microductos de fibra óptica
Empalmes mecánicos
Soldadura
Polietileno de alta densidad
Modelo electro-térmico
Resistencia térmica

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 21

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En la actualidad, los microductos de fibra óptica se unen mediante uniones de tipo mecánico. Las uniones mecánicas son voluminosas, requieren más espacio en instalaciones con múltiples conductos y tienen una capacidad de sellado de agua deficiente. Los microductos de fibra óptica están hechos de polietileno de alta densidad que se considera el mejor para soldar mediante remoldeo. Las uniones mecánicas pueden ser reemplazadas por uniones soldadas si la capa superficial externa del microducto de fibra óptica se remoldea en un segundo y sin dañar térmicamente la superficie interna del conducto de fibra óptica. Para cumplir con estos requisitos, se desarrolló y validó un modelo electro-térmico de generación de calor de Joule utilizando una bobina de cobre y la propagación de calor dentro de diferentes capas de microductos de fibra óptica. El modelo electro-térmico se basa en una analogía electro-térmica que utiliza el equivalente eléctrico para los parámetros térmicos. Dependiendo de la forma geométrica y las propiedades de los materiales del polietileno de alta densidad, polietileno de baja densidad y la bobina de cobre, se calcularon los valores de resistencia térmica y capacitancia térmica y se conectaron a la configuración de escalera RC de Cauer. También se calcularon y modelaron la potencia de entrada a la bobina de calentamiento de Joule y la resistencia de convección térmica al aire circundante. El modelo térmico calculado se simuló en LTspice, y se realizaron mediciones reales con termopares tipo K de 50 um para verificar la validez del modelo. Debido al comportamiento térmico transitorio no lineal del polietileno y a las variaciones en los valores de resistencia de convección, el modelo térmico calculado se optimizó para obtener el mejor ajuste de curva. Las optimizaciones se realizaron solo para la resistencia de convección y el modelo de potencia de entrada. Los parámetros térmicos calculados de las capas de polietileno se mantuvieron intactos para preservar la relación del modelo térmico con la estructura física. La simulación del modelo electro-térmico optimizado y las mediciones reales mostraron estar en buen acuerdo.

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