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@ Claudio Pastorino
2025-06-04 14:24:01Contexto
En el Grupo de Teoría y Simulación en Materia Blanda estudiamos sistemas poliméricos, interfaces y sistemas coloidales a escala nanoscópica. Estos pueden estar en equilibrio o presentar flujo de partículas o calor y son de interés en ciencia básica y aplicada en campos como micro y nano-fluídica, aplicaciones a transferencia de calor y máquinas moleculares. Una característica central es que la temperatura juega un rol importante y existe una competencia entre entropía y energía. Esto suele dar lugar a transiciones de fases u otros cambios cualitativos del comportamiento del sistema.
Herramientas
Usamos simulación computacional y herramientas teóricas, con énfasis en conceptos de mecánica estadística, que permiten estudiar variados sistemas en diferentes situaciones físicas. Estudiamos a estos sistemas en condiciones de equilibrio termodinámico o también cómo es su comportamiento cuando se inducen flujos o se los somete a campos externos. (fuera de equilibrio)
Proponemos el siguiente tema de Tesis de Licenciatura en física
Simulación de transferencia de calor en nanocanales con paredes modificadas por polímeros
Izquierda: Nano- con una interfaz líquido vapor canal y un flujo estacionario de calor, provocado por la diferencia de temperatura de las paredes. Derecha: Puente de líquido inducido por la presencia de polímeros semi-flexibles. Ambas imágenes obtenidas de simulaciones de dinámica molecular. Los fenómenos de transferencia de calor tienen una gran importancia en un amplísimo rango de aplicaciones como los procesos de generación y conversión de energía y son cruciales para el enfriamiento de motores y dispositivos electrónicos. Estas aplicaciones requerirán en el futuro un funcionamiento a mayor densidad de energía, y por lo tanto, mayor generación de calor, que deberá ser removido más eficientemente. En particular, los fenómenos de cambio de fases, como la ebullición nucleada, tienen aplicaciones en plantas de potencia eléctrica, desalinización térmica, enfriamiento de chips electrónicos y recuperación de calor desechado, entre muchas otras. Uno de los desafíos más importantes para continuar la reducción de tamaño de los dispositivos electrónicos es aumentar su densidad de potencia de operación y para ello se debe lograr una extracción eficiente del calor generado. La transferencia de calor es relevante también en aplicaciones a escalas espaciales mayores, como en la generación de energía eléctrica en centrales térmicas y nucleares. En las centrales nucleares de generación IV es necesario aumentar el calor transportado por unidad de tiempo y mejorar la eficiencia de los intercambiadores de calor. Estos procesos de transporte térmico distan de comprenderse a nivel básico, porque tienen una gran complejidad en tanto que son fenómenos fuera de equilibrio con cambios de fases.
Se propone estudiar la transferencia de calor en un nanocanal que presenta una interfaz líquido-vapor.
Estudiaremos los detalles de cómo cambian con el tiempo las características de la evaporación de una interfaz y las propiedades térmicas cuando se modifica la pared con polímeros u otras moléculas en el seno del líquido. Analizaremos también la rectificación del flujo de calor, pensando al nano-canal como un diodo térmico. Realizaremos simulaciones de dinámica molecular en clusters de supercómputo para estudiar estos sistemas en distintas condiciones físicas. Si tienen interés en tener más detalles, no duden en contactarnos.Contacto: Claudio Pastorino (claudiopastorino .... cnea.gob.ar ; IG, X: @clopasto; Nostr: @clopasto
¿Qué se aprenderá en esta Tesis principalmente?
Estas línea de trabajo es teórico-numérica , con una parte importante de simulación computacional. Involucra principalmente conceptos de: * Mecánica estadística (Física Teórica 3 en DF-UBA), * Materia condensada en general y materia blanda. * Fundamentos y uso de simulación computacional: Dinámica Molecular, Dissipative Particle Dynamics y/o Monte Carlo, * No se requieren conocimientos previos de computación, pero sí interés en el uso y creación de programas, para plantear y calcular propiedades de los sistemas físicos. * Se trabajará con * Linux, Python, Bash, Awk. * Clusters de super-cómputo, High Performance Computing. * Herramientas de posprocesamiento.
Referencias
- Heat flow through a liquid–vapor interface in a nano-channel: the effect of end-grafting polymers on a wall , Claudio Pastorino, Ignacio Urrutia, María Fiora y Federico Condado, J. Phys. Cond. Matt. 34:344004
- Boiling and quenching heat transfer advancement by nanoscale surface modification Hu, Xu, Cheng, Zhao, Ziegler and Chung. Scientific Reports 7:6117 (2017)