Diseño y validación de un modelo térmico 2D de un CubeSat desarrollado mediante la analogía electrotérmica

Abstract

[ES] La analogía electrotérmica es un método de cálculo empleado para determinar la temperatura de los nodos designados gracias a las ecuaciones diferenciales planteadas en cada uno. Esta permite obtener un modelo 2D para los gradientes de temperatura y un consecuente modelo térmico. Una vez validado mediante una experiencia adecuada, dicho modelo pasa a emplearse para determinar la geometría y material de partes clave del CubeSat. Para ello el alumno trabajará en: Justificación de la elección de un modelo 2D frente a una simulación 3D por elementos finitos. Desarrollo del modelo 2D en Simulink previa determinación teórica de los flujos de calor por radiación que recibirá el CubeSat en diferentes órbitas, así como el calor disipado por la carga de pago de este. Planteamiento de la experiencia para validar el modelo, así como la elección de los sensores necesarios y la correcta adquisición de datos mediante estos gracias al microcontrolador ESP32. Desarrollo de un algoritmo PID de control para asegurar un control preciso sobre las condiciones de contorno de la experiencia. Desarrollo de una interfaz en Matlab que permita la comunicación con el microcontrolador y un correcto tratamiento de los datos.

[EN] The electrothermal analogy is a calculation method used to determine the temperature of designated nodes by solving the differential equations of each node. It allows the creation of a 2D model for temperature gradients and a corresponding thermal model. Once validated through appropriate experimentation, this model is used to determine the geometry and material of key parts of the CubeSat. The student will work on: Justification for choosing a 2D model over a 3D finite element simulation. Development of the 2D model in Simulink, with prior theoretical determination of the heat flows due to solar radiation that the CubeSat will receive in different orbits, as well as the heat dissipated by its payload. Design of an experiment to validate the model, including selection of necessary sensors and proper data acquisition using the ESP32 microcontroller. Development of a PID control algorithm to ensure precise control over the boundary conditions of the experiment. Development of a Matlab interface to allow communication with the microcontroller and proper treatment of data