Reconstrucción del campo térmico en microcontroladores: un gemelo digital informado por la física utilizando la...

Área de la Ciencia:

• La física
• Ingeniería
• Ciencias de la computación

Sus antecedentes:

• El monitoreo térmico en tiempo real es crucial para el diagnóstico y control.
• Los gemelos digitales ofrecen un enfoque poderoso para simular y visualizar sistemas físicos.
• La adquisición precisa de las condiciones límite es esencial para una reconstrucción fiable del campo térmico.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y demostrar un gemelo digital informado por la física para el monitoreo térmico en tiempo real de una placa metálica.
• Implementar un sistema integrado eficiente para la adquisición y el cálculo simultáneos de datos.
• Validar la precisión y la concurrencia operativa del sistema gemelo digital.

Principales métodos:

• Una capa física con una placa de aluminio y termistores para la medición de las condiciones límite.
• Una capa computacional que resuelve la ecuación de Laplace de estado estacionario a través del método de diferencia finita.
• Un sistema integrado que utiliza un convertidor analógico a digital (ADC) impulsado por acceso directo a la memoria (DMA) para la adquisición de datos.
• Una interfaz basada en Python para la visualización en tiempo real del campo térmico calculado.
• El modelo Steinhart-Hart para la caracterización experimental de los sensores.

Principales resultados:

• Reconstrucción espacial precisa del campo térmico con márgenes de error aceptables en condiciones de estado estacionario.
• Concurrencia operativa demostrada entre el sistema físico y el gemelo digital.
• Visualización exitosa en tiempo real del campo térmico a través de una interfaz serial.
• La caracterización experimental de los termistores utilizando el modelo de Steinhart-Hart aseguró datos precisos de los límites.

Conclusiones:

• El gemelo digital informado por la física desarrollado proporciona un monitoreo y visualización térmica efectivos en tiempo real.
• La arquitectura compacta y modular es adaptable a otros dominios físicos regidos por ecuaciones diferenciales parciales elípticas (PDE).
• El sistema es adecuado para fines educativos, prototipos de diagnóstico y aplicaciones de computación de borde integradas.