ES2583055T3

ES2583055T3 - Un sistema electrónico

Info

Publication number: ES2583055T3
Application number: ES09785429.3T
Authority: ES
Inventors: Simon Peter Davis
Original assignee: Aqua Cooling Solutions Ltd
Current assignee: Aqua Cooling Solutions Ltd
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2016-09-16
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: GB2465140A; GB2465140B; EP2350767A1; GB0819910D0; US8582295B2; US20110226446A1; EA201100700A1; EA019644B1; EP2350767B1; WO2010049710A1

Abstract

Un intercambiador de calor (112, 212) que comprende: un depósito de fluido; un circuito de flujo primario (116, 216) que define una primera trayectoria de flujo y comprende una bomba (121, 221) y un tubo de Venturi (122, 222), extrayendo fluido la primera trayectoria de flujo desde el depósito y devolviendo el fluido al depósito, teniendo el tubo de Venturi una entrada (122a, 222a) y una salida (122b, 222b), conectándose la entrada y la salida mediante una región de cintura estrecha (122c, 222c); y un circuito de flujo secundario (123a,b; 124a-d; 223a,b; 224a-d) que define una trayectoria de flujo secundario, extrayendo fluido la trayectoria de flujo secundario desde el depósito y mezclándose con la primera trayectoria de flujo para devolver el fluido al depósito, estando dispuesta al menos una porción del circuito de flujo secundario para una comunicación térmica con un dispositivo electrónico (111, 211); en el que el circuito de flujo secundario está en comunicación fluida con la región de cintura estrecha del tubo de Venturi, de manera que el tubo de Venturi proporciona medios para reducir la presión del fluido en la porción del circuito de flujo secundario a un valor menor que la presión externa al circuito.

Description

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DESCRIPCION

Un sistema electronico

La presente invencion se refiere a un sistema electronico y, en particular, pero no en exclusiva, a un sistema informatico.

Los sistemas informaticos, particularmente llamados unidades de servidor informatico, generan un calor significativo durante el uso y este calor debe retirarse para minimizar los danos a los componentes asociados y proporcionar un funcionamiento de componentes optimo. La retirada de calor se logra convenientemente moviendo el aire sobre los componentes. El aire se enfrla en una ubicacion remota usando intercambiadores de calor para permitir mantener una diferencia de temperatura entre los componentes y el aire que fluye sobre ellos. Sin embargo, ya que el calor generado mediante tales componentes se incrementa en llnea con su sofisticacion siempre creciente, junto con el numero de componentes y dispositivos instalados en una ubicacion cualquiera, el volumen de flujo de aire que debe pasar a traves de una unidad de servidor se incrementa correspondientemente. En ultimo lugar, el flujo de aire se vuelve tal que puede provocar danos o afectar de otra manera a los componentes y, por tanto, debe sustituirse por un mecanismo de refrigeracion mas eficaz.

La retirada de calor puede lograrse haciendo pasar un llquido a traves de una red de tubos en proximidad cercana a los diversos componentes para extraer el calor.

Por ejemplo, el documento US 6.154.363 divulga una disposition de refrigeration de dispositivo electronico que usa un efecto Venturi para acelerar la velocidad de un flujo de agua de refrigeracion que pasa a traves de un recipiente de metal plano en un dispositivo electronico, permitiendo que el calor se retire rapidamente con el flujo corriente de agua de refrigeracion desde el dispositivo electronico.

El documento US 2006/0280292 divulga un metodo y sistema para refrigerar componentes de generation de calor en un sistema de bucle cerrado.

El documento EP0411119 divulga un modulo semiconductor, su sistema de refrigeracion y un ordenador que usa el sistema de refrigeracion.

Sin embargo, si el tubo se perfora o una articulation entre los tubos desarrolla una fuga, entonces el fluido pasara sobre los componentes asociados, lo que puede de esta manera danar el servidor u ordenador.

Las desventajas antes mencionadas se han abordado parcialmente en un sistema de refrigeracion conocido tal como se ilustra en la Figura 1. El aparato se proporciona para refrigerar equipos 12 montados en un armazon 14. Un primer deposito 16 de refrigerante 18 se proporciona en las proximidades del armazon 14, un conductor 20 se extiende desde el deposito 16 y describe una trayectoria complicada sobre el armazon 14 para mejorar por tanto el area de superficie del conducto 20 que esta en comunicacion termica con el equipo 12. El conducto 20 termina en un segundo deposito 22, tambien configurado para admitir el refrigerante 18. Una salida del deposito 22 alimenta a una bomba 24 por medio de un conducto 26 para extraer un fluido del deposito 22 que, a su vez, extrae refrigerante a traves del conducto 20. La bomba 24 tambien sirve para devolver el refrigerante al deposito 16 por medio del conducto 28.

La bomba 24 reduce la presion del refrigerante que viaja a traves del conducto 20 por debajo de la presion atmosferica. Por consiguiente, si el conducto 20 se perfora o se rompe de otra manera de manera que una trayectoria de fuga potencial se forma en su interior, el aire se introduce en el conducto 20 desde el entorno de alrededor. Un nivel de refrigerante en el segundo deposito 22 cae a medida que el aire se introduce en el sistema 10. Una vez que este nivel pasa por debajo de un sensor de detection 30 de nivel inferior, la bomba 24 se apaga y se usa gravedad para suministrar refrigerante 18 al deposito 22 hasta que un sensor de deteccion 32 del nivel superior detecta un incremento en el nivel de refrigerante dentro del segundo deposito 22. Lo que ocurre a continuation es que durante este periodo sin actividad de bombeo la presion en el conducto 20 se incrementa y existe un riesgo de salida de refrigerante desde el conducto 20 por lo que el armazon 14 debe aislarse inmediatamente del sistema de refrigeracion mientras la fuga se repara.

Es aconsejable proporcionar un sistema de refrigeracion que pueda continuar con el funcionamiento del aparato incluso si se detecta una fuga del tipo antes mencionado. Ahora se ha concebido un sistema electronico que soluciona al menos algunos de los problemas antes mencionados.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un intercambiador de calor de acuerdo con la revindication 1.

La presion reducida del fluido dentro del intercambiador de calor con respecto a la presion fuera del intercambiador de calor asegura que, en el caso de una fuga o perforation en uno de los circuitos de flujo, por ejemplo, tubos, del intercambiador de calor, el fluido no pasara sobre los componentes del dispositivo asociado. La presion reducida asegura de esta manera que el fluido se mantiene dentro de los tubos. Ademas, al proporcionar un tubo de Venturi

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como el medio de reduction de presion, la capacidad del sistema puede aumentarse de inmediato para controlar el entorno termico de toda una sala de equipo computacional sin la necesidad de proporcionar bombas locales adicionales.

El fluido puede comprender un llquido.

El area en section trasversal interna de la portion del circuito de flujo secundario puede ser menor que el area en section transversal interna de una longitud del circuito de flujo secundario, excluyendo dicha porcion.

La porcion del circuito de flujo secundario puede estar dispuesta en contacto termico con aquellas piezas del dispositivo electronico que necesitan el intercambio de calor.

El intercambiador de calor puede comprender ademas medios de detection de fuga para detectar una fisura en el circuito de flujo secundario. Los medios de deteccion pueden comprender medios detectores para detectar la presion del fluido dentro del al menos un circuito de flujo. Como alternativa, o adicionalmente, los medios de deteccion de fuga pueden comprender medios detectores ultrasonicos para detectar la presencia de aire dentro del circuito de flujo.

El intercambiador de calor puede comprender ademas medios de alarma para proporcionar una alarma en respuesta a senales de salida desde los medios detectores. Los medios de alarma pueden estar dispuestos para generar una alarma cuando el medio detector de la presion detecta un valor de presion que esta fuera de un intervalo de valores de presion.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invention, se proporciona un sistema electronico que comprende un intercambiador de calor de acuerdo con el primer aspecto de la invencion y un dispositivo electronico dispuesto en comunicacion termica con la porcion del circuito de flujo secundario.

El dispositivo electronico puede comprender un ordenador o un servidor informatico o una serie de servidores informaticos, por ejemplo una sala de datos, y cada servidor puede montarse en un armazon separado. Cada armazon puede tener un circuito de flujo secundario asociado con el mismo, y cada circuito de flujo respectivo puede estar dispuesto en comunicacion fluida con el medio de reduccion de presion.

Preferentemente, el intercambiador de calor retira calor del al menos un dispositivo.

Las realizaciones de la presente invencion se describiran ahora a modo de ejemplo unicamente en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 es una ilustracion esquematica de un sistema de refrigeration convencional;

la Figura 2 es una ilustracion esquematica de un sistema electronico de acuerdo con una primera realization de la presente invencion; y,

la Figura 3 es una ilustracion esquematica de un sistema electronico de acuerdo con una segunda realizacion de la presente invencion.

En referencia a la Figura 2 de los dibujos, se muestra un sistema electronico 110 de acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion. El sistema 110 comprende una pluralidad de componentes informaticos 111 y un intercambiador de calor 112 para retirar el calor generado mediante los componentes 111 durante el uso del ordenador (no se muestra).

El intercambiador de calor 112 comprende un deposito de fluido 113 para contener el fluido, un llquido 114 y un circuito 15 a traves del que el llquido 114 puede fluir. El circuito 115 comprende un ducto de flujo principal 116 que se extiende desde la base del deposito 113, por ejemplo, a lo largo de una primera trayectoria de flujo antes de volver al deposito 113 en una position dispuesta cerca de la superficie del llquido 114 dentro del deposito 113, por ejemplo. El ducto de flujo primario 116 comprende ademas un tubo de Venturi 122, dispuesto corriente abajo de la bomba 121 dentro del ducto de flujo primario 116, que comprende una entrada 122a y una salida 122b conectadas mediante una region de cintura estrecha 122c. A medida que el llquido 114 pasa desde la entrada 122a a la salida 122b moviendose a lo largo del ducto de flujo primario 116, es necesario que el llquido 114 se mueva mas rapidamente a traves de la region de cintura estrecha 122c que en la entrada 122a y la salida 122b, debido a la conservation de masa. Por consiguiente, la presion del llquido 114 dentro de esta region de cintura 122c se reducira con respecto a la presion del llquido 114 dentro del ducto del flujo primario 116.

El circuito 115 comprende ademas un primer ducto de flujo secundario 123a que se extiende desde el deposito 113 en una posicion cerca de la base del deposito 113, por ejemplo. El primer ducto de flujo secundario 123a se separa en una pluralidad de ductos de flujo terciario 124a-d, que pasan en proximidad cercana con los componentes informaticos 111 para facilitar la retirada del calor generado desde los componentes durante el funcionamiento del ordenador (no se muestra). Los ductos de flujo terciario 124a-d se combinan posteriormente con un segundo ducto de flujo secundario 123b, que esta dispuesto en comunicacion fluida con la region de cintura 122c del tubo de Venturi 122.

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Durante el uso, el llquido 114 se bombea a traves del ducto de flujo primario 116 a lo largo de la primera trayectoria de flujo mediante una bomba 121 dispuesta dentro del ducto de flujo primario 116. La presion reducida del llquido 114 dentro de la region de cintura 122c del tubo de Venturi 122 y, de esta manera, el segundo ducto de flujo secundario 123b, con respecto al llquido 114 dentro del deposito, provoca que el llquido 114 se extraiga a lo largo de una segunda trayectoria de flujo que esta a lo largo del primer ducto de flujo secundario 123a y dentro de los ductos de flujo terciario 124a-d. Los ductos de flujo terciario 124a-d pueden comprender un diametro reducido con respecto a los ductos de flujo secundario 123 para maximizar el area de superficie del llquido para la retirada eficaz de calor de los componentes 111. La presion en los ductos de flujo terciario 124a-d es, por consiguiente, subatmosferica, por ejemplo, en el intervalo de 60 a 80 kPa de presion absoluta, preferente en el intervalo de 70 a 75 kPa de presion absoluta.

El llquido 114 pasa posteriormente dentro del segundo ducto de flujo secundario 123b y dentro de la cintura 122c del tubo de Venturi 122 antes de volver al deposito 113 por medio de la salida 122b del tubo de Venturi 122, a lo largo del ducto de flujo primario 116. El llquido 114 que pasa dentro de los ductos de flujo terciario 124a-d se calentara a medida que el calor se extraiga de los componentes 111. Este llquido calentado pasara posteriormente dentro del deposito 113 donde el calor puede disiparse en el gran volumen de llquido 114 contenido en su interior.

En el caso de que uno o mas de los ductos de flujo terciario 124a-d se perfore o si uno o mas de los precintos (no se muestran) en las articulaciones entre los ductos secundarios 123a-b y de flujo terciario 124a-d se vuelven defectuosos, por ejemplo, el flujo alrededor de los ductos terciarios 124a-d, por ejemplo aire, se introducira en el ducto respectivo a traves de la perforacion (no se muestra), o precinto defectuoso (no se muestra), en lugar de que el llquido 114 escape del ducto respectivo sobre los componentes informaticos 111. Esto provocara que se incremente la presion del llquido 114 que fluye a lo largo de la segunda trayectoria de flujo. Este incremento en la presion se detectara mediante un sensor de presion 119 dispuesto dentro del ducto de flujo terciario 124a-d. Cada sensor 119 esta dispuesto en comunicacion con una alarma 120 de manera que cuando el sensor 119 detecta un aumento de presion por encima de un valor de umbral, el sensor 119 enviara una senal a la alarma 120 para generar una senal de alarma para avisar a un operador (no se muestra), por ejemplo, de la fuga dentro del sistema 110. Pueden proporcionarse menos sensores 119 que el numero ilustrado en la Figura 2, por ejemplo, un unico sensor 119 puede proporcionarse en cada ducto de flujo terciario 124a-d o un unico sensor 119 puede ubicarse en un ducto de flujo secundario 123a de entrada y un segundo sensor 119 puede ubicarse en un ducto de flujo secundario 123b de retorno.

Ademas o como alternativa, un sensor 119' puede proporcionarse en asociacion con el ducto secundario 123a-b y/o de flujo terciario 124a-d. El sensor 119' es un detector de aire ultrasonico, que puede detectar la presencia de incluso pequenas cantidades de aire que pueden introducirse en los ductos de flujo a traves de una fisura/perforacion del tamano de un agujerito. El sensor de presion 119 puede no ser suficientemente sensible para detectar pequenas fugas de esta naturaleza.

El funcionamiento del sistema electronico 110 puede continuar con normalidad hasta el momento en el que se programa un evento de mantenimiento planeado cuando la fisura puede repararse. Mientras tanto, se experimenta una pequena perdida de eficacia de refrigeracion y cualquiera de tales perdidas es local respecto a la fisura/perforacion en el ducto. Por consiguiente, se experimenta una pequena alteracion o ninguna en absoluto en el funcionamiento normal del sistema 110.

De acuerdo con una segunda realizacion de la invencion, tal como puede verse en la Figura 3 de los dibujos, se muestra un sistema electronico 210 alternativo de acuerdo con la presente invencion. El sistema 210 comprende una pluralidad de componentes informaticos 211 y un intercambiador de calor 212 para retirar el calor generado mediante los componentes 211 durante el uso del ordenador (no se muestra).

El intercambiador de calor 212 comprende un deposito de fluido 213 para contener el fluido, por ejemplo, un llquido 214, y un circuito 215 a traves del que el llquido 214 puede fluir. El circuito 215 comprende una primera trayectoria de flujo a lo largo de un ducto de flujo primario 216 que se extiende desde la base del deposito 213, por ejemplo, antes de volver al deposito 213 en una posicion dispuesta cerca de la superficie del llquido 213, por ejemplo. El llquido 214 se bombea a traves del ducto de flujo primario 216 a lo largo de la primera trayectoria mediante una bomba 221 dispuesta dentro del ducto de flujo primario 216. El ducto de flujo primario 216 comprende ademas un tubo de Venturi 222 ubicado en su interior, corriente abajo de la bomba 221 y comprende una entrada 222a y una salida 222b conectadas mediante una region de cintura estrecha 222c. A medida que el llquido 214 pasa desde la entrada 222a a la salida 222b moviendose a lo largo del ducto del flujo primario 216, es necesario que el llquido 214 se mueva mas rapidamente a traves de la region de cintura estrecha 222c debido a la conservacion de masa y por eso se reducira la presion del llquido 214 dentro de esta region de cintura 222c.

En una posicion que descansa dentro del ducto de flujo primario 216, de manera intermedia entre la posicion de la bomba 221 y el tubo de Venturi 222, se proporciona una confluencia 225 a un primer ducto de flujo secundario 223a, a traves del que el llquido 214 puede fluir a lo largo de una segunda trayectoria de flujo. Este primer ducto de flujo secundario 223a comprende una valvula 226 que sirve para permitir que la presion del llquido 214 que sale de la valvula 226 se reduzca en comparacion con la presion del llquido 214 que se suministra a la valvula 226. Dispuesto corriente abajo de la valvula 226, el primer ducto de flujo secundario 223a se ramifica en una pluralidad de ductos de flujo terciario 224a-d que pasan en proximidad cercana con los componentes 211 de un ordenador (no se muestra).

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Los ductos de flujo terciario 224a-d se combinan posteriormente con un segundo ducto de flujo secundario 223b que esta en comunicacion fluida con la cintura 222c del tubo de Venturi 222.

El llquido 214 dentro de la cintura 222c del tubo de Venturi 222 se encuentra a una presion reducida en comparacion con la presion del llquido 214 dentro del ducto de flujo primario 216 y la seccion del primer ducto de flujo secundario 223a dispuesta corriente abajo de la valvula 226. Como resultado, esto provoca que el llquido 214 fluya desde la valvula 226 a traves de los ductos de flujo terciario 224a-d dentro de la cintura 222c del tubo de Venturi 222 por medio del segundo ducto de flujo secundario 223b. El llquido 214 sale posteriormente del tubo de Venturi 222 por medio de la salida 222b y vuelve al deposito 213 a lo largo del ducto de flujo primario 216. El llquido 214 que pasa dentro de los ductos de flujo terciario 224a-d se calentara a medida que el calor se extraiga de los componentes 211. Este llquido calentado pasara posteriormente dentro del deposito 213 donde el calor puede disiparse en el gran volumen del llquido 214 contenido en su interior.

El llquido 214 que fluye dentro de los ductos de flujo terciario 224a-d se encuentra a una presion reducida en comparacion con la presion del llquido 214 dentro del ducto de flujo primario 216. Por consiguiente, la presion del llquido dentro de los ductos de flujo terciario 224a-d se reduce en un nivel que se encuentra por debajo de la presion del fluido, por ejemplo, aire, que rodea los ductos de flujo terciario 224a-d, por ejemplo, aproximadamente 70 kPa de presion absoluta. En el caso de que uno o mas de los ductos de flujo terciario 224a-d se perfore o si uno o mas de los precintos (no se muestran) en las articulaciones entre los ductos secundarios 223a-b y de flujo terciario 224a-d son defectuosos, por ejemplo, entonces el fluido alrededor de los ductos terciarios 224a-d se introducira en los ductos, en lugar de escapar sobre los componentes informaticos 211. Esto provocara que la presion dentro de los ductos se incremente, lo que se sentira mediante un sensor de presion 219 dispuesto dentro de los ductos de flujo terciario 224a-d. Cada sensor 219 esta dispuesto en comunicacion con una alarma 220 de manera que cuando el sensor 219 detecta un aumento de presion por encima de un valor de umbral, el sensor 219 envla una senal a la alarma 220 para generar una senal de alarma para avisar a un operador (no se muestra) de la fuga dentro del sistema 210, similar a la primera realizacion. De nuevo, pueden proporcionarse menos sensores de presion 219 que el numero ilustrado tal como se describe en relacion con la primera realizacion. Uno o mas sensores ultrasonicos 219' alternativos o adicionales pueden proporcionarse en asociacion con los ductos secundarios 223a-b y/o de flujo terciario 224a-d para detectar pequenas cantidades de aire presente en los ductos de flujo.

A partir de las realizaciones de ejemplo anteriores, por tanto, es evidente que la presion reducida del llquido refrigerante dentro del intercambiador de calor asociado con el sistema electronico de la presente invencion minimiza la transferencia del refrigerante sobre los componentes electronicos del sistema en el caso de una condicion de fuga.

Aunque las realizaciones representan una pluralidad de componentes informaticos 111, 211, un unico componente informatico puede refrigerarse mediante un intercambiador de calor 112, 212 tal como se describe en el presente documento. Sin embargo, una multitud de tales componentes pueden refrigerarse de inmediato mediante tal intercambiador de calor 112, 212. La capacidad del deposito de fluido 113, 213 y de las bombas 121, 221 puede incrementarse y colocarse remotamente respecto al sistema 110, 210 en caso necesario. Un tubo de Venturi 122, 222 de capacidad correspondientemente superior puede usarse para reducir la presion del fluido de refrigeracion a niveles subatmosfericos.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un intercambiador de calor (112, 212) que comprende: un deposito de fluido;

un circuito de flujo primario (116, 216) que define una primera trayectoria de flujo y comprende una bomba (121,221) y un tubo de Venturi (122, 222), extrayendo fluido la primera trayectoria de flujo desde el deposito y devolviendo el fluido al deposito, teniendo el tubo de Venturi una entrada (122a, 222a) y una salida (122b, 222b), conectandose la entrada y la salida mediante una region de cintura estrecha (122c, 222c); y

un circuito de flujo secundario (123a,b; 124a-d; 223a,b; 224a-d) que define una trayectoria de flujo secundario, extrayendo fluido la trayectoria de flujo secundario desde el deposito y mezclandose con la primera trayectoria de flujo para devolver el fluido al deposito, estando dispuesta al menos una porcion del circuito de flujo secundario para una comunicacion termica con un dispositivo electronico (111,211);

en el que el circuito de flujo secundario esta en comunicacion fluida con la region de cintura estrecha del tubo de Venturi, de manera que el tubo de Venturi proporciona medios para reducir la presion del fluido en la porcion del circuito de flujo secundario a un valor menor que la presion externa al circuito.
2. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el fluido comprende un llquido.
3. Un intercambiador de calor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el area en seccion transversal interna de la porcion del circuito de flujo secundario es menor que el area en seccion transversal interna de una longitud de dicho circuito de flujo secundario, excluyendo dicha porcion.
4. Un intercambiador de calor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, que comprende medios de deteccion de fugas (119, 219) para detectar una fisura en el circuito de flujo secundario.
5. Un intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que el medio de deteccion de fugas comprende medios detectores para detectar la presion del fluido dentro del circuito de flujo.
6. Un intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion 4 o la reivindicacion 5, en el que el medio de deteccion de fugas comprende medios detectores ultrasonicos para detectar la presencia de aire dentro del circuito de flujo.
7. Un intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, que comprende medios de alarma (120, 220) para proporcionar una alarma en respuesta a senales enviadas desde el, o cada, medio detector.
8. Un intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el medio de alarma esta dispuesto para generar una alarma cuando el medio detector detecta un valor de presion que esta fuera de un intervalo de valores de presion.
9. Un sistema electronico que comprende: un intercambiador de calor informatico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores; y un dispositivo electronico dispuesto en comunicacion termica con la porcion del circuito de flujo secundario.
10. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que el dispositivo electronico comprende un componente para un ordenador o un servidor informatico.
11. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que el dispositivo electronico comprende una serie de servidores informaticos, montandose cada servidor en un armazon separado.
12. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 11, teniendo cada armazon un circuito de flujo asociado con el mismo, estando dispuesto cada circuito de flujo respectivo en comunicacion fluida con el medio de reduccion de presion.