Caracterização experimental do desempenho térmico e fluidodinâmico de dissipadores de calor microaletados durante a ebulição convectiva - Nunes, Jessica Martha (2023)
A demanda crescente de dispositivos eletrônicos de alta capacidade de processamento, com dimensões cada vez menores, vem exigindo da comunidade científica soluções para dissipar as altas taxas de calor geradas em tais dispositivos, garantindo sua integridade e funcionamento. Com isso, pesquisas envolvendo aplicações de mudança de fase em dissipadores de calor compactos, baseados em microcanais, e suas versões melhoradas, como micropilares, vêm ganhando espaço nos últimos anos, principalmente associados com o uso de fluidos de trabalho ecologicamente corretos. Neste contexto, o presente trabalho analisa o comportamento térmico e fluidodinâmico da ebulição convectiva usando HFE-7100 como fluido de trabalho, em um dissipador de calor baseado em microaletas quadradas, fabricadas por meio de microfresamento, sobre uma superfície de cobre eletrolítico. São propostos diferentes arranjos geométricos de microaletas (com alturas de 160 e 350 µm), alinhado e escalonado, testados em três velocidades mássicas diferentes (800, 1000 e 1200 kg/m²s) e dois níveis de subresfriamento do fluido na entrada do dissipador (10 e 20 °C), em relação à temperatura de saturação à pressão de entrada do sistema. Assim, é realizada uma análise do desempenho térmico (por meio das curvas de ebulição e Coeficiente de Transferência de Calor, CTC) e fluidodinâmico (por meio da perda de pressão) do dissipador de calor durante a ebulição convectiva. Os resultados mostraram que as superfícies com arranjo escalonado apresentam melhor desempenho térmico em relação ao arranjo alinhado, mesmo sofrendo menor influência dos efeitos da mudança de fase sobre a troca térmica. Um menor subresfriamento do fluido na entrada do dissipador de calor, por sua vez, favorece o ganho no CTC devido aos efeitos dos mecanismos de transferência de calor da ebulição nucleada, principalmente para amostra com menor altura das microaletas (para baixos fluxos de calor) devido ao efeito de confinamento das bolhas de vapor; porém, observa-se o fenômeno de secagem da superfície em fluxos de calor bem mais baixos, quando comparados ao maior subresfriamento. Por fim, quanto aos aspectos fluidodinâmicos, a presença de vapor sobre a superfície faz a queda de pressão aumentar exponencialmente na região bifásica, sendo mais significativo para a superfície com menor altura de microaleta; observa-se que o arranjo escalonado favorece uma transição mais gradual para o regime bifásico, suavizando a queda de pressão, efeito esse caracterizado pela maior estabilidade fluidodinâmica neste arranjo de microaletas.