A method for measuring contact angle and influence of surface fluid parameters on the boiling heat transfer performance - Cunha, Alex Pereira da (2019)
O avanço de novas tecnologias, associado à minimização dos custos de fabricação e instala-ção, constitui um grande desafio para a área de refrigeração, uma vez que a geração de calor tem aumentado gradativamente nos últimos anos. Assim, a busca de novos fluidos com pro-priedades térmicas superiores aos comumente usados tornou-se indispensável para melhorar a eficiência energética. Nas últimas décadas os nanofluidos - dispersões de partículas de escala nanométrica (1 a 100nm) em um fluido-base - têm atraído especial interesse não somente da comunidade acadêmica, mas também da indústria em áreas como: a microeletrônica, microflu-ídica, transporte, manufatura, assistência médica, entre outras. O melhor desempenho térmico e a vasta gama de aplicações fazem dos nanofluidos potenciais substitutos dos refrigerantes utilizados em diversos segmentos da engenharia. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivos: o estudo teórico e experimental da influência das propriedades termofísi-cas e concentração de nanofluidos, bem como, das características geométricas da superfície aquecedora sobre o ângulo de contato e a molhabilidade. Também, atenção foi dada à prepa-ração e caracterização dos nanofluidos (Al2O3-água e Fe2O3-água), por meio da análise expe-rimental da condutividade térmica e da viscosidade dinâmica para diferentes concentrações; uma bancada experimental, para aquisição de imagens de gota séssil, foi construída a fim de viabilizar as análises de ângulo de contato e molhabilidade; e, uma rotina computacional foi desenvolvida para obtenção do perfil da gota e determinação da interação superfície-fluido, para os diferentes nanofluidos e superfícies utilizadas. Com as informações obtidas, foi possí-vel a avaliação dos métodos de predição das propriedades termofísicas existentes na literatura, por meio da comparação com os resultados experimentais obtidos pelo presente estudo. Além disso, mostra-se que a condição original da superfície e a concentração do nanofluido utilizado para nanoestruturação afetam o comportamento do ângulo de contato e da rugosidade média da superfície. O efeito da capilaridade superficial faz com que uma área maior seja molhada ao longo do tempo e a análise de circularidade evidencia caminhos preferenciais de espalhamento do fluido sobre a superfície, ambos interferindo no comportamento térmico da transferência de calor. Assim, tem-se que a alteração superficial tem um papel crucial na transferência de calor por ebulição: a deposição de nanopartículas (baixa concentração) multiplica os sítios de nucleação no caso de superfícies lisas, melhorando a transferência de calor e, nas superfícies rugosas, as nanopartículas podem bloquear as microcavidades, deteriorando a troca térmica; somado a isso, o aumento da concentração dos nanofluidos gera uma aglomeração de nanopar-tículas sobre a superfície, criando uma resistência térmica adicional à transferência de calor.