Utilização de superfícies estendidas - espumas metálicas - para intensificação da transferência de calor por ebulição

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Manetti, Leonardo Lachi
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Espuma metálica; Fluido dielétrico; Ebulição; Resfriamento por imersão; Modelo preditivo; Metal foam; Dielectric fluid; Boiling; Immersion cooling; Predictive model
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/217108

A evolução dos componentes eletrônicos tem resultado em componentes de alto de-sempenho e alta geração de calor. A técnica de ebulição em piscina com contato direto do flu-ido com o componente, resfriamento por imersão, é uma solução para a indústria eletrônica. Os fluidos dielétricos vêm ganhando destaque nas pesquisas, pois permitem a imersão dos dispo-sitivos sem risco de danos e também possuem baixa temperatura de saturação, mantendo o sistema abaixo da temperatura crítica. O uso de técnicas para tratar/modificar a superfície aquecida tem sido proposto para aumentar o desempenho da ebulição. Uma técnica adequada à indústria é o uso de espumas metálicas de estrutura aberta, que têm sido amplamente investi-gadas. Neste trabalho espumas metálicas de diferentes materiais, Cobre e Níquel, com diferen-tes características e espessuras foram primeiramente caracterizadas para determinação da sua porosidade, diâmetros de poro e fibra, densidade de poros, área superficial, permeabilidade e capilaridade. Em seguida, elas foram usadas como superfície aquecida durante a ebulição de dois fluidos dielétricos, HFE-7100 e Etanol, em condições de saturação à pressão atmosférica em dois laboratórios distintos. No geral, as espumas metálicas forneceram um maior coeficien-te de transferência de calor quando comparado com a superfície plana e também preveniram o superaquecimento inicial, tendo um início de nucleação antecipado. Para espessuras idênticas, a espuma de cobre apresentou melhor desempenho, pois há um balanço entre a condutividade térmica do material e a área de troca de calor. Quando houve a variação de espessura, consta-tou-se que a espessura ótima depende do fluxo de calor, sendo a maior espessura melhor para baixos fluxos e a menor espessura melhor para altos fluxos de calor, pois há um balanço entre o aumento de área e a resistência para a saída de vapor e consequente entrada de líquido no inte-rior da espuma. Quando comparado os diferentes fluidos, o Etanol apresentou melhor desem-penho que o HFE-7100 devido às suas melhores propriedades termofísicas, dentre elas o calor latente de vaporização, condutividade térmica e temperatura de saturação. Por fim, um mode-lo foi desenvolvido para predizer o coeficiente de transferência de calor e o fluxo máximo de calor em função das características da espuma metálica e do fluido de trabalho. O modelo prediz satisfatoriamente os nossos dados experimentais assim como os dados da literatura, sendo um bom guia para uso na indústria.