Intensificação da transferência de calor em ebulição em piscina por meio de superfícies nanoestruturadas hierarquicamente

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Kiyomura, Igor Seicho
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Ebulição em piscina; Nanoestruturação hierárquica; Transferência de calor; Dinâmica da bolha de vapor; Pool boiling; Hierarchically structured surfaces; Heat transfer
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/234933

Uma forma promissora de aumentar o coeficiente de transferência de calor (CTC) e o fluxo de calor crítico (FCC) é modificar a morfologia da superfície de aquecimento usando técnicas de usinagem, revestimento e processos químicos. Superfícies microestrutura-das, ou seja, superfícies com a presença de micropilares fornecem pequenas perturbações no líquido, afetando a dinâmica das bolhas de vapor, aumentando a área da superfície de aquecimento e alterando o escoamento do fluido. Este trabalho teve como objetivo o estudo experimental da ebulição em piscina utilizando, como superfícies aquecedoras, superfícies de cobre modificadas por meio de técnicas de micro e nanofabricação. Os fluidos de trabalho utilizados foram a água deionizada ou HFE-7100 (ambos à pressão atmosférica e à temperatura de saturação). As matrizes quadradas de micropilares foram fabricadas em uma superfície plana de cobre por meio do processo de microusinagem. Microaletas quadradas de diferentes escalas de comprimento (isto é, altura e comprimento lateral) foram uniformemente espaçadas na superfície plana de cobre. As superfícies microaletadas intensificam o CTC em comparação com a superfície plana, sendo o número de aletas o principal fator para o aumento do CTC; se o número de aletas for constante, quanto maior a rugosidade efetiva, maior o desempenho de transferência de calor. Além disso, ocorre o aumento da capilaridade, a qual facilita o retorno do líquido para as regiões mais quentes (hot spots), postergando o fluxo de calor de secagem em comparação com a superfície plana. Para as superfícies nanoestruturadas hierarquicamente (combinação de superfícies microaletadas e nanoestruturação por meio da deposição de nanopartículas pelo processo de ebulição do nanofluido de alumina) e uso de HFE-7100 como fluido de trabalho, houve uma melhora no CTC de até 65% em comparação com as superfícies microaletadas. Tal melhora é devido ao aumento da densidade de sítios de nucleação e à dinâmica das bolhas de vapor. A deposição de nanopartículas em superfícies microaletadas aumenta a capacidade de absorção de líquidos, melhorando o remolhamento da superfície e postergando a ocorrência da secagem (maiores valores de fluxo de calor máximo).