Estudo teórico-experimental de escoamento interno de dióxido de carbono supercrítico com transferência de calor

• Ano de defesa: 2026
• Autor(a) principal: Ferrares, Victor Gouveia
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertacoes da USP; Universidade de São Paulo; Escola de Engenharia de São Carlos
• Palavras-chave em Português: coeficiente de transferência de calor; microcanal; transferência de calor; escoamento interno forçado; dióxido de carbono supercrítico; forced internal flow; heat transfer; microchannel; supercritical carbon dioxide; heat transfer coefficient
• Link de acesso: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18164/tde-05052026-165943/

O uso do dióxido de carbono (CO₂) em seu estado supercrítico tem se destacado como uma alternativa promissora para sistemas térmicos, devido às suas propriedades termofísicas favoráveis, baixo impacto ambiental e potencial para aumento da eficiência térmica. Este trabalho investiga o escoamento interno com transferência de calor de dióxido de carbono no estado supercrítico por meio de uma abordagem teórica e experimental. Realiza-se uma revisão dos fundamentos físicos associados ao estado supercrítico e às particularidades termofísicas do CO₂ nessa condição, destacando-se a intensa variação de propriedades nas proximidades da linha pseudocrítica e seus efeitos sobre os mecanismos de transporte. São discutidos fenômenos característicos desse regime, como efeitos de empuxo, aceleração do fluido, pseudoebulição, efeito pistão e deterioração da transferência de calor, que tornam a modelagem do processo mais complexa. Adicionalmente, é conduzida uma análise crítica das principais correlações disponíveis na literatura para a previsão do coeficiente de transferência de calor em escoamentos internos com CO₂ supercrítico. Para essa avaliação, é compilado um banco de dados contendo 2207 pontos experimentais provenientes de diferentes estudos, permitindo quantificar o desempenho preditivo dessas correlações e identificar suas limitações em diferentes condições operacionais. Com base nessa análise, propõe-se uma nova correlação para estimativa do coeficiente de transferência de calor, desenvolvida a partir da análise dimensional e da identificação dos grupos adimensionais mais relevantes presentes nos modelos existentes. Paralelamente, é apresentado o desenvolvimento de uma bancada experimental dedicada ao estudo do aquecimento de CO₂ supercrítico em escoamento interno, incluindo a descrição da seção de testes, dos sistemas de medição e do procedimento de aquisição e redução de dados. Ensaios experimentais são realizados para obtenção do coeficiente de transferência de calor local, possibilitando a análise do comportamento térmico do fluido em diferentes condições operacionais e a comparação com previsões da nova correlação proposta. Os resultados obtidos possuem caráter preliminar e mostram comportamento qualitativamente consistente com as tendências reportadas na literatura, embora ainda apresentem desvios que deverão ser investigados em campanhas experimentais futuras. Dessa forma, o estudo contribui para a compreensão dos fenômenos térmico-fluidodinâmicos associados ao CO₂ supercrítico e para o desenvolvimento de ferramentas preditivas mais confiáveis, com potencial aplicação no projeto e otimização de sistemas térmicos avançados.