Estudo teórico-experimental da transferência de calor e do controle de condutância térmica em um tubo de calor pulsante

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Corrêa, Mateus Henrique
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: coeficiente de transferência de calor; filling ratio; fração de preenchimento; gerenciamento térmico; heat transfer coefficient; heat transfer mechanisms; mecanismos de transferência de calor; pulsating heat pipes; thermal management; tubos de calor pulsante
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18164/tde-16012026-113113/

Tubos de Calor Pulsante (TCPs) são dispositivos eficientes para troca de elevadas taxas de calor com diferenças de temperatura relativamente baixas. Esses dispositivos possuem seu desempenho atrelado à Fração de Preenchimento (FP), que corresponde à quantidade de fluido disponível para circulação interna. Apesar dessa variação de desempenho ser conhecida há décadas, pouco se entende do efeito da FP nos mecanismos de transferência de calor e, além disso, existem apenas dois métodos de controle de condutância térmica para esses dispositivos, o que limita o uso desses dispositivos em aplicações com gerenciamento térmico mais exigente. Este estudo propõe, testa e valida um novo método de controle de condutância térmica, o qual consiste no uso de um reservatório de fluido saturado separado do TCP por uma válvula de abertura controlada. Aliado a esse desenvolvimento, este estudo também investiga o Coeficiente de Transferência de Calor (CTC) e o título locais ao longo do evaporador de um TCP, com medição de vazão mássica por um método minimamente invasivo, cuja confiabilidade é verificada por meio de três métodos independentes. A bancada experimental consiste de um TCP de única volta com 158 mm de evaporador em aço inoxidável e 750 mm de condensador em poliamida, utilizando como fluido de trabalho R134a. Os resultados para o novo método de controle de condutância térmica mostram que é possível alterar a FP e, consequentemente, o desempenho do TCP durante sua operação, com a resistência térmica aumentando cerca de 45% em 90 segundos sem picos elevados de temperatura e mantendo o fluxo de calor constante no evaporador. Além disso, é apresentada uma correlação simples feita com base nos adimensionais mais utilizado na literatura. Essa correlação é capaz de prever 90% dos dados experimentais dentro de uma margem de erro de 20%, fazendo com que esse tipo de correlação possa ser utilizada para determinar a FP necessária para atingir uma condutância térmica desejada. Já a análise do CTC local indica pouca variação nos mecanismos de transferência de calor ao alterar a FP entre 50% e 80%. Por outro lado, há uma redução no CTC médio do evaporador para a FP de 90%, o que indica que a nucleação das bolhas de vapor é prejudicada. São necessários mais estudos para avaliar essa variação e extrair mais conclusões sobre os mecanismos responsáveis. Entretanto, este estudo realiza um passo importante no entendimento dos mecanismos de transferência de calor em TCPs e no avanço dos métodos de controle de condutância térmica.