Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Flórez Mera, Juan Pablo
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/177585
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016.
id UFSC_a6d04eed8d075a8cdc79c06c00749c53
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/177585
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str 2373
spelling Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipeEngenharia mecânicaTubos de calorCalorTransmissãoTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016.O avanço tecnológico da microeletrônica permitiu o aumento da capacidade de transporte de informações dos microprocessadores e a redução do seu tamanho, tornando os computadores mais rápidos e menores. Porém, esses avanços apresentam consequências como uma maior taxa de produção de calor por efeito Joule, elevando a temperatura de operação desses componentes. Para garantir as condições de operação, são empregados dispositivos com capacidade de transferir grandes taxas de calor. Dentre estes dispositivos, se encontram os tubos de calor em circuito ou LHP?s (Loop Heat Pipes). No segmento aeronáutico, devido ao crescente uso de equipamentos eletrônicos, as tecnologias de tubos de calor, mais especificamente de LHPs, têm sido cada vez mais utilizadas, pois são passivas, podem funcionar sem o auxílio da gravidade e transportam o calor a média e longa distância. As estruturas capilares que compõem estes dispositivos são fabricadas basicamente de materiais porosos metálicos, poliméricos ou cerâmicos. Para materiais metálicos sinterizados, diversos arranjos de materiais e estruturas têm sido testados, visando aumentar a capacidade de troca térmica do dispositivo. A grande dificuldade no emprego de materiais metálicos como o cobre é a possibilidade de se formar vapor no interior do meio poroso, bloqueando o fluxo de fluido de trabalho pelo dispositivo, causado pela elevada condutividade térmica do elemento poroso. Associada ao uso de materiais porosos sinterizados de cobre, é usada água como fluido de trabalho, por sua compatibilidade química e pelo maior número de mérito dentre os fluidos de trabalho mãos comuns. Porém, a água apresenta uma variação muito baixa da pressão de saturação com relação à temperatura, de forma que deve-se projetar evaporadores com pequenas perdas de carga e mínima transferência de calor parasita para a câmara de compensação. Se uma quantidade considerável de vapor é produzida na câmara de compensação, este permanece confinado, bloqueando total ou parcialmente o fluxo de fluido de trabalho, impedindo o fluxo de vapor no canal do evaporador e o retorno do condensado para a região de bombeamento capilar e, consequentemente, aumentando a resistência térmica total do dispositivo. Nesse trabalho foi realizada uma análise teórica e experimental da transferência de calor e massa em meios porosos sinterizados, considerando-se mudança de fase do fluido de trabalho no evaporador de tubos de calor em circuito. Modelos matemáticos para as propriedades termofísicas dos meios sinterizados de cobre, empregados no evaporador de um LHP, foram propostos e comparados com dados experimentais. Nesta análise, foram estudados os parâmetros geométricos críticos para o projeto de um evaporador para um tubo de calor em circuito, considerando-se como parâmetro de entrada as características geométricas do material particulado utilizado na fabricação da estrutura capilar do meio poroso sinterizado do tubo de calor em circuito, assim como a temperatura de operação e a massa de fluido de trabalho.<br>Abstract : Technology advances in microelectronic systems lead to the development of high speed processing, with microprocessors of smaller sizes, which are ever lighter and faster. Conversely, these advances lead to the increase of the heat flux dissipation requirements. In this context, highly conductive heat transfer devices, able to remove the generated heat from electronic components, are required. Among these devices, heat pipes and loop heat pipes (LHP) are increasingly considered for the thermal management of electronic components. In aeronautics, where the use of electronic components has increased in the last decade, the heat pipes and loop heat pipes (LHP) are progressively being considered for thermal control due to the capacity to transfer large amount of heat, through short to considerable long distances, without the use of mechanical pumps or refrigeration systems. The wick structures that constitute these devices are basically made from metal, polymer or ceramic sintered porous media. Several arrangements have been tested for metal sintered porous media, in order to increase the heat transfer capacity of the LHP. The main concern of using copper is the possibility of blockage of the working fluid flow within the LHP, due to the presence of vapor inside the wick. Actually, due to the high thermal conductivity of porous media, vapor can be formed inside the wick, remaining confined, which can block fully or partially the working fluid passage along the evaporator. Associated with copper sintered porous media, water is selected as the working fluid due to its chemical compatibility with the copper and due to its large figure of merit in comparison to other working fluids. However, water presents a low variation of the saturation pressure as a function of temperature. This characteristic requires the design of evaporators with minimum pressure drop and minimum parasitic heat flows (heat leak) to the compensation chamber. Actually, an undesired heat leak to the evaporator compensation chamber may produce vapor, which may remain confined, fully or partially blocking the working fluid flow, and, consequently, increasing the total thermal resistance of the device. In this work, theoretical and experimental heat and mass transfer analyses of a copper sintered porous media, considering working fluid phase change, in a LHP evaporator, is developed. Mathematical models for the thermophysical properties of the copper sintered porous media were proposed and compared with experimental data. Analyses were performed on critical geometry parameters to LHP design, which includes the geometry characteristics of the powder used in the sintered porous media fabrication, as well as the operating temperature and the working fluid mass.Mantelli, Márcia Barbosa HenriquesMilanese, Fernando HenriqueUniversidade Federal de Santa CatarinaFlórez Mera, Juan Pablo2017-07-18T04:10:43Z2017-07-18T04:10:43Z2016info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis232 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf346018https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/177585engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-07-18T04:10:44Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/177585Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732017-07-18T04:10:44Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe
title Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe
spellingShingle Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe
Flórez Mera, Juan Pablo
Engenharia mecânica
Tubos de calor
Calor
Transmissão
title_short Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe
title_full Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe
title_fullStr Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe
title_full_unstemmed Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe
title_sort Análise da transferência de calor e massa em um tubo de calor em circuito em cobre: Heat and mass transfer analysis of a copper loop heat pipe
author Flórez Mera, Juan Pablo
author_facet Flórez Mera, Juan Pablo
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Mantelli, Márcia Barbosa Henriques
Milanese, Fernando Henrique
Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Flórez Mera, Juan Pablo
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia mecânica
Tubos de calor
Calor
Transmissão
topic Engenharia mecânica
Tubos de calor
Calor
Transmissão
description Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016.
publishDate 2016
dc.date.none.fl_str_mv 2016
2017-07-18T04:10:43Z
2017-07-18T04:10:43Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv 346018
https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/177585
identifier_str_mv 346018
url https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/177585
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 232 p.| il., gráfs., tabs.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1808652082777948160

Registros relacionados