Estudo experimental da condensação em superfícies metálicas verticais revestidas com nanotubos de carbono ou tratadas com plasma corona na presença de gases não condensáveis

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sant'Ana, Alex Célio
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216292
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2020
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spelling Estudo experimental da condensação em superfícies metálicas verticais revestidas com nanotubos de carbono ou tratadas com plasma corona na presença de gases não condensáveisEngenharia mecânicaCalorCondensaçãoRevestimentosNanotubos de carbonoDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2020Para se avaliar experimentalmente tratamentos de superfície para a finalidade de condensação, no regime de convecção natural e na presença de gases não condensáveis (ar atmosférico), fez-se necessária a construção, validação e utilização de bancada de ensaios. Utilizou-se revestimento de nanotubos de carbono e tratamento com plasma corona para o uso em condensadores. O revestimento com nanotubos de carbono apresenta característica superhidrofóbica, porém, possui alta adesão superficial. Já o tratamento com plasma corona apresenta molhabilidades distintas, variando bruscamente de acordo com os parâmetros e com as condições ambientes. Neste trabalho, avaliou-se a utilização de diferentes gases na aplicação com plasma corona, porém, apenas o tratamento com gás R-134a apresentou durabilidade mínima para a aplicação, sendo avaliado experimentalmente. O tratamento com esse gás torna a superfície superhidrofóbica e completamente repelente ao líquido. O principal enfoque do trabalho está em avaliar o desempenho desses revestimentos para quantificar e comparar seus desempenhos na condensação. Para tanto, caracterizaram-se as superfícies estudadas, de modo a possuir a maior quantidade de informações. A caracterização das amostras foi feita por meio da medição dos ângulos de contato (estático e dinâmico), da quantificação de rugosidade e da análise qualitativa por imagem de alta ampliação no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). Além de avaliar superfícies com revestimentos de nanotubos de carbono e tratamento com plasma corona, este trabalho avalia a influência da variação da temperatura da superfície, da temperatura ambiente e da umidade relativa na condensação. Também foram avaliadas amostras de aço inoxidável AISI-316L, sendo que para as revestidas com nanotubos de carbono também foram avaliados diferentes acabamentos de superfície. Na avaliação das variações dos parâmetros da bancada obtiveram-se ganhos na massa coletada e no coeficiente de transferência de calor (HTC) para redução na temperatura de superfície, aumento na temperatura ambiente e aumento na umidade relativa. Entre as superfícies estudadas, as que obtiveram melhor taxa de massa coletada foram as amostras de aço inoxidável processada com lixa 220, nanotubos com lixa 600 e plasma corona. A superfície com pior desempenho dentre todas avaliadas foi a de aço inoxidável polida sem tratamento ou revestimento. O HTC obtido experimentalmente para todas as amostras de teste foram constantes, divergindo do obtido através do balanço de calor.Abstract: To evaluate experimentally surface treatments for the purpose of condensation, in the natural convection regime and in the presence of non-condensable gases (atmospheric air), it was necessary to build, validate and use a test condensation chamber. Carbon nanotube coating and corona plasma treatment were used, both recent and innovative in condensers. The coating with carbon nanotubes has a superhydrophobic characteristic, however, it has high surface adhesion. Corona plasma treatment, on the other hand, presents distinct wettability, varying sharply according to parameters and ambient conditions. In this work, the use of different gases in the application with corona plasma was evaluated, however, only the treatment with R-134a gas showed minimum durability for the application, being evaluated experimentally. Treatment with this gas turns the surface superhydrophobic and completely repellent to the liquid. The main focus of the work is on evaluating the performance of these surface treatments to quantify and compare their performance in condensation. Therefore, the studied surfaces were characterized, in order to have the greatest amount of information. The characterization of the samples was made by measuring the contact angles (static and dynamic), the roughness quantification and the qualitative analysis by means of high magnification images in the Scanning Electron Microscope (SEM). In addition to evaluating surfaces with carbon nanotube coatings and treatment with corona plasma, this work evaluates the influence of the surface temperature, the ambient temperature and the relative humidity in the condensation. Samples of AISI-316L stainless steel were also evaluated, and for those coated with carbon nanotubes, different surface finishes were also evaluated. In the evaluation of the variations of the chamber parameters, improvements were obtained in the collected mass and in the heat transfer coefficient (HTC) to reduce the surface temperature, increase the ambient temperature and increase the relative humidity. Among the surfaces studied, the ones that obtained the best collected mass rate were the stainless steel samples processed with 220 sandpaper, nanotubes with 600 sandpaper and corona plasma. The surface with the worst performance among those evaluated was the polished stainless steel without treatment or coating. The HTC obtained experimentally for all evaluated samples were constant, differing from the obtained by heat balance.Silva, Alexandre Kupka daBinder, CristianoUniversidade Federal de Santa CatarinaSant'Ana, Alex Célio2020-10-21T21:27:49Z2020-10-21T21:27:49Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis126 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf370364https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216292porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-21T21:27:49Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/216292Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-10-21T21:27:49Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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