Análise experimental da ebulição nucleada em superfícies nanoestruturadas sob condições de confinamento

• Autor(a) principal: Nunes, Jéssica Martha
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/157255
• topic: Transferência de calor por ebulição; Superfícies nanoestruturadas; Ebulição nucleada confinada; Boiling heat transfer; Nanocoated surfaces; Confined nucleate boiling

A intensificação da transferência de calor por meio de alterações na morfologia da superfície aquecida vem sendo estudada no meio científico, a fim de suprir a crescente demanda de resfriamento de dispositivos com alta capacidade de processamento e dimensões cada vez menores. O presente trabalho apresenta o estudo experimental do efeito de superfícies nanoestruturadas e do espaçamento do canal de confinamento durante a ebulição em piscina da água deionizada, à temperatura de saturação na pressão atmosférica, sobre o coeficiente de transferência de calor, HTC, e fluxo crítico de calor, CHF. As superfícies nanoestruturadas foram obtidas pelo processo de ebulição do nanofluido de Al2O3-água deionizada em duas diferentes concentrações más-sicas: 0,03 g/l (“baixa” concentração, LC) e 0,3 g/l (“alta” concentração, HC). Foram realizados testes livres, com espaçamento, entre a superfície aquecida e a superfície adiabática, de 30 mm (correspondendo a Bo = 12), e testes sob condições de confinamento, com espaçamento de 1,0 mm (Bo = 0,4). As superfícies de teste foram caracterizadas por meio de medição da rugosidade média (Ra), do ângulo de contato estático (molhabilidade), e imagens MEV. Foi observado um aumento médio de 45% no HTC do teste com superfície lisa nanoestruturada em baixa concentração de nanofluido, em relação à superfície lisa sem deposição. Esse ganho está relacionado com o aumento do número de sítios ativos de nucleação causado pela deposição das nanopartículas sobre a superfície lisa. Para todos os testes com superfícies rugosas nanoestruturadas e lisa nanoestruturada com alta concentração, houve degradação do HTC, devido ao efeito de preenchimento das cavidades e formação de uma resistência térmica adicional. Para baixos fluxos de calor, houve um aumento no HTC para os casos confinados em comparação aos livres, como consequência da evaporação do filme líquido presente entre a superfície aquecida e a bolha de vapor. Porém com o aumento do fluxo de calor, o fenômeno do dryout é antecipado em relação aos testes livres, o que compromete o desempenho de componentes sob essas condições. Nos testes sob confinamento foram observados ganhos no fluxo de calor de início do dryout para todas as superfícies nanoestruturadas testadas, chegando a 52% para a superfície lisa nanoestruturada em alta concentração, em comparação à superfície lisa sem nanoestrutura. Isso mostra que a nanoestruturação, apesar de não promover ganho no HTC, auxilia no ganho do fluxo de calor de início do dryout, que é o limite operacional de sistemas que trabalham sob confinamento.