Investigação teórica-experimental do desempenho térmico de tubos de calor pulsantes poliméricos

• Autor(a) principal: Ferreira, Sabrina dos Santos
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-21072020-104504/
• topic: Escoamento bifásico; Investigação teórica-experimental; Oscillating heat pipe; Polymeric pulsating heat pipe; Theoretical-experimental investigation; Tubo de calor oscilante; Tubo de calor pulsante polimérico; Two phase-flow

Tubo de calor pulsante é uma classe de tubos de calor relativamente nova e que não necessita de estrutura capilar individualizada para transporte da fase líquida. Este tem sido considerado como dispositivo promissor no gerenciamento térmico, principalmente no que diz respeito à refrigeração de componentes miniaturizados. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo investigar teórica e experimentalmente o desempenho térmico dos tubos de calor pulsantes em função de seus parâmetros geométricos e operacionais. Uma bancada experimental foi desenvolvida de forma a facilitar a variação destes parâmetros, os quais incluíram, diâmetros internos de 1,6 mm e 2,0 mm, inclinação de -90º a +90º, número de voltas entre 1 a 80, fração de enchimento de 0 a 100% e temperaturas de evaporação entre 40 a 60ºC. O fluido utilizado foi o R134a e o material da parede do tubo de calor pulsante foi a poliamida, um polímero de baixo custo, flexível e que também permite a visualização dos padrões de escoamento. Modelos de resistência térmica, correlações da literatura, modelos dinâmicos e os limites de operação característicos de tubos de calor foram utilizados para o estudo teórico. Os resultados mostraram que os melhores desempenhos ocorreram com fração de enchimento de 60%, com diferenças de temperatura imposta entre o evaporador e condensador maior que 30ºC e inclinação do tubo de +90º (evaporador em baixo do condensador). O parâmetro número de voltas mostrou-se importante para reduzir o efeito da gravidade no desempenho destes dispositivos, sendo que valores acima de 40 voltas mostraram menos sensíveis a mudança da inclinação. Valores experimentais de condutividade térmica equivalente alcançaram níveis acima de 20 kW/m.K, nas condições de melhor desempenho e resistências térmicas da ordem 0,25 ºC/W foram medidas em condições de transporte de calor de 60 W. As correlações para previsão da resistência térmica do tubo de calor pulsante previram os dados experimentais com erro relativo médio absoluto entre 6,3 a 435%, dependendo da correlação utilizada. Novas correlações foram desenvolvidas apresentando desempenho entre 11% e 54%. Complementarmente, a modelagem de resistências térmicas desenvolvida neste trabalho previu os dados experimentais com erro relativo médio absoluto de 24%. De forma geral, este trabalho conseguiu mostrar que tubos de calor pulsantes poliméricos são dispositivos eficientes no transporte de calor e se projetado de forma adequada, podem ser operados em condições diversas, incluindo orientação horizontal, na qual a gravidade não contribui para efeito termossifão.