Avaliação do comportamento hidrodinâmico e dos mecanismos de transferência de calor durante a ebulição convectiva em microcanais em condições de secagem de parede

Resumo

Esta proposta se insere no contexto de um projeto FAPESP, modalidade temático (Processo nº 2016/09509-1) e busca a conversão de uma bolsa de Mestrado FAPESP (Processo nº 2019/01755-1) em doutorado direto por meio da ampliação do escopo e continuidade da pesquisa originalmente proposta. Ela trata do estudo simultâneo do comportamento hidrodinâmico do filme líquido, para o padrão anular, e de seus efeitos na distribuição de temperatura ao longo da superfície aquecida, avaliada por meio de termometria por infravermelho, para a ebulição convectiva em condições próximas à secagem de parede. O padrão anular predomina em canais de dimensões reduzidas e se caracteriza por coeficientes de transferência de calor (CTC) elevados, que, no entanto, decrescem drasticamente com o estabelecimento de condições de secagem de parede. Tal comportamento se encontra associado às características do filme líquido (d) e seus efeitos são determinantes na definição do campo de temperaturas na superfície aquecida. Desta forma, é frequente a inclusão de métodos para estimativa de d em modelos de previsão do CTC, título de secagem de parede (xsec) e perda de pressão. Devido as dificuldades intrínsecas em se efetuar medições em escalas reduzidas, de forma geral, estes modelos se baseiam em especulações a respeito do comportamento de d e dos mecanismos de transferência de calor envolvidos. É fato que a secagem de parede se trata de um fenômeno dinâmico com características fortemente transientes, comportamento este negligenciado pela maioria dos modelos, os quais se baseiam em parâmetros empíricos ajustados a partir de resultados experimentais médios no tempo. Isto faz com que estes modelos não incluam os mecanismos físicos vigentes, tornando-os seguramente apropriados apenas às condições de seu ajuste. Neste contexto, esta proposta envolve o desenvolvimento de um microssensor para avaliação instantânea de d, atividade já em execução, cujo sinal medido se baseia na condutância elétrica local do filme líquido. Envolve ainda, o desenvolvimento de uma seção de testes com aquecimento que forneça à uma câmera IR acesso óptico à sua superfície interna e, consequentemente, à distribuição de temperatura superficial. Uma vez desenvolvidos estes dispositivos, procedimentos de calibração do sinal associado à d e da irradiação incidente no sensor da câmera, relacionada à temperatura medida, serão propostos e implementados. A partir daí, resultados serão levantados para d e para o campo de temperaturas da superfície aquecida para a ebulição convectiva em condições próximas a secagem de parede em um canal retangular, utilizando água como fluido de testes em bancada experimental disponível no Grupo de Pesquisa em Transferência de Calor da EESC-USP. Com base nestes resultados, até então inéditos na literatura, espera-se identificar os mecanismos de transferência de calor associados e incorporá-los a modelos para previsão do CTC e do estabelecimento de condições de secagem de parede que considerem o comportamento de d. Desta forma, esta proposta se destaca por envolver a obtenção de resultados inéditos que possibilitarão, além de um melhor entendimento do fenômeno físico, sua incorporação a modelos de previsão utilizados no projeto de trocadores e absorvedores de calor baseados em microcanais. As etapas de fabricação envolverão a aplicação de técnicas de microfabricação e, desta forma se beneficiarão de parceria estabelecida com o Centro de Componentes Semicondutores e Nanotecnologias (CCSNano) da UNICAMP por meio do projeto temático. A proposta considera ainda a realização de um estágio BEPE na Universidade de Tóquio sob supervisão do Prof. Yuji Suzuki. (AU)