Estudo experimental e modelagem da intensificação da transferência de calor por ebulição nucleada através da texturização de surperfícies

• Processo: 22/06392-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projeto Geração
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2028
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: Debora Carneiro Moreira
• Beneficiário: Debora Carneiro Moreira
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Armando Ítalo Sette Antonialli ; Carlos Eiji Hirata Ventura ; Satish Gopalrao Kandlikar
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/05488-6 - Ebulição nucleada sobre superfícies planas: influência de parâmetros operacionais e propriedades do substrato, BP.IC; 23/12381-0 - Estudo da dinâmica de bolhas durante a ebulição nucleada, BP.MS; 23/05683-0 - Estudo experimental e modelagem da intensificação da transferência de calor por ebulição nucleada através da texturização de superfícies, BP.GR
• Assunto(s): Transferência de calor Ação capilar Ebulição Engenharia de superfícies Mecanismos Molhabilidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: capilaridade | Ebulição | Engenharia de Superfícies | Intensificação térmica | mecanismos | molhabilidade | Transferência de calor

Resumo

Processos de mudança de fase são de grande relevância em diversas aplicações da indústria e alta tecnologia. Sistemas de energia, por exemplo, apresentam forte relação com ebulição, condensação e formação de geada, o que se deve às altas taxas de transferência de calor associadas a esses processos. Dessa forma, a transferência de calor com mudança de fase tem sido largamente explorada no contexto de gerenciamento térmico, e resultou na redução significativa da potência elétrica consumida por servidores em centros de dados, mesmo com o aumento substancial de sua carga de trabalho, o que ressalta a importância estratégica da transferência de calor por ebulição na redução da emissão de gases estufa e na contenção do aquecimento global. Apesar dos vários esforços no avanço da compreensão e na intensificação da transferência de calor por ebulição, a maior parte dos trabalhos da literatura voltada à intensificação da ebulição se pauta em resultados empíricos sem discussões aprofundadas, enquanto o entendimento da interação entre propriedades da superfície aquecida e os fenômenos de ebulição ainda é um desafio e requer uma investigação mais detalhada. Neste contexto, o presente projeto de pesquisa propões um estudo teórico e experimental de aspectos fundamentais relacionados à ebulição nucleada, no qual a dinâmica de bolhas nucleando em sítios singulares e em múltiplos sítios, bem como suas interações serão investigadas com uma câmera de alta velocidade. A correlação entre a transferência de calor e as imagens em alta velocidade proporcionará a modelagem de diferentes fenômenos de ebulição e a proposição de superfícies estruturadas para otimizar a transferência de calor por ebulição. Tais superfícies serão fabricadas com técnicas de usinagem, e além de suas características relacionadas à transferência de calor, as seções de testes serão caracterizadas de acordo com os ângulos de contato estático e dinâmico, rugosidade, morfologia e geometria, a partir da utilização de um analisador de ângulo de contato e um microscópio confocal antes e após os experimentos com ebulição. Múltiplas técnicas ópticas também serão utilizadas para elucidar a contribuição relativa de diversos mecanismos de ebulição para a transferência de calor, auxiliando no processo de modelagem dos fenômenos identificados. Este projeto visa ainda a orientação de quatro alunos de mestrado matriculados no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da UFSCar, e parte dos trabalhos desses alunos será desenvolvida junto ao Laboratório de Análises Térmicas, Microfluídica e Células combustível, sob supervisão do Dr. Satish Kandlikar. (AU)