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Estudo e desenvolvimento de dissipadores de calor bioinspirados baseados na ebulição convectiva em microcanais para aplicação em células combustíveis

Processo: 13/02537-1
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de maio de 2013
Vigência (Término): 30 de abril de 2015
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
Convênio/Acordo: CNPq - Pronex
Pesquisador responsável:Gherhardt Ribatski
Beneficiário:Nurcan Mamaca
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:11/50727-9 - Desenvolvimento de sistemas para produção de hidrogênio e para geração e utilização de energia eletro-química, AP.TEM
Assunto(s):Eletrocatálise   Nanofluidos   Dissipador de energia térmica   Ebulição convectiva

Resumo

Inicialmente, uma pesquisa ampla na literatura será realizada com o objetivo de levantar as soluções e configurações de dissipadores até então propostas. Sistemas vasculares de vegetais e animais serão avaliados buscando identificar aqueles que minimizem a perda de pressão e o tamanho do dissipador e maximizem a distribuição de fluido, a transferência de calor e a uniformidade da temperatura em sua superfície. Uma análise também será realizada buscando identificar o fluido que melhor se adeque a aplicação, isto é apresente reduzida condutividade elétrica, opere a uma pressão de evaporação superior a atmosférica, bom desempenho em condições de ebulição convectiva e apresente características satisfatórias quanto a possíveis efeitos de corrosão e formação de incrustações sobre a superfície de transferência de calor. A possibilidade de utilização de nanofluidos (solução de nanopartículas em um fluido base) será especulada. Baseado neste estudo inicial, três geometrias distintas de dissipadores constituídos de microcanais (diâmetro hidráulico H 200¼m) serão fabricadas e avaliadas. Ensaios serão realizados em bancada existente no laboratório, a qual será inicialmente modificada de forma a contemplar as condições necessárias para este estudo. O efeito de aquecimento será simulado através de uma microresistência elétrica fixada na superfície inferior do dissipador no lado oposto ao da superfície de visualização do escoamento. Resultados para transferência de calor, perda de carga e filmagens em alta velocidade do processo de ebulição serão efetuados. As seções de testes (dissipadores) serão construídas recobertas com uma superfície transparente em quartzo de forma a permitir o levantamento de imagens do processo de ebulição, através de uma câmera de alta velocidade (até 100.000 imagens/s) com o auxílio de um microscópio óptico, e do campo de temperaturas, através de termopares fixos a sua face inferior e de imagens em infravermelho. Com base na análise de tais imagens e nos resultados experimentais levantados, as geometrias avaliadas poderão ser otimizadas e novas configurações propostas, visando eliminar pontos de superaquecimento (hot spots), intensificar a transferência de calor e minimizar perdas de pressão e a má distribuição do fluido. As superfícies de transferência de calor serão avaliadas antes e após os ensaios através de microscopia eletrônica buscando identificar alterações relacionadas a efeitos de erosão nos microcanais por "ebulição explosiva" e a formação inicial de incrustações, as quais podem até mesmo causar o bloqueio do escoamento. (AU)

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