Criação de um mapa de coalescência de gotas utilizando técnicas ópticas

• Processo: 25/24522-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Arthur Vieira da Silva Oliveira
• Beneficiário: Davi Mestre de Sousa
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 25/13876-9 - Avanços no estudo de impacto de gotas para caracterização de sprays: desenvolvimento de safira para termografia e mapeamento da coalescência de gotas, AP.R
• Assunto(s): Fluidos Partículas Mecânica dos fluidos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: fluidos | partículas | reflexão interna total | Shadowgraph | Sprays | Mecânica dos fluidos

Resumo

O projeto de criação de um mapa de coalescência de gotas utilizando técnicas ópticas tem como objetivo investigar o fenômeno de coalescência de gotas, processo em que duas gotas se fundem durante o impacto. A compreensão desse comportamento é essencial para aprimorar o resfriamento por spray, técnica amplamente empregada em setores como metalurgia, aeronáutica, automotiva, nuclear e eletrônica. Esse método se destaca por sua alta eficiência na dissipação de calor, menor superaquecimento e baixo consumo de fluido em comparação a outras formas de resfriamento. Os sprays são classificados em três regimes: diluído, com mínima interação entre gotas; intermediário, onde há coalescência parcial; e denso, no qual se forma um filme líquido contínuo sobre a superfície. O estudo foca especialmente nos regimes intermediários, nos quais a interação entre gotas influencia diretamente a transferência de calor.A pesquisa dá continuidade ao trabalho anterior do aluno Gabriel Souza, que construiu e validou uma bancada experimental equipada com técnicas ópticas para observação de impactos de gotas. Com base nessa estrutura, o projeto visa realizar uma nova série de experimentos controlados, capazes de gerar um mapa de regimes de coalescência, relacionando a velocidade de impacto da gota e a distância entre os centros das gotas. Além disso, os dados coletados formarão um banco experimental robusto, que servirá de base para futuras modelagens numéricas de resfriamento por spray dentro do grupo de pesquisa.O objetivo principal é construir esse mapa de regimes de coalescência, enquanto os objetivos específicos incluem: realizar uma revisão bibliográfica detalhada sobre impactos e fusões de gotas, ajustar e calibrar a bancada experimental, conduzir testes de validação, executar experimentos sistemáticos sob diferentes condições. Espera-se compreender como as variáveis de impacto influenciam o comportamento das gotas e identificar os regimes predominantes de coalescência.A metodologia será dividida em etapas. Inicialmente, será feita uma revisão da literatura sobre impactos de gotas, modelos de coalescência e parâmetros relevantes, como velocidade, viscosidade e tensão superficial. Em seguida, a bancada experimental será remontada e calibrada para assegurar a precisão dos resultados. Os experimentos serão realizados utilizando a técnica óptica Shadowgraphy (SDG), que permite o registro de imagens em alta velocidade (até 6.000 quadros por segundo) com visualização lateral, possibilitando a análise do formato, velocidade e trajetória das gotas. Conforme os resultados, também poderá ser usada a técnica de Reflexão Interna Total (TIR), que observa o fenômeno pela base da superfície, analisando a interface líquido-superfície. Após a validação do sistema, os experimentos principais serão conduzidos para a obtenção dos dados que comporão o mapa final.O cronograma será desenvolvido ao longo de doze meses. Nos primeiros meses, será realizada a revisão bibliográfica e a calibração da bancada; na etapa intermediária, ocorrerão os testes de validação e os experimentos principais; e, nos meses finais, será feita a análise dos resultados e a elaboração dos relatórios.Com a execução deste projeto, espera-se consolidar um acervo experimental inédito sobre regimes de coalescência de gotas e contribuir para o avanço do entendimento dos processos de impacto e fusão em sistemas de spray. Além de fornecer dados valiosos para a modelagem térmica, a pesquisa proporcionará ao bolsista uma formação sólida em técnicas ópticas, instrumentação experimental e análise de fluidos, fortalecendo sua trajetória científica e tecnológica. (AU)